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怎么选择步进电机与伺服电机

栏目: 伺服系统

发表时间: 2017年11月25日

伺服电机和步进电机之间进行选择可能是一个非常棘手的问题,需要平衡几个设计因素。成本考虑因素,扭矩,速度,加速度和驱动电路都会在为您的应用选择最佳电机时发挥作用。

步进电机和伺服电机的基本区别

步进电机和伺服电机在两个关键方面有所不同,基本结构以及如何控制。

步进电机有大量的磁极,由永久磁铁或电流产生的北极和南极的磁性对,通常为50到100极。相比之下,伺服电机的极数非常少,通常是4到12个。每根电杆都为电机轴提供了一个自然的停止点。极数越多,步进电机就能在每个极之间精确精确地移动,并使步进电机在许多应用中无需任何位置反馈即可运行。伺服电机通常需要一个位置编码器来跟踪电机轴的位置,特别是在需要精确的运动时。

驱动步进电机到精确的位置比驱动伺服电机简单得多。使用步进电机时,一个驱动脉冲将使电机轴从一个极点移动到另一个极点。由于给定电动机的步长固定在一定的旋转量,所以移动到精确的位置只是发送正确数量的脉冲的问题。

相反,伺服电机读取当前编码器位置和它们被命令的位置之间的差异,以及仅移动到正确位置所需的电流。有了今天的数字电子设备,步进电机比伺服电机更容易控制。

步进器的优点

步进电机比伺服电机提供了几个优点,超越了更多的极数,并且更容易实现驱动控制。

步进电机的设计提供了恒定的保持转矩,而不需要电机供电。低速步进电机的转矩大于相同尺寸的伺服电机。步进电机的最大优点之一是其成本和可用性相对较低。

伺服优势

对于需要高转速和高转矩的应用,伺服电机发光。步进电机峰值速度为2000 RPM,而伺服电机的速度要快很多倍。伺服电机在高速下也能保持额定转矩,高速时伺服电机可以达到额定转矩的90%。伺服电机比步进电机效率更高,效率在80-90%之间。伺服电机可以在短时间内提供大约两倍的额定扭矩,从而在需要时提供足够的容量。另外,伺服电机相当于交流和直流驱动器,不会产生振动或共振问题。

步进限制

由于其所有优点,步进电机有一些限制,根据您的应用可能会导致重大的实施和操作问题。步进电机没有任何后备电源。事实上,步进电机在接近最大驱动速度时会失去大量的扭矩。

典型的是在最大速度的90%时额定扭矩的80%损失。步进电机在加速负载时也不如伺服电机。在下一个驱动脉冲之前步进器不能产生足够的转矩以移动到下一步的尝试加速负载太快将导致跳过的步骤和位置的损失。如果位置精度是必不可少的,那么电机的负载不得超过其转矩,或者步进电机必须与位置编码器组合以确保定位精度。步进电机也遭受振动和共振问题。在一定的速度下,部分取决于负载动态特性,步进电机可能会进入共振状态,无法驱动负载。

这导致跳步,电机停转,振动和噪音过大。

伺服限制

伺服电机能够提供比步进电机更多的功率,但确实需要更为复杂的驱动电路和位置反馈来精确定位。伺服电机也比步进电机贵很多,而且往往很难找到。伺服电机通常需要齿轮箱,特别是对于低速运行。对变速箱和位置编码器的要求使得伺服电机设计更复杂,增加了系统的维护要求。最重要的是,在增加位置编码器的成本之前,伺服电机比步进电机更昂贵。

概要

为您的应用选择最佳的电机取决于您的系统的几个关键设计标准,包括成本,定位精度要求,转矩要求,驱动器功率可用性和加速要求。总的来说,伺服电机最适合高速,高转矩的应用,而步进电机则更适合低加速度,高保持转矩的应用。