스테퍼 모터 vs 서보 모터: 핵심 차이점 완벽 해설

서보 모터

서보 모터는 제어 시스템에서 액추에이터로 사용되며, 수신된 전기 신호를 모터 샤프트의 각도 변위 또는 각속도 출력으로 변환합니다. 서보 모터 내부의 로터는 영구 자석입니다. 드라이버가 제어하는 U/V/W 3상 전기가 전자기장을 형성하고, 로터는 이 자기장 작용 하에 회전합니다. 동시에 모터의 인코더가 신호를 드라이버로 피드백하고, 드라이버가 목표값과 피드백값을 비교해 로터의 회전 각도를 조정합니다.

서보 모터의 정밀도는 인코더의 정밀도에 의해 결정됩니다. 즉, 서보 모터 자체에 펄스 송신 기능이 있어, 매 회전 각도마다 해당하는 수의 펄스를 송출해 서보 드라이브와 서보 모터 인코더의 펄스가 응답을 형성합니다. 따라서 폐루프 제어 방식입니다.

스테퍼 모터

스테퍼 모터는 전기 펄스 신호를 각도 변위 또는 선형 변위로 변환하는 개루프 제어 소자 스테퍼 모터 장치입니다. 과부하가 아닌 경우, 모터 속도와 정지 위치는 펄스 신호의 주파수와 펄스 수에만 의존하며 부하 변화의 영향을 받지 않습니다.

스테퍼 드라이버가 펄스 신호를 수신하면, 설정된 방향으로 스테퍼 모터를 고정 각도( "스텝 각도"라 함)만큼 회전시킵니다. 스테핑은 펄스 수를 제어해 각도 변위를 제어함으로써 정확한 위치 결정을 달성합니다. 또한 드라이버의 펄스 주파수를 제어해 모터 회전 속도와 가속도를 제어함으로써 고속 구현이 가능합니다. 따라서 스테퍼 모터는 개루프 제어 방식입니다.

스테퍼 모터와 서보 모터의 차이점

컨트롤러

스테퍼 모터 컨트롤러: 균일한 펄스 신호를 송출하는 전자 제품입니다. 이 신호가 스테퍼 모터 드라이버에 입력되면 드라이버가 스테퍼 모터 구동에 필요한 강전류 신호로 변환해 모터를 구동합니다. 스테퍼 모터 컨트롤러는 스테퍼 모터가 매 각도를 회전하도록 정밀 제어할 수 있습니다. 드라이버가 수신하는 것은 펄스 신호로, 펄스를 수신할 때마다 드라이버가 모터에 펄스를 주어 모터가 고정 각도만큼 회전하게 합니다. 이 특징으로 스테퍼 모터는 오늘날 다양한 산업에서 널리 사용됩니다.

서보 모터 컨트롤러: 서보 모터를 제어하는 컨트롤러로, 일반 AC 모터에 작용하는 인버터와 기능이 유사합니다. 서보 시스템의 일부로 주로 고정밀 위치 결정 시스템에 사용됩니다. 일반적으로 위치, 속도, 토크 세 가지 방식으로 서보 모터를 제어해 고정밀 전송 시스템 위치 결정을 달성합니다. 현재 전송 기술의 하이엔드 제품입니다.

제어 정밀도

스테퍼 모터는 상(phase)과 비트(beat) 수가 많을수록 정밀도가 높습니다. 서보 모터는 내장 인코더에 기반하며, 인코더의 스케일 수가 많을수록 정밀도가 높습니다.

제어 방식

하나는 개루프 제어, 다른 하나는 폐루프 제어입니다.

저주파 특성

스테퍼 모터는 저속에서 저주파 진동이 발생하기 쉽습니다. 일반적으로 댐핑이나 서브디비전 기술로 저주파 진동을 극복하는 반면, 서보 모터는 저속에서 진동하지 않습니다. AC 서보 시스템은 공진 억제 기능을 가지고 있어 기계의 강성 부족을 보완할 수 있으며, 시스템 내부에 주파수 분석 기능(FFT)이 있어 기계의 공진 지점을 검출해 시스템 조정을 용이하게 합니다.

토크-주파수 특성

스테퍼 모터의 출력 토크는 속도 증가에 따라 감소하는 반면, AC 서보 모터는 일정한 토크 출력을 가집니다.

과부하 용량

스테퍼 모터는 과부하 용량이 없으나, AC 모터는 더 강한 과부하 용량을 가집니다.

동작 성능

스테퍼 모터는 개루프 제어를 채택합니다. 시작 주파수가 너무 높거나 부하가 너무 크면 스텝 아웃(step-out) 또는 스톨(stall)이 발생하기 쉽습니다. 속도가 너무 높으면 오버슈트(overshoot)가 발생하기 쉽습니다. 서보 시스템은 폐루프 제어입니다. 드라이버가 모터 인코더의 피드백 신호를 직접 샘플링해 내부에서 위치 루프와 속도 루프를 형성합니다. 일반적으로 스테퍼 모터의 스텝 아웃이나 오버슈트가 발생하지 않으며, 제어 성능이 더 신뢰할 수 있습니다.

속도 응답 성능

스테퍼 모터가 정지 상태에서 작업 속도까지 가속하는 데 수백 밀리초가 소요되는 반면, AC 서보 시스템은 더 우수한 가속 성능을 가지며 일반적으로 수 밀리초만에 완료됩니다. 빠른 시작과 정지가 필요한 제어 상황에 적합합니다.

AC 서보 시스템은 많은 성능 면에서 스테퍼 모터보다 우수합니다. 그러나 스테퍼 모터는 요구 사항이 덜 까다로운 일부 경우에 액추에이터 모터로 자주 사용됩니다. 따라서 제어 시스템 설계 과정에서 제어 요구사항과 비용 등 다양한 요소를 종합적으로 고려해 적합한 제어 모터를 선택해야 합니다.