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步进电机和伺服电机如何选择

文章来源:未知人气:发表时间:2020-05-11 14:04

在行走定位系统中,常用的电机就是步进电机和伺服电机两种,其中步进电机主要有2相、 5相和微步进几种,伺服电机主要有交流伺服电机和直流伺服电机,以及有刷和无刷电机的分类。那我们应该如何选择步进电机和伺服电机呢?
步进电机是一种离散运动的装置,它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中,步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现,交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。
为了适应数字控制的发展趋势,运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似(脉冲串和方向信号),但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。
市场上的步进电机和伺服电机的控制器很多,但是大部分都需要编程才能使用。现在步 进电机和伺服电机的用途很广泛,是很多设备优先选用的控制电机,由于需要编程才能控制 没有技术力量的厂家难于应用,只得求助外援来解决。
一、控制精度不同
两相混合式步进电机步距角一般为 3.6°、 1.8°,五相混合式步进电机步距角一般为 0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机,其步距角为 0.09°;德国百格拉公司(BERGER LAHR)生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为 1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。
交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例,对于带标准 2500 线编码器的电机而言,由于驱动器内部采用了四倍频技术,其脉冲当量为 360°/10000=0.036°。对于带 17 位编码器的电机而言,驱动器每接收 217=131072个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为 360°/131072=9.89 秒。是步距角为 1.8°的步进电机的脉冲当量的 1/655。
二、低频特性不同
步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关,一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时,一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象,比如在电机上加阻尼器,或驱动器上采用细分技术等。
交流伺服电机运转非常平稳,即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机能(FFT),可检测出机械的共振点,便于系统调整。
三、矩频特性不同
步进电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时会急剧下降,所以其最高工作转速一般在 300~600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速(一般为 2000RPM或 3000RPM)以内,都能输出额定转矩,在额定转速以上为恒功率输出。
四、过载能力不同
步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例,它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍,可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力,在选型时为了克服这种惯性力矩,往往需要选取较大转矩的电机,而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩,便出现了力矩浪费的现象。
五、运行性能不同
步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲的现象,所以为保证其控制精度,应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性能更为可靠。
六、速度响应性能不同
步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要 200~400 毫秒。交流伺服系统的加速性能较好,以松下 MSMA 400W 交流伺服电机为例,从静止加速到其额定转速3000RPM 仅需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。
七、价格不同
由于伺服电机及其驱动器的制造成本和技术含量相对较高,因此价格也比步进电机高了不少,尤其是尽快的伺服电机价格差距更大。近来国产伺服电机发展很快,有了不少品种和型号的伺服电机可供选择,性价比也较高。


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