步进电机与伺服电机的区别

随着数字控制技术的发展,运动控制系统中大多采用步进电机或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。现对二者的性能做下比较

一、控制的方式不同

步进电机(一个角度一个脉冲,开环控制):将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制,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个数,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,它就驱动步进电机安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,从而达到高速的目的。但是没有反馈信号,电机不知道具体走到了什么位置,位置精度不够高。

步进电机主要是依相数来做分类,而其中又以二相、五相步进电机为目前市场上所广泛采用。二相步进电机每转最细可分割为400等分,五相则可分割为 1000 等分,所以表现出来的特性以五相步进电机较佳、加减速时间较短、动态惯性较低。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°。

 

步进电机结构图

伺服电机(一个角度多个脉冲,闭环控制):伺服电机也是通过控制脉冲个数,伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,同时驱动器也会接收到反馈回来的信号,和伺服电机接受的脉冲形成比较,这样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,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。伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)也就是说伺服电机本身具备发出脉冲的功能,它每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样伺服驱动器和伺服电机编码器的脉冲形成了呼应,所以它是闭环控制,步进电机是开环控制。


伺服电机结构图

二、低频特性不同

步进电机:在低速时易出现低频振动现象。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。

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。

 

三、矩频特性不同

步进电机: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。

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,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。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。

伺服电机:具有较强的过载能力。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。

 

五、运行性能不同

步进电机: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。

伺服电机: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 ~ 400ms。

伺服电机:交流伺服系统的加速性能较好,从静止加速到其额定转速 3000 r/min,仅需几毫秒,可用于要求快速启停并且位置精度要求较高的控制场台。

 

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