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步進電機與伺服電機的特點及應用成本對比

瀏覽次數:64       日期:2021-11-29
        在越來越多的高標準工業自動化應用領域,技術的進步正在改變步進電機和伺服電機之間的性能成本比。
 
步進電機與伺服電機對比下,步進電機根據傳統的觀念,在需要速度超過800 RPM以及需要高動態響應的應用中,伺服控制系統性能更為出色。步進電機則更適合用于速度較低、低到中等加速度、需要較高保持轉矩的應用。那么這種關于步進電機和伺服電機的傳統觀念的依據是什么呢?下面讓我們來詳細分析下。
 
1、結構:步進電機采用步進方式轉動,利用磁線圈逐步拉動一個磁體,使其從一個位置到達下一個位置。要使電機在任何方向移動100個位置,電路都需要對電機進行100次步進操作。步進電機利用脈沖實現遞增運動,可以在不使用任何反饋傳感器的情況下實現精確定位。
 
伺服電機的運動方法是不同的。它在磁轉子上連接一個位置傳感器–即編碼器–會持續檢測電機的準確位置。伺服會監控電機實際位置和指令位置之間的差異,并對電流進行相應的調整。這種閉環系統可以使電機保持在正確的運動狀態。
 
步進電機
 
2、簡便性和成本:步進電機不僅比伺服電機成本低,而且調試和維護都更加簡單。步進電機在靜止狀態是穩定的,并能保持位置(即使是采用動態負載)。不過,如果某些應用場合有更高的性能要求,則必須采用更昂貴、更復雜的伺服電機。
 
3、定位:在需要隨時了解機器準確位置的應用中,步進電機和伺服電機有重要差別。在通過步進電機控制的開環運動應用中,控制系統認為電機始終處于正確的運動狀態。不過,在遇到問題以后,比如因為部件卡住而導致電機失速,控制器就無法了解機器的實際位置,從而導致失位。伺服電機本身的閉環系統具有一個優勢:如果其被一個物體卡住,會立刻檢測到。機器會停止操作,始終不會失位。
 
4、速度和轉矩:步進電機和伺服電機的性能差異源自他們不同的電機設計方案。步進電機的極數比伺服電機多得多,因此步進電機旋轉一整圈,所需的繞組電流交換次數要多得多,從而導致在速度增加的情況下,其轉矩迅速下降。另外,如果達到了最大轉矩,步進電機可能會失去速度同步化功能。出于這些原因,在大部分高速應用中,伺服電機都是首選方案。與此相反,步進電機較多的極數在低速狀態下具有優勢,因為此時步進電機與同等尺寸的伺服電機相比具有轉矩優勢。
 
5、熱和能耗:開環步進電機采用固定電流,并會散發大量熱量。閉環控制只提供速度環路所需的電流,因此避免了電機發熱問題。比較總結伺服控制系統最適合涉及到動態負載變化的高速應用,比如機械臂。步進控制系統則更適合需要低到中加速度和高保持轉矩的應用,比如3D打印機、傳送帶、副軸等。因為步進電機成本更低,所以在使用之后,可以降低自動化系統的成本。運動控制系統如果需要利用伺服電機的特性,就必須證明這些成本較高的電機物有所值。
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