電機選型:步進電機和伺服電機選哪個好?
發布時間:2014-11-14 責任編輯:sherryyu
【導讀】如何正確選擇伺服電機和步進電機?主要視具體應用情況而定,簡單地說要確定:負載的性質=,轉矩、慣量、轉速、精度、加減速等要求,上位控製要求,主要控製方式是位置、轉矩還是速度方式。供電電源是直流還是交流電源,或電池供電,電壓範圍。據此以確定電機和配用驅動器或控製器的型號。
步進電機主要是依相數來做分類,而其中又以二相、五相步進電機為目前市場上所廣泛采用。二相步進電機每轉最細可分割為400等分,五相則可分割為1000等分,所以表現出來的特性以五相步進電機較佳、加減速時間較短、動態慣性較低。
二相/五相步進電機差異比較:
電機構造:
二相步進電機:8個主極‧;4相(2相)4極線圈
五相步進電機:10個主極‧;5相2極線圈
分解能:
二相步進電機:1.8°/0.9°(200、400分割/圈)
五相步進電機:0.72°/0.36°(500、1000分割/圈),較二相步進電機高出2.5倍
振動性:
二相步進電機:100-200pps之間為低速共振領域,振動較大,無顯著共振點
五相步進電機:低振動,速度—轉矩特性,於速度上不及五相步進電機,高速度、高轉矩
bujindianjishiyizhonglisanyundongdezhuangzhi,tahexiandaishuzikongzhijishuyouzhebenzhidelianxi。zaimuqianguoneideshuzikongzhixitongzhong,bujindianjideyingyongshifenguangfan。suizhequanshuzishijiaoliusifuxitongdechuxian,jiaoliusifudianjiyeyuelaiyueduodiyingyongyushuzikongzhixitongzhong。weileshiyingshuzikongzhidefazhanqushi,yundongkongzhixitongzhongdaduocaiyongbujindianjihuoquanshuzishijiaoliusifudianjizuoweizhixingdiandongji。suiranliangzhezaikongzhifangshishangxiangsi(脈衝串和方向信號),但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異。
現就二者的使用性能作一比較。
一、控製精度不同
兩相混合式步進電機步距角一般為3.6°、1.8°,五相混合式步進電機步距角一般為0.72°、0.36°。也有一些高性能的步進電機步距角更小。如四通公司生產的一種用於慢走絲機床的步進電機,其步距角為0.09°;德國百格拉公司(bergerlahr)生產的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。
交流伺服電機的控製精度由電機軸後端的旋轉編碼器保證。以鬆下全數字式交流伺服電機為例,對於帶標準2500線編碼器的電機而言,由於驅動器內部采用了四倍頻技術,其脈衝當量為360°/10000=0.036°。對於帶17位編碼器的電機而言,驅動器每接收217=131072個脈衝電機轉一圈,即其脈衝當量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進電機的脈衝當量的1/655。
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二、低頻特性不同
步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)在(zai)低(di)速(su)時(shi)易(yi)出(chu)現(xian)低(di)頻(pin)振(zhen)動(dong)現(xian)象(xiang)。振(zhen)動(dong)頻(pin)率(lv)與(yu)負(fu)載(zai)情(qing)況(kuang)和(he)驅(qu)動(dong)器(qi)性(xing)能(neng)有(you)關(guan),一(yi)般(ban)認(ren)為(wei)振(zhen)動(dong)頻(pin)率(lv)為(wei)電(dian)機(ji)空(kong)載(zai)起(qi)跳(tiao)頻(pin)率(lv)的(de)一(yi)半(ban)。這(zhe)種(zhong)由(you)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)所(suo)決(jue)定(ding)的(de)低(di)頻(pin)振(zhen)動(dong)現(xian)象(xiang)對(dui)於(yu)機(ji)器(qi)的(de)正(zheng)常(chang)運(yun)轉(zhuan)非(fei)常(chang)不(bu)利(li)。當(dang)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)工(gong)作(zuo)在(zai)低(di)速(su)時(shi),一(yi)般(ban)應(ying)采(cai)用(yong)阻(zu)尼(ni)技(ji)術(shu)來(lai)克(ke)服(fu)低(di)頻(pin)振(zhen)動(dong)現(xian)象(xiang),比(bi)如(ru)在(zai)電(dian)機(ji)上(shang)加(jia)阻(zu)尼(ni)器(qi),或(huo)驅(qu)動(dong)器(qi)上(shang)采(cai)用(yong)細(xi)分(fen)技(ji)術(shu)等(deng)。
交(jiao)流(liu)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)運(yun)轉(zhuan)非(fei)常(chang)平(ping)穩(wen),即(ji)使(shi)在(zai)低(di)速(su)時(shi)也(ye)不(bu)會(hui)出(chu)現(xian)振(zhen)動(dong)現(xian)象(xiang)。交(jiao)流(liu)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)具(ju)有(you)共(gong)振(zhen)抑(yi)製(zhi)功(gong)能(neng),可(ke)涵(han)蓋(gai)機(ji)械(xie)的(de)剛(gang)性(xing)不(bu)足(zu),並(bing)且(qie)係(xi)統(tong)內(nei)部(bu)具(ju)有(you)頻(pin)率(lv)解(jie)析(xi)機(ji)能(neng)(fft),可檢測出機械的共振點,便於係統調整。
三、矩頻特性不同
步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降,且在較高轉速時會急劇下降,所以其最高工作轉速一般在300~600rpm。
交流伺服電機為恒力矩輸出,即在其額定轉速(一般為2000rpm或3000rpm)以內,都能輸出額定轉矩,在額定轉速以上為恒功率輸出。
四、過載能力不同
步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)一(yi)般(ban)不(bu)具(ju)有(you)過(guo)載(zai)能(neng)力(li)。交(jiao)流(liu)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)具(ju)有(you)較(jiao)強(qiang)的(de)過(guo)載(zai)能(neng)力(li)。以(yi)鬆(song)下(xia)交(jiao)流(liu)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)為(wei)例(li),它(ta)具(ju)有(you)速(su)度(du)過(guo)載(zai)和(he)轉(zhuan)矩(ju)過(guo)載(zai)能(neng)力(li)。其(qi)最(zui)大(da)轉(zhuan)矩(ju)為(wei)額(e)定(ding)轉(zhuan)矩(ju)的(de)三(san)倍(bei),可(ke)用(yong)於(yu)克(ke)服(fu)慣(guan)性(xing)負(fu)載(zai)在(zai)啟(qi)動(dong)瞬(shun)間(jian)的(de)慣(guan)性(xing)力(li)矩(ju)。步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)因(yin)為(wei)沒(mei)有(you)這(zhe)種(zhong)過(guo)載(zai)能(neng)力(li),在(zai)選(xuan)型(xing)時(shi)為(wei)了(le)克(ke)服(fu)這(zhe)種(zhong)慣(guan)性(xing)力(li)矩(ju),往(wang)往(wang)需(xu)要(yao)選(xuan)取(qu)較(jiao)大(da)轉(zhuan)矩(ju)的(de)電(dian)機(ji),而(er)機(ji)器(qi)在(zai)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)期(qi)間(jian)又(you)不(bu)需(xu)要(yao)那(na)麼(me)大(da)的(de)轉(zhuan)矩(ju),便(bian)出(chu)現(xian)了(le)力(li)矩(ju)浪(lang)費(fei)的(de)現(xian)象(xiang)。
五、運行性能不同
步bu進jin電dian機ji的de控kong製zhi為wei開kai環huan控kong製zhi,啟qi動dong頻pin率lv過guo高gao或huo負fu載zai過guo大da易yi出chu現xian丟diu步bu或huo堵du轉zhuan的de現xian象xiang,停ting止zhi時shi轉zhuan速su過guo高gao易yi出chu現xian過guo衝chong的de現xian象xiang,所suo以yi為wei保bao證zheng其qi控kong製zhi精jing度du,應ying處chu理li好hao升sheng、降jiang速su問wen題ti。交jiao流liu伺si服fu驅qu動dong係xi統tong為wei閉bi環huan控kong製zhi,驅qu動dong器qi可ke直zhi接jie對dui電dian機ji編bian碼ma器qi反fan饋kui信xin號hao進jin行xing采cai樣yang,內nei部bu構gou成cheng位wei置zhi環huan和he速su度du環huan,一yi般ban不bu會hui出chu現xian步bu進jin電dian機ji的de丟diu步bu或huo過guo衝chong的de現xian象xiang,控kong製zhi性xing能neng更geng為wei可ke靠kao。
六、速度響應性能不同
步進電機從靜止加速到工作轉速(一般為每分鍾幾百轉)需要200~400毫秒。交流伺服係統的加速性能較好,以鬆下msma400w交流伺服電機為例,從靜止加速到其額定轉速3000rpm僅需幾毫秒,可用於要求快速啟停的控製場合。
綜zong上shang所suo述shu,交jiao流liu伺si服fu係xi統tong在zai許xu多duo性xing能neng方fang麵mian都dou優you於yu步bu進jin電dian機ji。但dan在zai一yi些xie要yao求qiu不bu高gao的de場chang合he也ye經jing常chang用yong步bu進jin電dian機ji來lai做zuo執zhi行xing電dian動dong機ji。所suo以yi,在zai控kong製zhi係xi統tong的de設she計ji過guo程cheng中zhong要yao綜zong合he考kao慮lv控kong製zhi要yao求qiu、成本等多方麵的因素,選用適當的控製電機。
步進電機是一種將電脈衝轉化為角位移的執行機構。通俗一點講:當步進驅動器接收到一個脈衝信號,它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(及步進角)。
您可以通過控製脈衝個數來控製角位移量,從而達到準確定位的目的;同時您可以通過控製脈衝頻率來控製電機轉動的速度和加速度,從而達到調速的目的。
步進電機分三種:永磁式(pm),反應式(vr)和混合式(hb)
永磁式步進一般為兩相,轉矩和體積較小,步進角一般為7.5度或15度;
反應式步進一般為三相,可實現大轉矩輸出,步進角一般為1.5度,但噪聲和振動都很大。在歐美等發達國家80年代已被淘汰;
混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優點。它又分為兩相和五相:兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為0.72度。這種步進電機的應用最為廣泛。
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1、如何正確選擇伺服電機和步進電機
主要視具體應用情況而定,簡單地說要確定:負載的性質(如水平還是垂直負載等),轉矩、慣量、轉速、精度、加減速等要求,上位控製要求(如對端口界麵和通訊方麵的要求),主要控製方式是位置、轉矩還是速度方式。供電電源是直流還是交流電源,或電池供電,電壓範圍。據此以確定電機和配用驅動器或控製器的型號。
2、選擇步進電機還是伺服電機係統?
其實,選擇什麼樣的電機應根據具體應用情況而定,各有其特點。請見下表,自然明白。

3、如何配用步進電機驅動器?
genjudianjidedianliu,peiyongdayuhuodengyucidianliudequdongqi。ruguoxuyaodizhendonghuogaojingdushi,kepeiyongxifenxingqudongqi。duiyudazhuanjudianji,jinkenengyonggaodianyaxingqudongqi,yihuodelianghaodegaosuxingneng。
4、2相和5相步進電機有何區別,如何選擇?
2相電機成本低,但在低速時的震動較大,高速時的力矩下降快。5相電機則振動較小,高速性能好,比2相電機的速度高30~50%,可在部分場合取代伺服電機。
5、何時選用直流伺服係統,它和交流伺服有何區別?
直流伺服電機分為有刷和無刷電機。
有刷電機成本低,結構簡單,啟動轉矩大,調速範圍寬,控製容易,需要維護,但維護方便(換碳刷),產生電磁幹擾,對環境有要求。因此它可以用於對成本敏感的普通工業和民用場合。
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交jiao流liu伺si服fu電dian機ji也ye是shi無wu刷shua電dian機ji,分fen為wei同tong步bu和he異yi步bu電dian機ji,目mu前qian運yun動dong控kong製zhi中zhong一yi般ban都dou用yong同tong步bu電dian機ji,它ta的de功gong率lv範fan圍wei大da,可ke以yi做zuo到dao很hen大da的de功gong率lv。大da慣guan量liang,最zui高gao轉zhuan動dong速su度du低di,且qie隨sui著zhe功gong率lv增zeng大da而er快kuai速su降jiang低di。因yin而er適shi合he做zuo低di速su平ping穩wen運yun行xing的de應ying用yong。
6、使用電機時要注意的問題
上電運行前要作如下檢查:
1)電源電壓是否合適(過壓很可能造成驅動模塊的損壞);對於直流輸入的+/-極性一定不能接錯,驅動控製器上的電機型號或電流設定值是否合適(開始時不要太大);
2)控製信號線接牢靠,工業現場最好要考慮屏蔽問題(如采用雙絞線);
3)不要開始時就把需要接的線全接上,隻連成最基本的係統,運行良好後,再逐步連接。
4)一定要搞清楚接地方法,還是采用浮空不接。
5)開始運行的半小時內要密切觀察電機的狀態,如運動是否正常,聲音和溫升情況,發現問題立即停機調整。
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