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步进电机与伺服电机的特点及应用成本对比

浏览次数:64       日期:2021-11-29
        在越来越多的高标准工业自动化应用领域,技术的进步正在改变步进电机和伺服电机之间的性能成本比。
 
步进电机与伺服电机对比下,步进电机根据传统的观念,在需要速度超过800 RPM以及需要高动态响应的应用中,伺服控制系统性能更为出色。步进电机则更适合用于速度较低、低到中等加速度、需要较高保持转矩的应用。那么这种关于步进电机和伺服电机的传统观念的依据是什么呢?下面让我们来详细分析下。
 
1、结构:步进电机采用步进方式转动,利用磁线圈逐步拉动一个磁体,使其从一个位置到达下一个位置。要使电机在任何方向移动100个位置,电路都需要对电机进行100次步进操作。步进电机利用脉冲实现递增运动,可以在不使用任何反馈传感器的情况下实现精确定位。
 
伺服电机的运动方法是不同的。它在磁转子上连接一个位置传感器–即编码器–会持续检测电机的准确位置。伺服会监控电机实际位置和指令位置之间的差异,并对电流进行相应的调整。这种闭环系统可以使电机保持在正确的运动状态。
 
步进电机
 
2、简便性和成本:步进电机不仅比伺服电机成本低,而且调试和维护都更加简单。步进电机在静止状态是稳定的,并能保持位置(即使是采用动态负载)。不过,如果某些应用场合有更高的性能要求,则必须采用更昂贵、更复杂的伺服电机。
 
3、定位:在需要随时了解机器准确位置的应用中,步进电机和伺服电机有重要差别。在通过步进电机控制的开环运动应用中,控制系统认为电机始终处于正确的运动状态。不过,在遇到问题以后,比如因为部件卡住而导致电机失速,控制器就无法了解机器的实际位置,从而导致失位。伺服电机本身的闭环系统具有一个优势:如果其被一个物体卡住,会立刻检测到。机器会停止操作,始终不会失位。
 
4、速度和转矩:步进电机和伺服电机的性能差异源自他们不同的电机设计方案。步进电机的极数比伺服电机多得多,因此步进电机旋转一整圈,所需的绕组电流交换次数要多得多,从而导致在速度增加的情况下,其转矩迅速下降。另外,如果达到了最大转矩,步进电机可能会失去速度同步化功能。出于这些原因,在大部分高速应用中,伺服电机都是首选方案。与此相反,步进电机较多的极数在低速状态下具有优势,因为此时步进电机与同等尺寸的伺服电机相比具有转矩优势。
 
5、热和能耗:开环步进电机采用固定电流,并会散发大量热量。闭环控制只提供速度环路所需的电流,因此避免了电机发热问题。比较总结伺服控制系统最适合涉及到动态负载变化的高速应用,比如机械臂。步进控制系统则更适合需要低到中加速度和高保持转矩的应用,比如3D打印机、传送带、副轴等。因为步进电机成本更低,所以在使用之后,可以降低自动化系统的成本。运动控制系统如果需要利用伺服电机的特性,就必须证明这些成本较高的电机物有所值。
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