伺服电机步进电机性能解析

2022-07-05 09:39:27 admin 2

一、步进电机

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,称为“步距角“,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。

二、伺服电机

伺服主要靠脉冲来定位,基本上可以这样理解,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移,因为,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样,和伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的控制电机的转动,从而实现精确的定位,可以达到0.001mm。

三、步进电机和伺服电机的区别

区别1: 控制的方式不同

步进电机是通过控制脉冲的个数控制转动角度的,一个脉冲对应一个步距角。 伺服电机是通过控制脉冲时间的长短控制转动角度的。

区别2 : 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。

区别3 :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 300~600r/min。

交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速(一般为 2000 或 3000 r/min)以内,都能输出额定转矩,在额定转速以上为恒功率输出。

区别4: 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。其最大转矩为额转矩的 3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)

区别5: 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 200~400ms。 交流伺服系统的加速性能较好,以松下MSMA400W 交流伺服电机为例,从静止加速到其额定转速 3000 r/min。仅需几 ms,可用于要求快速启停的控制场合。

综上所述,两者最大的区别,我认为伺服电机是闭关系统,便于自动化控制,步进电机是开环系统,动作不可控。同时伺服电机在许多性能方面都优于步进电机。但同样伺服电机的价格也比步进电机贵很多。因此在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以,在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素,选用适当的控制电机。

四,电机选择

1、看要求的工作速度,如果速度低于300转/分,可以考虑步进电机,如果高于这个速度,基本以伺服电机为主。

2、看对运转平稳性有什么要求,步进电机是非连续工作,有震动及噪声问题,伺服没有。

3、看对控制精度有什么要求,步进电机一般是开环系统,所有精度都是通过计算得出来的,不一定是真实的,步进电机有丢步问题,细分后有理论与实际脱离问题。伺服可以作成全闭环,反映的位置是真实的。

4、看工作有没有瞬间过载情况,步进电机没有过载能力。伺服有过载能力。 以上都满足后再看要求的扭矩及安装空间,确认电机体积。


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