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步進電機和交流伺服電機性能(néng)比較
2019/3/22 16:44:41
     步進電機是一(yī)種離散運動的裝置,它和現(xiàn)代數字控制技術有着本質的聯系。在目前國内的數字控制系統中,步進電機的應用十分(fēn)廣泛。随着全數字式交流伺服系統的出現(xiàn),交流伺服電機也(yě)越來(lái)越多地應用于數字控制系統中。為(wèi)了(le)适應數字控制的發展趨勢,運動控制系統中大多采用步進電機或全數字式交流伺服電機作(zuò)為(wèi)執行電動機。雖然兩者在控制方式上(shàng)相似(脈沖串和方向信号),但(dàn)在使用性能(néng)和應用場(chǎng)合上(shàng)存在着較大的差異。現(xiàn)就(jiù)二者的
使用性能(néng)作(zuò)一(yī)比較。
一(yī)、控制精度不同
     兩相混合式步進電機步距角一(yī)般為(wèi)3.6°、 1.8°,五相混合式步進電機步距角一(yī)般為(wèi)0.72 °、0.36°。也(yě)有一(yī)些(xiē)高性能(néng)的步進電機步距角更小。如(rú)四通公司生(shēng)産的一(yī)種用于慢(màn)走絲機床的步進電機,其步距角為(wèi)0.09°;德國百格拉公司(BERGER LAHR)生(shēng)産的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關(guān)設置為(wèi)1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了(le)兩相和五相混合式步進電機的步距角。交流伺服電機的控制精度由電機軸後端的旋轉編碼器(qì)保證。以松下(xià)全數字式交流伺服電機為(wèi)例,對于帶标準2500線編碼器(qì)的電機而言,由于驅動器(qì)内部采用了(le)四倍頻技術,其脈沖當量為(wèi)360°/10000=0.036°。對于帶17位編碼器(qì)的電機而言,驅動器(qì)每接收217=131072個(gè)脈沖電機轉一(yī)圈,即其脈沖當量為(wèi)360°/131072=9.89秒(miǎo)。是步距角為(wèi)1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。
二、低(dī)頻特性不同

     步進電機在低(dī)速時(shí)易出現(xiàn)低(dī)頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情況和驅動器(qì)性能(néng)有關(guān),一(yī)般認為(wèi)振動頻率為(wèi)電機空載起跳(tiào)頻率的一(yī)半。這(zhè)種由步進電機的工作(zuò)原理(lǐ)所決定的低(dī)頻振動現(xiàn)象對于機器(qì)的正常運轉非常不利。當步進電機工作(zuò)在低(dī)速時(shí),一(yī)般應采用阻尼技術來(lái)克服低(dī)頻振動現(xiàn)象,比如(rú)在電機上(shàng)加阻尼器(qì),或驅動器(qì)上(shàng)采用細分(fēn)技術等。交流伺服電機運轉非常平穩,即使在低(dī)速時(shí)也(yě)不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統具有共振抑制功能(néng),可涵蓋機械的剛性不足,并且系統内部具有頻率解析機能(néng)(FFT),可檢測出機械的共振點,便于系統調整。

三、矩頻特性不同

      步進電機的輸出力矩随轉速升高而下(xià)降,且在較高轉速時(shí)會急劇(jù)下(xià)降,所以其最高工作(zuò)轉速一(yī)般在300~600RPM。交流伺服電機為(wèi)恒力矩輸出,即在其額定轉速(一(yī)般為(wèi)2000RPM或3000RPM)以内,都能(néng)輸出額定轉矩,在額定轉速以上(shàng)為(wèi)恒功率輸出。

四、過載能(néng)力不同

     步進電機一(yī)般不具有過載能(néng)力。交流伺服電機具有較強的過載能(néng)力。以松下(xià)交流伺服系統為(wèi)例,它具有速度過載和轉矩過載能(néng)力。其最大轉矩為(wèi)額定轉矩的三倍,可用于克服慣性負載在啓動瞬間(jiān)的慣性力矩。步進電機因為(wèi)沒有這(zhè)種過載能(néng)力,在選型時(shí)為(wèi)了(le)克服這(zhè)種慣性力矩,往往需要選取較大轉矩的電機,而機器(qì)在正常工作(zuò)期間(jiān)又不需要那麽大的轉矩,便出現(xiàn)了(le)力矩浪費的現(xiàn)象。
五、運行性能(néng)不同
     步進電機的控制為(wèi)開環控制,啓動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丢步或堵轉的現(xiàn)象,停止時(shí)轉速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象,所以為(wèi)保證其控制精度,應處理(lǐ)好(hǎo)(hǎo)升、降速問題。交流伺服驅動系統為(wèi)閉環控制,驅動器(qì)可直接對電機編碼器(qì)反饋信号進行采樣,内部構成位置環和速度環,一(yī)般不會出現(xiàn)步進電機的丢步或過沖的現(xiàn)象,控制性能(néng)更為(wèi)可靠。
六、速度響應性能(néng)不同
     步進電機從靜止加速到工作(zuò)轉速(一(yī)般為(wèi)每分(fēn)鍾幾百轉)需要200~400毫秒(miǎo)。交流伺服系統的加速性能(néng)較好(hǎo)(hǎo),以松下(xià)MSMA 400W交流伺服電機為(wèi)例,從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒(miǎo),可用于要求快(kuài)速啓停的控制場(chǎng)合。
      綜上(shàng)所述,交流伺服系統在許多性能(néng)方面都優于步進電機。但(dàn)在一(yī)些(xiē)要求不高的場(chǎng)合也(yě)經常用步進電機來(lái)做執行電動機。所以,在控制系統的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素,選用适當的控制電機。

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