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步进电机与交流伺服电机的性能比较

       大多数运动控制系统使用步进电机或全数字交流伺服电机作为执行电机。尽管两者在控制模式(脉冲串和方向信号)上相似,但在性能和应用方面存在很大差异。现在比较一下两者的性能。
       1、控制精度不同,两相混合式步进电机的步进角一般为3.6°和1.8°,五相混合式步步进电机步进角通常为0.72°和0.36°。也有一些步进角较小的高性能步进电机。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。对于带有标准2500线编码器的电机,由于驱动器内部使用了四倍频技术,脉冲等效值为360°/10000=0.036°。对于带有17位编码器的电机,驱动器每次接收217=131072个脉冲时,电机旋转一圈,即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。它是步进角为1.8°的步进电机脉冲当量的1/655。
       2、不同的低频特性
       步进电机在低速时容易发生低频振动。振动频率与负载条件和驱动器的性能有关,通常认为振动频率是电机空载起飞频率的一半。这种由步进电机的工作原理决定的低频振动现象对机器的正常运行非常不利。当步进电机低速工作时,通常应该使用阻尼技术来克服低频振动现象,例如在电机上添加阻尼器,或者在驱动器上使用细分技术。
       交流伺服电机运行非常平稳,即使在低速下也不会振动。交流伺服系统具有共振抑制功能,可以弥补机器刚度的不足,系统内部具有频率分析功能(FFT),可以检测机器的共振点,便于系统调整。
       3、不同的矩频特性
       步进电机的输出转矩随着速度的增加而减小,并且在更高的速度下会急剧下降,因此其工作速度通常为300-600RPM。交流伺服电机具有恒定的转矩输出,即在其额定转速(一般为2000RPM或3000RPM)内,可输出额定转矩,在额定转速以上,为恒定功率输出。
       4、不同过载能力
       步进电机通常不具有过载能力。交流伺服电机过载能力强。我们伺服的最大扭矩是额定扭矩的三倍,可以用来克服启动时惯性负载的惯性力矩。由于步进电机不具有这样的过载能力,为了克服这种惯性力矩,往往需要选择转矩较大的电机,而机器在正常运行时不需要如此大的转矩,因此转矩就出现了。浪费现象。但是我们的闭环步进可能会过载1.5倍。
       5、不同的运行性能
       步进电机的控制是开环控制。如果启动频率过高或负载过大,很容易失步或失速。当速度过高时,很容易造成过冲。因此,为了确保其控制精度,应妥善处理。上升和减速问题。交流伺服驱动系统是闭环控制,驱动可以直接对电机编码器的反馈信号进行采样,并形成内部的位置回路和速度回路。一般情况下,步进电机不会出现失步或过冲的现象,控制性能更可靠。
       6、不同的速度响应性能
       步进电机从静止加速到工作速度(通常每分钟几百转)需要200到400毫秒。交流伺服系统的加速性能良好,从静止加速到额定转速3000RPM只需几毫秒,可用于需要快速启动和停止的控制场合。
       总之,交流伺服在许多性能方面都优于步进电机。然而,在一些要求较低的场合,步进电机经常被用作执行电机。因此,在控制系统的设计过程中,应综合考虑控制要求和成本等各种因素,选择合适的电机。

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