伺服电机与步进电机的 10 个区别;伺服电机由电机、控制单元和编码器或旋转变压器组成,是一种闭环控制系统。它旨在精确控制位置和速度。伺服电机具有用于产生高速扭矩的变速箱。我们经常看到交流伺服电机和直流伺服电机。
步进电机是一种无刷直流电动机,它可以将整个旋转过程分成多个相等的步进或增量,无需反馈机制即可精确控制电机的位置。我们经常看到永磁 (PM) 步进电机、可变磁阻 (VR) 步进电机和混合式步进电机。
伺服电机和步进电机之间的基本应用差异是什么?在哪些方面您会选择其中一种而不是另一种?这份简短的 10 点指南对这些定位技术之间的差异提供了简单的非技术性解释,并试图揭开这个主题的神秘面纱,纠正许多误解。
1.步进机与伺服机扭矩对比:
许多人认为步进电机不具备伺服电机的扭矩容量。这不一定是真的。步进电机的标称扭矩与同等框架尺寸的伺服电机非常相似。当然,伺服电机具有额外的时间相关峰值扭矩额定值,其速度曲线比步进电机灵活得多,性能更高。如果步进电机解决方案尺寸正确,它将成为伺服电机的真正低成本替代方案。
2. 步进机的良好应用:
尽管有很多说法称伺服电机为最佳性能选择,但对于应用而言,伺服电机并非总是最佳性能选择。步进电机的结构意味着位置是其旋转周期中的离散步骤。如果应用需要非常好的静止稳定性,例如定位视觉系统,步进电机总是比伺服电机更好。伺服电机在静止时会前后共振,从而赋予其定位特性;而步进电机在静止时保持非常稳定。
3. 什么情况下伺服器不再是伺服器?
伺服这个术语通常是指具有闭环反馈的系统,因此伺服电机实际上只有在与驱动器耦合以形成闭环时才是伺服。
这也意味着任何类型的电机都可以内置到伺服系统中,从而提供成本优化的伺服系统。这种低成本伺服系统利用步进电机,以 50% 的成本提供伺服系统的所有功能,速度是唯一的缺点。
4. 步进机应用时应注意的事项:
步进电机的某些特性要求在应用时谨慎选择。步进电机的扭矩曲线非常短,高转速会导致扭矩迅速下降。步进电机的低速也提供低扭矩;因此,电机保持负载静止的垂直应用通常不适合步进电机。由于离散步进产生的共振,需要非常平稳稳定速度的应用也很难使用步进电机;然而,这通常可以通过微步进或闭环来改善。
5.什么是细分?
一台只有 200 步进的电机如何能在一圈内提供 200,000 个位置?为电机提供正确功率和相位以完成其任务的步进驱动器是包含微步进功能的产品。通过改变电机两极之间的电流,我们可以影响两极之间的转子位置。如果驱动器为每个极提供 50% 的电流,转子将恰好位于两极之间的中间位置,因此提供半步进。许多驱动器可以提供 1/1000 步进,因此大大提高了分辨率。请注意,微步进会对步进电机的扭矩曲线产生负面影响,使扭矩降低多达 30%。
6.“扭紧扭矩”:
伺服电机的一个主要优点是它们能够在应用中控制其扭矩。
步进电机始终以最大扭矩运行,因此无法在需要力或扭矩控制的应用中使用它们。如果将伺服电机连接到滚珠丝杠驱动器,则该应用可以提供精确的力控制,以推动产品或在组装过程中将产品压合在一起。但是,闭环步进系统确实能够提供扭矩控制。
7.尺寸就是一切:
伺服电机和步进电机的尺寸完全相同。必须小心确保步进电机在加速期间(运动中最耗电的阶段)的扭矩要求位于电机的标称扭矩曲线范围内。
伺服电机具有更大的灵活性,因为加速扭矩通常可以位于伺服电机的峰值扭矩曲线内,并且只有整个周期的均方根扭矩需要位于标称扭矩曲线内。
8. 适合所有应用的尺寸:
请记住,大多数步进电机和伺服电机制造商都提供相同框架尺寸但长度不同的电机。此功能允许相同尺寸的电机获得不同的扭矩和惯性值,从而提供更大的选择自由度。它还可以在不增加电机尺寸的情况下提高性能,从而大幅降低成本,从而实现更具成本效益、更轻便且安装空间更小的解决方案。通过保持较小的框架尺寸并增加长度,任何额外变速箱的成本也会显著降低。
9.不要用大锤来砸核桃。
许多伺服电机连接到机械执行器(例如皮带传动装置)上,以将旋转运动转换为线性运动。步进电机通常被忽略,因为它们太慢了。然而,皮带传动装置每转的行程距离通常很长,许多中型皮带传动装置每转移动 100 毫米。
对于 2 米/秒的相对较快的移动,电机必须以 1200 rpm 的速度旋转,这完全在优质步进电机的范围内。性能为 12000 rpm 的伺服电机的最高速度为 20 米/秒,远快于任何皮带传动的速度。如果没有必要,请不要过度指定应用程序!
10. 力量等于性能:
无论是步进系统还是伺服系统,电流越大,电机产生的扭矩就越大。如果只有 100 毫米框架尺寸的伺服电机适合应用空间,那么使用三相 400V 交流驱动器将比 240V 交流驱动器提供更大的扭矩。同样,使用步进驱动器,您可以选择改变驱动器的直流电压,许多系统使用 24V 直流、48V 直流或 72V 直流,显然 72V 电源将提高 24V 的性能。
步进驱动器的一个优点是可以从简单的 48V 直流电源产生很大的扭矩,这意味着驱动器在安全的电源电压下运行,增加了安全和易于维护的好处。
在我看来:
步进电机通常在开环控制下运行。伺服电机提供恒定的位置反馈。伺服电机提供的闭环配置使电机能够产生比步进电机更快的速度和高达三倍的扭矩。
步进电机在高速下通常具有较差的扭矩特性。与类似尺寸相比,伺服电机可以产生比步进电机快 2 到 4 倍的速度和功率。
由于使用编码器和闭环控制,伺服电机的精度、分辨率和反应比步进电机高得多。
步进电机通常适用于成本敏感且维护成本低的应用。步进电机具有稳定性和灵活性;它们不会在定位方面发生波动,尤其是在动态负载下,并且可以在开环或闭环配置中运行。如果在其规格范围内运行,则不需要编码器。
伺服电机适用于需要动态负载变化的高速(通常大于 2,000 RPM)和高扭矩应用。伺服电机需要更高的维护和更复杂的设置,但不会像步进电机那样产生振动和/或共振问题。
伺服电机比步进电机贵,适合的机器才是最好的,适合的配置才是最好的,一般大型机、自动换刀机、大型模具雕刻机、四轴雕刻机采用伺服电机,普通雕刻机、数控激光切割机、数控等离子切割机一般采用步进电机。
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