AC-Servomotor vs. DC-Servomotor: Was ist der große Unterschied? Und wie passt BLDC dazu?

AC-Servomotor und DC-Servomotor - sie klingen ähnlich, aber sie haben einige große Unterschiede. Wenn Sie versuchen, den besten Motor für Ihre Ausrüstung oder Ihren Roboter auszuwählen, oder einfach nur daran interessiert sind, wie diese Motoren diese reibungslose Bewegung erreichen, sind Sie hier richtig! Dieser Artikel wird Ihnen helfen, den Unterschied zwischen AC-Servomotoren und DC-Servomotoren in einfachen Worten zu verstehen.

Was genau ist eigentlich ein Servomotor?

A Servomotor ist ein spezieller Motortyp, der verwendet wird, wenn Sie eine sehr präzise Steuerung von Position, Geschwindigkeit oder Drehmoment benötigen. Denken Sie an einen Roboterarm, der sich genau an eine bestimmte Stelle bewegen muss. Hier kommt ein Servomotor (ob AC oder DC) häufig zum Einsatz.

Das Besondere an einem Servomotor ist sein geschlossener Regelkreis. Das bedeutet, dass er eine Rückmeldung über seine Position oder Geschwindigkeit erhält. In der Regel liefert ein Encoder oder ein Tachometer diese Rückmeldung an die Steuerung. Diese Rückmeldung hilft dem Servosystem, schnelle Anpassungen vorzunehmen, um sicherzustellen, dass der Motor genau das tut, was man ihm sagt. Ein Servomotor besteht also aus dem Motor selbst, einer Rückmeldevorrichtung und einem Regler oder Servoantrieb. Mit dieser Konfiguration lässt sich eine hohe Steuerungspräzision für Bewegungssteuerungsaufgaben erreichen. Es geht dabei um die präzise Steuerung von Winkel- oder Linearpositionen.

Was ist also ein DC-Servomotor und wie funktioniert er?

Zoomen wir nun auf die DC-Servomotor. Wie der Name schon sagt, läuft dieser Motortyp mit Gleichstrom (DC Power). Viele Gleichstrom-Servomotoren verwenden einen Dauermagneten in ihrem Stator (dem festen Teil) und einen Anker (den rotierenden Teil) mit Wicklungen.

Das "DC" im DC-Servomotor bedeutet, dass er mit Gleichstrom betrieben wird. Ein gängiger Typ ist der bürstenbehaftete DC-Servomotor. Dieser Gleichstrommotor verwendet ein Bürsten- und Kommutatorsystem, um den Rotor (die drehende Komponente) mit Strom zu versorgen. Der Gleichstrom-Servomotor eignet sich hervorragend für Aufgaben, die eine hervorragende Drehzahlregelung und ein hohes Drehmoment erfordern. Ein kleiner Gleichstrommotor kann ein Gleichstrom-Servomotor sein, wenn er Teil eines Servosystems ist, das für eine präzise Steuerung ausgelegt ist. Die Einfachheit eines Gleichstrommotors kann manchmal ein großes Plus sein.

Und wie genau unterscheidet sich ein AC-Servomotor von einem DC-Motor?

Okay, schalten wir um auf den AC-Servomotor. Dieser arbeitet mit Wechselstrom (AC-Strom). Im Gegensatz zu einem einfachen Wechselstrommotor wie einem Induktionsmotor ist ein AC-Servomotor für die gleiche präzise Steuerung gebaut, die wir besprochen haben, aber oft mit mehr Kraft.

Die meisten AC-Servomotoren sind bürstenlos. Dies ist ein großer Unterschied zu vielen DC-Servomotortypen. Ein AC-Motor wie ein synchroner AC-Motor kann als AC-Servomotor verwendet werden. Der Stator eines AC-Servomotors ist mit Wicklungen versehen, und der Rotor hat normalerweise einen Permanentmagneten. Die Steuerung erzeugt ein rotierendes Magnetfeld im Stator, um den Rotor in Drehung zu versetzen. Diese Konstruktion trägt dazu bei, dass der AC-Servomotor ein gutes Drehmoment und einen guten Wirkungsgrad hat.

Reden wir über Bürsten: Warum sind sie für einen DC-Servomotor wichtig?

Bei einem bürstenbehafteten Gleichstrommotor, wie es viele Gleichstrom-Servomotoren sind, sorgen die Bürsten dafür, dass der elektrische Strom den sich drehenden Anker erreicht. Diese kleinen Kohlestückchen, der Bürstensatz, reiben an einem Teil, das Kommutator genannt wird. Dieses System aus Kommutator und Bürsten ist von entscheidender Bedeutung.

Das Vorhandensein von Bürsten bedeutet Abnutzung und Verschleiß. Im Laufe der Zeit werden die Bürsten sicherlich abgenutzt. Das bedeutet Wartung. Sie müssen die Bürsten in einem DC-Servomotor überprüfen und ersetzen. Wenn Sie das nicht tun, könnte der Gleichstrommotor nicht mehr gut oder überhaupt nicht mehr funktionieren. Die mechanische Kommutierung durch die Bürsten und den Kommutator ist ein Hauptmerkmal eines bürstenbehafteten DC-Servomotors. Viele DC-Servomotoren beruhen auf diesem einfachen, aber verschleißintensiven Bürstensystem.

Warum werden AC-Servomotoren in der Regel bürstenlos? Ist es ein großes Schnäppchen?

Im Zusammenhang mit einem AC-Servomotor hört man oft den Begriff "bürstenlos", und ja, das ist eine ziemlich große Sache. Bürstenlos bedeutet, dass es keine Bürsten gibt, die sich abnutzen. Das ist einer der Hauptvorteile. Ein AC-Servomotor verwendet im Allgemeinen eine elektronische Kommutierung anstelle eines mechanischen Kommutators und von Bürsten. Das bedeutet, dass der Controller den Strom in den Motorspulen schaltet.

Diese bürstenlose Konstruktion eines AC-Servomotors führt zu einem wesentlich geringeren Wartungsaufwand. Es bedeutet auch, dass der AC-Motor oft mit höheren Drehzahlen und effizienter laufen kann. Auch die durch Reibung entstehende Wärme ist weniger ein Problem. Aus diesen Gründen sind viele moderne AC-Servomotoren bürstenlos. Dieser bürstenlose Charakter trägt zur Zuverlässigkeit von AC-Servomotoren bei, insbesondere bei anspruchsvollen Automatisierungsaufgaben. AC-Servomotoren und (bürstenbehaftete) DC-Servosysteme unterscheiden sich hier erheblich.

Was sind die Hauptunterschiede zwischen AC- und DC-Servomotoren in der Leistung?

Bei der Auswahl eines Motors ist die Leistung entscheidend. Die wichtigsten Unterschiede zwischen AC- und DC-Servomotortypen sind hier wichtig. AC-Servomotoren bieten in der Regel ein höheres Drehmoment bei höheren Drehzahlen. Außerdem haben sie in der Regel eine bessere Beschleunigung, da ihr Rotor eine geringe Trägheit aufweisen kann. Dadurch eignet sich ein AC-Servomotor hervorragend für Aufgaben, die schnelle Starts und Stopps erfordern.

Ein Gleichstrom-Servomotor, insbesondere ein bürstenbehafteter Gleichstrommotor, kann bei niedrigen Drehzahlen ein ausgezeichnetes Drehmoment liefern. Das Bürstensystem kann jedoch seine Höchstgeschwindigkeit und Beschleunigung begrenzen. Die Drehzahlregelung kann bei beiden Motoren hervorragend sein, aber die Methode ist unterschiedlich. Die Unterschiede zwischen AC- und DC-Servomotoren zeigen sich auch im Umgang mit Überlast - ein AC-Servomotor kann diese oft besser bewältigen. Die Berücksichtigung dieser Unterschiede zwischen AC-Servomotoren und ihren DC-Gegenstücken hilft bei der Auswahl des richtigen Aktuators.

Wie passt ein BLDC-Motor (Brushless DC) in dieses Bild?

Sie haben vielleicht schon von einem BLDC-Motor gehört, oder bürstenloser Gleichstrommotor. Das klingt, als ob es die Dinge durcheinander bringt! Ein BLDC-Motor ist in vielen Fällen tatsächlich ein bürstenloser DC-Servomotor. Er wird mit Gleichstrom betrieben (oft von einer Gleichspannungsquelle, die vom Steuergerät geregelt wird), verwendet aber eine elektronische Kommutierung wie ein AC-Servomotor. Ein BLDC-Motor hat also keine Bürsten, die sich abnutzen.

Ein bürstenloser Gleichstromservomotor, wie ein BLDC-Motor, verwendet häufig einen Permanentmagneten auf seinem Rotor. Die Steuerung eines BLDC-Motors ist komplexer als die eines einfachen bürstenbehafteten Gleichstrommotors, da sie die elektronische Kommutierung übernehmen muss. Diese bürstenlosen Gleichstrommotoren bieten ein hervorragendes Drehmoment und einen hohen Wirkungsgrad, was BLDC-Motoren zu einer beliebten Wahl für viele Bewegungssteuerungsanwendungen, einschließlich der Robotik, macht.

Wann würde ich einen AC-Servomotor einem DC-Servomotor für mein Projekt vorziehen?

Für große industrielle Automatisierungsmaschinen wird häufig ein AC-Servomotor verwendet. Da sie in der Regel bürstenlos sind, benötigen sie viel weniger Wartung, was für Systeme, die ständig laufen, von Vorteil ist. Die Fähigkeit eines AC-Servomotors, ein hohes Drehmoment über einen größeren Drehzahlbereich zu liefern, ist ein großes Plus.

Wenn meine Anwendung hochdynamische Leistungen erfordert - schnelle Beschleunigung und schnelle Umkehrungen - ist der trägheitsarme Rotor eines AC-Servomotors ein echter Champion. AC-Servomotoren werden bei anspruchsvollen Aufgaben wie CNC-Maschinen und komplexer Robotik eingesetzt. In größeren Anlagen kann es eine Kombination aus AC-Servo- und DC-Systemen geben, aber als Hauptantriebsmotor übernehmen AC-Servos oft die schwere Arbeit. Eine AC-Einspeisung ist auch in industriellen Umgebungen leicht verfügbar. AC-Servomotoren haben in der Regel eine komplexere Steuerung, aber die Leistung rechtfertigt dies in der Regel.

Und wann ist ein DC-Servomotor die bessere Wahl? Was sind seine Vorteile?

Aber schließen Sie den DC-Servomotor nicht aus! Es gibt Zeiten, in denen er genau die richtige Wahl ist. Wenn Sie ein Projekt haben, das mit Batterien läuft, ist ein Gleichstrom-Servomotor eine natürliche Wahl, da er Gleichstrom verwendet. Für kleinere Maschinen oder Anwendungen, bei denen Sie eine sehr gleichmäßige Bewegungssteuerung bei niedrigen Geschwindigkeiten benötigen, kann ein Gleichstrom-Servomotor, insbesondere ein bürstenbehafteter Gleichstrom-Servomotor, hervorragend geeignet sein. Einer seiner Hauptvorteile ist seine Einfachheit, insbesondere bei bürstenbehafteten DC-Motoren.

Die Steuerung für einen bürstenbehafteten Gleichstrom-Servomotor kann einfacher und kostengünstiger sein als für einen Wechselstrom-Servomotor oder einen BLDC-Motor. Dies macht einen DC-Servomotor zu einer ausgezeichneten Option für einfachere oder budgetabhängige Projekte, die eine präzise Steuerung erfordern. DC-Servomotoren haben zwar nicht die Spitzengeschwindigkeit eines AC-Servomotors, aber für viele Aufgaben sind sie hervorragend geeignet, um ein hohes Drehmoment und eine gute Positionssteuerung zu liefern. DC-Servomotoren erfordern bei bürstenbehafteten DC-Motoren Aufmerksamkeit für die Bürsten, aber sie sind Arbeitstiere.

Gibt es große Unterschiede zwischen AC- und DC-Servomotoren in der Steuerungstechnik?

Ja, der Regler und das gesamte Servosystem können sehr unterschiedlich sein. Dies ist ein entscheidender Bereich, wenn wir uns den Unterschied zwischen AC-Servo- und DC-Typen ansehen. Ein bürstenloser AC-Servomotor benötigt einen komplexeren Regler (oft als Servoantrieb bezeichnet), um die elektronische Kommutierung zu steuern und das rotierende Magnetfeld zu erzeugen. Dieser Regler steuert den Strom zu den Statorwicklungen präzise.

Ein bürstenbehafteter DC-Servomotor hat einen einfacheren Steuerkreis, da die Kommutierung mechanisch durch die Bürsten und den Kommutator erfolgt. Beide Typen arbeiten jedoch mit einem geschlossenen Regelkreis, d. h. sie sind auf die Rückmeldung eines Encoders oder eines ähnlichen Geräts angewiesen, um eine präzise Steuerung von Position, Geschwindigkeit oder Drehmoment zu erreichen. Der Controller ist das Gehirn, das sicherstellt, dass der Motor (egal ob DC-Servo oder AC-Servo) sein Ziel erreicht. Ganz gleich, ob es um die Steuerung der Winkel- oder der Linearposition geht, der Controller spielt eine wichtige Rolle. Sowohl AC- als auch DC-Servomotorsysteme zielen auf eine hohe Präzision der Positionsregelung ab.