伺服电机和步进电机的区别是什么.doc

《伺服电机和步进电机的区别是什么.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《伺服电机和步进电机的区别是什么.doc（14页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、伺服电机和步进电机的区别是什么步进电机和交流伺服电机性能比较 步进电机是一种离散运动的装置它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号）但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。 一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为3.6、 1.8五相混合式步进电机步距角一般为0.72 、0.36。也有一些高性能的步进电

2、机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机其步距角为0.09；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8、0.9、0.72、0.36、0.18、0.09、0.072、0.036兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 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。以松下全数字式交流伺服电机为例对于带标准2500线编码器的电机而言由于驱动器内部采用了四倍频技术其脉冲当量为360/10000=0.036。对于带17位编码器的电机而言驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈即其脉冲当量为360/131072=9.8

3、9秒。是步距角为1.8的步进电机的脉冲当量的1/655。 二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象比如在电机上加阻尼器或驱动器上采用细分技术等。 交流伺服电机运转非常平稳即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能可涵盖机械的刚性不足并且系统内部具有频率解析机能（FFT）可检测出机械的共振点便于系统调整。 三、矩频特性不同 步进电机的输出力矩随转速升高而下降且在

4、较高转速时会急剧下降所以其最高工作转速一般在300600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内都能输出额定转矩在额定转速以上为恒功率输出。 四、过载能力不同 步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力在选型时为了克服这种惯性力矩往往需要选取较大转矩的电机而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩便出现了力矩浪费的现象。 五、运行性能不同 步进电机的控制为开环控制启动频率过高或负载过大

5、易出现丢步或堵转的现象停止时转速过高易出现过冲的现象所以为保证其控制精度应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样内部构成位置环和速度环一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象控制性能更为可靠。 六、速度响应性能不同 步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好以松下MSMA 400W交流伺服电机为例从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒可用于要求快速启停的控制场合。 综上所述交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以在控制系统的设

6、计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素选用适当的控制电机。 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机利用其没有积累误差(精度为100%)的特点广泛应用于各种开环控制。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。步进

7、相对于伺服价格便宜些！ 伺服电机内部的转子是永磁铁驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场转子在此磁场的作用下转动同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器驱动器根据反馈值与目标值进行比较调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 步进相对于伺服价格便宜些！步进适用在低速司服电机是连续运转步进电机是断续运转好像是。 伺服电机是按照功能说得指的是用于伺服的电机。通常是直流电机即可以连续旋转的电机。 步进电机是按照特性命名的指它的转动是一步一步的。例如一个360分度的步进电机转一圈要走360步每一步转1度如果你要求它转半度是不可能实现的。 注意步进电机也可以用作伺服。 伺服电机一般是功

8、率小,运行精确,能高速制动,惯量小,适合闭环控制,也就是能检测到实际位置和理论位置的误差,并消除.步进电机:把一圈分成若干步,不累积误差,一般用做开环控制. 说明:步进电机也能做 伺服电机用 伺服电机和步进电机的区别 一、伺服电机的资料交流伺服电机的工作原理 伺服电机内部的转子是永磁铁驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场转子在此磁场的作用下转动同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器驱动器根据反馈值与目标值进行比较调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 什么是伺服电机？有几种类型？工作特点是什么？ 答：伺服电动机又称执行电动机在自动控制系统中用作执行元件把所收到的电信号转

9、换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类其主要特点是当信号电压为零时无自转现象转速随着转矩的增加而匀速下降 请问交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别？ 答：交流伺服要好一些因为是正弦波控制转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单便宜。 永磁交流伺服电动机 20世纪80年代以来随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后世界各国已经商

10、品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较主要优点有： 无电刷和换向器因此工作可靠对维护和保养要求低。 定子绕组散热比较方便。 惯量小易于提高系统的快速性。 适应于高速大力矩工作状态。 同功率下有较小的体积和重量。 自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟

11、系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足尚不能完全满足运动控制的要求近年来随着微处理器、新型数字信号处理器（DSP）的应用出现了数字控制系统控制部分可完全由软件进行。 到目前为止高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。 日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动器其中D系列适用于数控机床（最高转速为1000r/min力矩为0.252.8N.m）R系列适用于机器人（最高转速为3000r/min力矩为0.0160.16N.m）。之后又推出M、F、S、H、

12、C、G 六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片控制力矩波动由24降低到7并提高了可靠性。这样只用了几年时间形成了八个系列（功率范围为0.056kW）较完整的体系 满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要。 二、步进电机的基本原理 步进电机作为执行元件是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展步进电机的需求量与日俱增在各个国民经济领域都有应用。 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移

13、的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机利用其没有积累误差(精度为100%)的特点广泛应用于各种开环控制。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。 永磁式步进电机一般为两相转矩和体积较小步进角一般为7.5度 或15度； 反应式步进电机一般为三相可实现大

14、转矩输出步进角一般为1.5度但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成定子上有多相励磁绕组利用磁导的变化产生转矩。 混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。 步进电机的一些基本参数： 电机固有步距角： 它表示控制系统每发一个步进脉冲信号电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值如86BYG250A型电机给出的值为0.9/1.8（表示半步工作时为0.9、整步工作时为1.8）这个步距角可以称之为电机固有步距角它不一定是电机实际工作时

15、的真正步距角真正的步距角和驱动器有关。 步进电机的相数： 是指电机内部的线圈组数目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同其步距角也不同一般二相电机的步距角为0.9/1.8、三相的为0.75/1.5、五相的为0.36/0.72 。在没有细分 驱动器时用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器则相数将变得没有意义用户只需在驱动器上改变细分数就可以改变步距角。 保持转矩（HOLDING TORQUE）： 是指步进电机通电但没有转动时定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大

16、而不断衰减输出功率也随速度的增大而变化所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如当人们说2N.m的步进电机在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。 DETENT TORQUE： 是指步进电机没有通电的情况下定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料所以它没有DETENT TORQUE。 步进电机的一些特点： 1一般步进电机的精度为步进角的3-5%且不累积。 2步进电机外表允许的最高温度。 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁从而导致力矩下降乃至于失步因此电机外表允许的最高温度

17、应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上有的甚至高达摄氏200度以上所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。 3步进电机的力矩会随转速的升高而下降。 当步进电机转动时电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高反向电动势越大。在它的作用下电机随频率（或速度）的增大而相电流减小从而导致力矩下降。 4步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。 步进电机有一个技术参数：空载启动频率即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率如果脉冲频率高于该值电机不能正常启动可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下启动频率应更低。如果要使电机

18、达到高速转动脉冲频率应该有加速过程即启动频率较低然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。 步进电动机以其显著的特点在数字化制造时代发挥着重大的用途。 伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高步进电机将会在更多的领域得到应用。 三、伺服电机和步进电机的区别步进电机和交流伺服电机性能比较 步进电机是一种离散运动的装置它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动

19、机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号）但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。 1、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为3.6、 1.8五相混合式步进电机步距角一般为0.72 、0.36。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机其步距角为0.09；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8、0.9、0.72、0.36、0.18、0.09、0.072、0.036兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 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。

20、以松下全数字式交流伺服电机为例对于带标准2500线编码器的电机而言由于驱动器内部采用了四倍频技术其脉冲当量为360/10000=0.036。对于带17位编码器的电机而言驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈即其脉冲当量为360/131072=9.89秒。是步距角为1.8的步进电机的脉冲当量的1/655。 2、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象比如在电机上加阻尼器或驱

21、动器上采用细分技术等。 交流伺服电机运转非常平稳即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能可涵盖机械的刚性不足并且系统内部具有频率解析机能（FFT）可检测出机械的共振点便于系 统调整。 3、矩频特性不同 步进电机的输出力矩随转速升高而下降且在较高转速时会急剧下降所以其最高工作转速一般在300600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内都能输出额定转矩在额定转速以上为恒功率输出。 4、过载能力不同 步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转

22、矩的三倍可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力在选型时为了克服这种惯性力矩往往需要选取较大转矩的电机而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩便出现了力矩浪费的现象。 5、运行性能不同 步进电机的控制为开环控制启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象停止时转速过高易出现过冲的现象所以为保证其控制精度应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样内部构成位置环和速度环一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象控制性能更为可靠。 6、速度响应性能不同 步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好以松下MSMA 400W交流伺服电机为例从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒可用于要求快速启停的控制场合。 综上所述交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素选用适当的控制电机。 第 14 页 共 14 页