伺服電機和步進電機的選擇

絕大多數線性運動應用(除了氣動驅動類型)使用步進電機或伺服電機來向驅動機構提供扭矩,該驅動機構通常是滾珠或絲槓,齒條和小齒輪或皮帶,以及滑輪系統。與其他涉及線性運動的部件不同,在選擇電機時,通常對"我應該使用哪種技術?"這個問題有一個明確的答案。這是因為和是為非常不同的性能特點而設計的。確定哪一個應用能滿足給定的需要,理解這些差異,並與其他因素(如成本和複雜性)進行平衡。

伺服電機和步進電機的選擇

直線運動應用通常由伺服電機或步進電機驅動。

定位

伺服電機的基本前提是它在閉環系統中運行,這意味著編碼器或反饋設備向控制器反饋電機實際位置的信號。該信息與指令位置進行比較,並且控制器向電機發送校正信號以使誤差最小化。其結果相比步進電機具備更加緊密的定位精度和更可靠的定位。但是,閉環系統需要控制參數,而且設置起來更費時。反饋所需的附加組件以及複雜性也使得它們比步進器更昂貴。

步進電機在開環系統中運行,沒有反饋機構來確認電機實際到達指令位置。但是對於步進電機來說,實現一個精確的位置通常更容易,因為它們以謹慎的步驟移動 – 比如:每轉500步,意味著每一步等於電機旋轉的0.75度。在設計限制範圍內運行時,步進電機不會"失去"步驟,從而為具有可預測的扭矩和速度要求的應用提供非常好的定位精度。

Speed

速度

一般的規則是,步進電機最適合在1000 rpm及以下運行的應用。這是因為在更高的速度下,步進電機的轉矩產量迅速下降。伺服電機可以在很寬的速度範圍內運行,而且它們通常是高速應用的更好選擇。

在靜止狀態下,步進電機可以使用它們的 來保持負載靜止,而電機只有少量電流。伺服電機也能夠在靜止狀態下保持負載,但要求電機通電才能這樣做。而且,在靜止狀態下,伺服電機永遠不會完全靜止,因為控制器不斷地從編碼器讀取反饋,併發出移動命令來補償任何位置誤差。(這種現象有時被稱為"狩獵")。

扭力

如前所述,步進電機在轉速增加時會迅速失去轉矩能力,轉速通常在1000 rpm以上的速度迅速下降。但是,在較低的轉速下,步進電機對於給定的電機尺寸具有出色的轉矩產生能力。然而,重要的是不要超過步進電機的額定轉矩(這可能會限制其加速能力),因為這樣會導致步驟丟失或電機停轉。

伺服電機對於要求在高速下產生良好扭矩的應用來說是更好的技術。即使在電機轉速變化的情況下,舵機也能夠保持給定的轉矩。

伺服電機和步進電機的選擇

伺服電機具有峰值扭矩額定值(T pk)和連續扭矩額定值(T c)。請注意,隨著速度的增加,伺服電機的連續額定轉矩(藍色)不會像步進電機(綠色)那樣明顯下降。圖片來源:科爾摩根

與伺服電機相比,伺服電機只能獲得所需的電流,無論負載和速度如何,步進電機都能持續吸收電流。這導致更高的熱量產生,這在某些應用中可能是不利的因素。

判定

一般來說,對於需要精確定位,高速度和/或承受變化負載(特別是那些可能要求高於額定電機轉矩的負載)的應用場合,伺服電機是更好的選擇。對於不需要位置反饋且僅在電機設計限制範圍內工作的應用,步進電機提供更簡單,更具成本效益的解決方案。


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