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伺服電機與步進電機比較

返回列表 來源: 發布日期: 2019.03.20

伺服電機與(yu) 步進電機比較

步進電機作為(wei) 一種開環控製的係統,和現代數字控製技術有著本質的聯係。在目前國內(nei) 的數字控製係統中,步進電機的應用十分廣泛。隨著全數字式交流伺服係統的出現,交流伺服電機也越來越多地應用於(yu) 數字控製係統中。為(wei) 了適應數字控製的發展趨勢, 運動控製係統中大多采用步進電機或全數字式交流伺服電機 作為(wei) 執行電動機。雖然兩(liang) 者在控製方式上相似(脈衝(chong) 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。現就二者的使用性能作一比較。

伺服電機與(yu) 步進電機比較

伺服電機工作原理

伺服電機可使控製速度,位置精度非常準確,可以將電壓信號轉化為(wei) 轉矩和轉速以驅動控製對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控製,並能快速反應,在自動控製係統中,用作執行元件,且具有機電時間常數小、線性度高、始動電壓等特性,可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為(wei) 直流和交流伺服電動機兩(liang) 大類,其主要特點是,當信號電壓為(wei) 零時無自轉現象,轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。

伺服係統(servo mechanism)是使物體(ti) 的位置、方位、 狀態等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(或給定值)的任意變化的自動控製係統。伺服主要靠脈衝(chong) 來定位,基本上可以這樣理解,伺服電機接收到1個(ge) 脈衝(chong) ,就會(hui) 旋轉1個(ge) 脈衝(chong) 對應的角度,從(cong) 而實現位移,因為(wei) ,伺服電機本身具備發出脈衝(chong) 的功能,所以伺服電機每旋轉一個(ge) 角度,都會(hui) 發出對應數量的脈衝(chong) ,這樣,和伺服電機接受的脈衝(chong) 形成了呼應,或者叫閉環,如此一來,係統就會(hui) 知道發了多少脈衝(chong) 給伺服電機,同時又收了多少脈衝(chong) 回來,這樣,就能夠很精確的控製電機的轉動,從(cong) 而實現精確的定位,可以達到0.001mm。直流伺服電機分為(wei) 有刷和無刷電機。有刷電機成本低,結構簡單,啟動 轉矩大,調速範圍寬,控製容易,需要維護,但維護不方便(換碳刷),產(chan) 生電磁 幹擾,對環境有要求。因此它可以用於(yu) 對成本敏感的普通工業(ye) 和民用場合。

步進電機工作原理

步進電機是將電脈衝(chong) 信號轉變為(wei) 角位移 或線位移 的開環控製電機,是現代數字程序控製係統中的主要執行元件,應用極為(wei) 廣泛。在非超載的情況下,電機 的轉速、停止的位置隻取決(jue) 於(yu) 脈衝(chong) 信號的頻率和脈衝(chong) 數,而不受負載變化的影響,當步進驅動器接收到一個(ge) 脈衝(chong) 信號,它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個(ge) 固定的角度,稱為(wei) “步距角”,它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控製脈衝(chong) 個(ge) 數來控製角位移量,從(cong) 而達到準確定位的目的;同時可以通過控製脈衝(chong) 頻率來控製電機轉動的 速度和加速度,從(cong) 而達到調速的目的。

伺服電機與(yu) 步進電機的性能比較

一、控製精度不同
兩相混合式步進電機步距角一般為 1.8°、0.9°,五相混合式步進電機步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進電機通過細分後步距角更小。如三洋公司(SANYO DENKI)生產的二相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。
交流伺服電機的控製精度由電機軸後端的旋轉編碼器保證。以三洋全數字式交流伺服電機為例,對於帶標準2000線編碼器的電機而言,由於驅動器內部采用了四倍頻技術,其脈衝當量為360°/8000=0.045°。對於帶17位編碼器的電機而言,驅動器每接收131072個脈衝電機轉一圈,即其脈衝當量為360°/131072=0.0027466°,是步距角為1.8°的步進電機的脈衝當量的1/655。
二、低頻特性不同
步進電機在低速時易出現低頻振動現象。振動頻率與負載情況和驅動器性能有關,一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現象對於機器的正常運轉非常不利。當步進電機工作在低速時,一般應采用阻尼技術來克服低頻振動現象,比如在電機上加阻尼器,或驅動器上采用細分技術等。
交流伺服電機運轉非常平穩,即使在低速時也不會出現振動現象。交流伺服係統具有共振抑製功能,可涵蓋機械的剛性不足,並且係統內部具有頻率解析機能(FFT),可檢測出機械的共振點,便於係統調整。
三、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300~600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出,即在其額定轉速(一般為2000RPM或3000RPM)以內,都能輸出額定轉矩,在額定轉速以上為恒功率輸出。
四、過載能力不同
步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以三洋交流伺服係統為例,它具有速度過載和轉矩過載能力。其最大轉矩為額定轉矩的二到三倍,可用於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,在選型時為了克服這種慣性力矩,往往需要選取較大轉矩的電機,而機器在正常工作期間又不需要那麽大的轉矩,便出現了力矩浪費的現象。
五、運行性能不同
步進電機的控製為開環控製,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衝的現象,所以為保證其控製精度,應處理好升、降速問題。交流伺服驅動係統為閉環控製,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衝的現象,控製性能更為可靠。
六、速度響應性能不同
步進電機從靜止加速到工作轉速(一般為每分鍾幾百轉)需要200~400毫秒。交流伺服係統的加速性能較好,以山洋400W交流伺服電機為例,從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒,可用於要求快速啟停的控製場合。
綜上所述,交流伺服係統在許多性能方麵都優於步進電機。但在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做執行電動機。所以,在控製係統的設計過程中要綜合考慮控製要求、成本等多方麵的因素,選用適當的控製電機。
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