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      工作原理

      步進電機和伺服電機的主要區別是什么?

      發布時間:2017-1-1 20:24:55 點擊量:

       

      步進電機和伺服電機的主要區別是什么?

          步進電機是一種離散運動的裝置,它和現代數字控制技術有著本質的聯系。在目前國內的數字控制系統中,步進電機的應用十分廣泛。隨著全數字式交流伺服系統的出現,交流伺服電機也越來越多地應用于數字控制系統中。為了適應數字控制的發展趨勢,運動控制系統中大多采用步進電機或全數字式交流伺服電機作為執行電動機。雖然兩者在位置控制方式上十分相似(脈沖串和方向信號),但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異,F就二者的使用性能作一比較。

      一、步進電機和伺服電機控制精度不同

          兩相混合式步進電機步距角一般為1.8°,三相混合式步進電機步距角為1.2°。也有一些高性能的步進電機步距角更小。如上海運控生產的兩相HM系列步進電機有步距角為0.9°,步進電機在使用細分驅動技術以后,控制精度得到提高,兩相步進電機可以分辨的步數約為8000/轉,三相步進電機可以分辨的精度約為10000/轉。

          交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。對于帶標準2500線編碼器的伺服電機而言,由于驅動器內部采用了四倍頻技術,其脈沖當量為360°/10000=0.036°。

          值得注意的是,分辨率與精度是不同的概念,比如雕刻機的銘牌上坑農寫到雕刻精度0.001mm,這其實雕刻機并不能把0.1mm分成100等分排列成一條直線,在放大鏡下觀察,雕刻出來的結果必然是鋸齒狀的。相對于絕大多數用戶而言,無論是機械傳動精度,還是光電傳感器來定位精度,都沒有步進電機伺服電機的物理精度高,單方面追求電機的最高精度是沒有必要的。

      二、步進電機和伺服電機矩頻特性不同

          步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降,且在較高轉速時會急劇下降,所以其最高工作轉速一般在0900RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出,即在其額定轉速(一般為1000~3000RPM)以內,都能輸出額定轉矩。

          伺服電機輸出力矩的矩頻特性平穩,優勢體現在需要速度較高的環境,在低速時,這個優勢并沒有意義,以57HB76步進和60系列400W伺服電機來比較,矩頻特性如下:

       步進電機和交流伺服電機矩頻特性的比較 

      如上圖所示紅色為伺服電機矩頻特性,藍色部分為運控三相混合式步進電機矩頻特性,二者價格相差4

      三、步進電機和伺服電機過載能力不同

          步進電機一般不具有過載能力,運控YK2M系列兩相步進電機驅動器內置了電流采集和智能處理,過載能力也是很有限的。交流伺服電機具有23倍的速度過載和轉矩過載能力,可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力,在選型時必須根據設備的特性,伺服電機可以實現高響應頻率,如果要達到相似的效果而繼續選擇步進電機,那么要克服這種慣性力矩,首先要保證步進電機的力矩大于所需要的力矩,然后盡可能優化加減速曲線。

      四、步進電機和伺服電機運行性能不同

          步進電機的控制為開環控制,啟動頻率過高或負載過大易出現丟步或堵轉的現象,停止時轉速過高易出現過沖的現象,所以為保證其控制精度,應處理好升、降速問題。交流伺服驅動系統為閉環控制,驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣,內部構成位置環和速度環,一般不會出現步進電機的丟步或過沖的現象,控制性能更為可靠。伺服電機是閉環系統,伺服驅動器可以自動修正丟失的脈沖,在堵轉時也可以及時給控制器反饋,而步進電機是開環系統,必須通過足夠的力矩余量來避免堵轉。

      五、步進電機和伺服電機速度響應性能不同

          步進電機從靜止加速到工作轉速(一般為每分鐘幾百轉)需要1002000毫秒。交流伺服系統的加速性能較好,從靜止加速到其額定轉速3000RPM最短僅需幾毫秒,可用于要求快速啟停的控制場合。

       

      綜上所述,交流伺服系統在一些性能方面都優于步進電機,但是步進電機有其自身的特性,不會被完全取代。

      1、  交流伺服精度略高于步進電機,但是大多數場合,步進電機的分辨率已經遠高于機械要求的精度;

      2、  雖然矩頻特性不同,但是并不是所有設備應用都是需要高速度的,步進電機的低速大力矩,通常電機轉速要求700rpm以內適合使用步進電機,更高速度適合使用交流伺服電機;

      3、  交流伺服有很強的過載能力,但是部分步進電機驅動器也具有一定的過載能力,而且在過載能力和保留足夠力矩余量之間可以做一個性價比的選擇;

      4、  速度響應頻率不同,這是選擇步進電機和交流伺服電機的又一個重要因素。高響應頻率是交流伺服電機的優勢。選型時需要注意這一特性。

      5、  前面提到了交流伺服電機的精度,大部分用戶并不知道交流伺服電機在高分辨率低速度時會反復對位置,以至于出現微抖動,在一些極高精度的設備上,比如精密玉石雕刻機,高精度低速機器人上,這樣的抖動會造成圓弧上的鋸齒,或者模糊。而特殊處理過的步進電機確可以解決這一問題,因為步進電機不會反復對齒。

      6、  在一些分度控制的應用中,步進電機轉到角度停止,鎖定力矩較大,交流伺服則是在受外力位置丟失以后再找回位置,這個過程可能造成加工誤差。

       

       

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