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步進(jìn)電機和伺服電機如何選擇(性能優(yōu)勢比較-選擇原則)

發(fā)布時間:2021-04-30 11:02
作品聲明:內(nèi)容由AI生成

摘要:本文首先介紹了步進(jìn)電機和伺服電機的性能比較,然后介紹了伺服電機相對于步進(jìn)電機的優(yōu)勢,后闡述了電機的選擇原則以及如何正確選擇伺服電機和步進(jìn)電機,具體跟隨邊肖了解。

  什么是伺服和步進(jìn)電機?

伺服電機,也稱為執(zhí)行機構(gòu)電機,在自動控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行機構(gòu),將接收到的電信號轉(zhuǎn)換成電機軸上的角位移或角速度。它分為兩類:DC伺服電機和交流伺服電機。它的主要特點是信號電壓為零時,沒有旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象,轉(zhuǎn)速隨著扭矩的增加而勻速下降。伺服主要靠脈沖定位。基本上可以理解為伺服電機接收到脈沖時,會旋轉(zhuǎn)一個與脈沖對應(yīng)的角度,從而實現(xiàn)位移。由于伺服電機本身具有發(fā)送脈沖的功能,所以伺服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度就會發(fā)出相應(yīng)數(shù)量的脈沖,與伺服電機接收到的脈沖相呼應(yīng),或者稱為閉環(huán)。這樣,系統(tǒng)將知道有多少脈沖被發(fā)送到伺服電機,同時又有多少脈沖被接收回來。

步進(jìn)電機是一種離散運動裝置,本質(zhì)上與現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有關(guān)。在目前國內(nèi)的數(shù)控系統(tǒng)中,步進(jìn)電機被廣泛使用。隨著全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn),交流伺服電機越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢,在運動控制系統(tǒng)中,大多采用步進(jìn)電機或全數(shù)字交流伺服電機作為執(zhí)行電機。雖然它們在控制方式(脈沖序列和方向信號)上相似,但在性能和應(yīng)用上卻有很大的不同。本文比較了這兩種系統(tǒng)的性能。

  步進(jìn)電機和伺服電機的性能比較_哪個好

,控制精度不同

兩相混合式步進(jìn)電機的步距角一般為3.6和1.8,五相混合式步進(jìn)電機的步距角一般為0.72和0.36。還有一些步進(jìn)角度較小的高性能步進(jìn)電機。比如Stone公司生產(chǎn)的線切割機床用步進(jìn)電機,步進(jìn)角為0.09;伯杰LAHR公司生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機的步距角可以通過dip開關(guān)設(shè)置為1.8、0.9、0.72、0.36、0.18、0.09、0.072和0.036,與兩相和五相混合式步進(jìn)電機的步距角兼容。

交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下全數(shù)字交流伺服電機為例,對于標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機,由于驅(qū)動器中的四倍頻技術(shù),脈沖當(dāng)量為360/10000=0.036。對于帶17位編碼器的電機,驅(qū)動器每接收217=131072個脈沖就旋轉(zhuǎn)一次,即其脈沖當(dāng)量為360/131072=9.89秒。是步進(jìn)角為1.8的步進(jìn)電機脈沖當(dāng)量的1/655。

第二,低頻特性不同

步進(jìn)電機在低速時容易產(chǎn)生低頻振動。振動頻率與負(fù)載條件和駕駛員的表現(xiàn)有關(guān)。一般認(rèn)為振動頻率是電機空載起飛頻率的一半。這種由步進(jìn)電機工作原理決定的低頻振動現(xiàn)象,對機器的正常運轉(zhuǎn)非常不利。步進(jìn)電機低速工作時,應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象,如在電機上增加阻尼器或在驅(qū)動器上采用細(xì)分技術(shù)。

交流伺服電機運行非常平穩(wěn),即使低速也不會振動。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能,可以彌補機械剛性不足,系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率分析功能(FFT),可以檢測機械的共振點,便于系統(tǒng)調(diào)整。

第三,矩頻特性不同

步進(jìn)電機的輸出轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的增加而減小,在轉(zhuǎn)速較高時急劇下降,因此其工作轉(zhuǎn)速一般為300 ~ 600 rpm。交流伺服電機具有恒定的扭矩輸出,即在其額定轉(zhuǎn)速(一般為2000轉(zhuǎn)/分或3000轉(zhuǎn)/分)內(nèi)輸出額定扭矩,在額定轉(zhuǎn)速以上輸出恒定功率。

第四,超載能力不同

步進(jìn)電機一般不具備過載能力。交流伺服電機過載能力強。以松下交流伺服系統(tǒng)為例,它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載的能力。扭矩是額定扭矩的三倍,可以用來克服起動力矩時慣性負(fù)載的慣性力矩。由于步進(jìn)電機不具備這種過載能力,為了克服選擇時的這種慣性矩,往往需要選擇轉(zhuǎn)矩較大的電機,但機器在正常運行時并不需要這么大的轉(zhuǎn)矩,所以出現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩浪費的現(xiàn)象。

第五,經(jīng)營業(yè)績不同

步進(jìn)電機控制是開環(huán)控制,啟動頻率過高或負(fù)載過大,容易失步或失速,速度過高容易超調(diào),為了保證其控制精度,要處理好。

降速問題。交流伺服 驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制,驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進(jìn)行采樣,內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速 度環(huán),一般不會出現(xiàn)步進(jìn)電機的丟步或過沖的現(xiàn)象,控制性能更為可靠。六、速度響應(yīng)性能不同

  步進(jìn)電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速(一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn))需要 200~400 毫秒。交流伺 服系統(tǒng)的加速性能較好,以松下 MSMA 400W 交流伺服電機為例,從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速 3000RPM 僅需幾毫秒,可用于要求快速啟停的控制場合。

  七、價格不同

  由于伺服電機及其驅(qū)動器的制造成本和技術(shù)含量相對較高,因此價格也比步進(jìn)電機高了 不少,尤其是盡快的伺服電機價格差距更大。今年來國產(chǎn)伺服電機發(fā)展很快,有了不少品種 和型號的伺服電機可供選擇,性價比也較高。

  綜上所述,交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機。但在一些要求不高的場合也 經(jīng)常用步進(jìn)電機來做執(zhí)行電動機。所以,在控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中要綜合考慮控制要求、成 本等多方面的因素,選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C。

  伺服電機對比步進(jìn)電機的優(yōu)勢

  1、精度:實現(xiàn)了位置,速度和力矩的閉環(huán)控制;克服了步進(jìn)電機失步的問題;

  2、轉(zhuǎn)速:高速性能好,一般額定轉(zhuǎn)速能達(dá)到2000~3000轉(zhuǎn);

  3、適應(yīng)性:抗過載能力強,能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載,對有瞬間負(fù)載波動和要求快速起動的場合特別適用;

  4、穩(wěn)定:低速運行平穩(wěn),低速運行時不會產(chǎn)生類似于步進(jìn)電機的步進(jìn)運行現(xiàn)象。適用于有高速響應(yīng)要求的場合;

  5、及時性:電機加減速的動態(tài)相應(yīng)時間短,一般在幾十毫秒之內(nèi);

  6、舒適性:發(fā)熱和噪音明顯降低。

  電機的選用原則

  1、從成本考慮傳統(tǒng)電機〈步進(jìn)電機〈伺服電機

  2、從電機轉(zhuǎn)速要求考慮傳統(tǒng)電機轉(zhuǎn)速范圍寬但調(diào)速不精確且不平滑,并且隨轉(zhuǎn)速降低功率也會降低,隨之帶來的是轉(zhuǎn)矩降低;步進(jìn)電機對轉(zhuǎn)速要求更加苛刻,轉(zhuǎn)速過低時會出現(xiàn)抖動和爬行現(xiàn)象,速度高時扭矩會大幅度降低,所以步進(jìn)電機僅適用于中速運行情況。伺服電機在轉(zhuǎn)速方面優(yōu)勢很明顯,基本沒有明顯的弱點。

  3、從控制精度考慮傳統(tǒng)電機因為是模擬量控制所以精度無法保證,步進(jìn)電機和伺服電機是數(shù)字信號控制其精度要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)電機,但是伺服電機自帶編碼器實現(xiàn)內(nèi)閉環(huán)控制能有效的減少掉步的情況,并且通常情況下伺服電機步距角要遠(yuǎn)小于步進(jìn)電機因此精度更高。

  如何正確選擇伺服電機和步進(jìn)電機

  主要視具體應(yīng)用情況而定,簡單地說要確定:負(fù)載的性質(zhì)(如水平還是垂直負(fù)載等),轉(zhuǎn)矩、慣量、轉(zhuǎn)速、精度、加減速等要求,上位控制要求(如對端口界面和通訊方面的要求),主要控制方式是位置、轉(zhuǎn)矩還是速度方式。供電電源是直流還是交流電源,或電池供電,電壓范圍。據(jù)此以確定電機和配用驅(qū)動器或控制器的型號。

本文關(guān)鍵詞

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