绝大多数线性运动应用(除了气动驱动类型)使用步进电机或伺服电机来向驱动机构提供扭矩,该驱动机构通常是滚珠或丝杠,齿条和小齿轮或皮带,以及滑轮系统。与其他涉及线性运动的部件不同,在选择电机时,通常对"我应该使用哪种技术?"这个问题有一个明确的答案。这是因为和是为非常不同的性能特点而设计的。确定哪一个应用能满足给定的需要,理解这些差异,并与其他因素(如成本和复杂性)进行平衡。
直线运动应用通常由伺服电机或步进电机驱动。
定位
伺服电机的基本前提是它在闭环系统中运行,这意味着编码器或反馈设备向控制器反馈电机实际位置的信号。该信息与指令位置进行比较,并且控制器向电机发送校正信号以使误差最小化。其结果相比步进电机具备更加紧密的定位精度和更可靠的定位。但是,闭环系统需要控制参数,而且设置起来更费时。反馈所需的附加组件以及复杂性也使得它们比步进器更昂贵。
步进电机在开环系统中运行,没有反馈机构来确认电机实际到达指令位置。但是对于步进电机来说,实现一个精确的位置通常更容易,因为它们以谨慎的步骤移动 – 比如:每转500步,意味着每一步等于电机旋转的0.75度。在设计限制范围内运行时,步进电机不会"失去"步骤,从而为具有可预测的扭矩和速度要求的应用提供非常好的定位精度。
Speed
速度
一般的规则是,步进电机最适合在1000 rpm及以下运行的应用。这是因为在更高的速度下,步进电机的转矩产量迅速下降。伺服电机可以在很宽的速度范围内运行,而且它们通常是高速应用的更好选择。
在静止状态下,步进电机可以使用它们的 来保持负载静止,而电机只有少量电流。伺服电机也能够在静止状态下保持负载,但要求电机通电才能这样做。而且,在静止状态下,伺服电机永远不会完全静止,因为控制器不断地从编码器读取反馈,并发出移动命令来补偿任何位置误差。(这种现象有时被称为"狩猎")。
扭力
如前所述,步进电机在转速增加时会迅速失去转矩能力,转速通常在1000 rpm以上的速度迅速下降。但是,在较低的转速下,步进电机对于给定的电机尺寸具有出色的转矩产生能力。然而,重要的是不要超过步进电机的额定转矩(这可能会限制其加速能力),因为这样会导致步骤丢失或电机停转。
伺服电机对于要求在高速下产生良好扭矩的应用来说是更好的技术。即使在电机转速变化的情况下,舵机也能够保持给定的转矩。
伺服电机具有峰值扭矩额定值(T pk)和连续扭矩额定值(T c)。请注意,随着速度的增加,伺服电机的连续额定转矩(蓝色)不会像步进电机(绿色)那样明显下降。图片来源:科尔摩根
与伺服电机相比,伺服电机只能获得所需的电流,无论负载和速度如何,步进电机都能持续吸收电流。这导致更高的热量产生,这在某些应用中可能是不利的因素。
判定
一般来说,对于需要精确定位,高速度和/或承受变化负载(特别是那些可能要求高于额定电机转矩的负载)的应用场合,伺服电机是更好的选择。对于不需要位置反馈且仅在电机设计限制范围内工作的应用,步进电机提供更简单,更具成本效益的解决方案。
閱讀更多 運控網 的文章