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步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)有什么區(qū)別？

發(fā)布時間：2021-04-23 01:27:27

步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)有什么區(qū)別？

步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運(yùn)動控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動機(jī)。雖然兩者在位置控制方式上十分相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應(yīng)用場合上存在著較大的差異。現(xiàn)就二者的使用性能作一比較。

一、步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)控制精度不同

兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為1.8°，三相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角為1.2°。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)步距角更小。如上海運(yùn)控生產(chǎn)的兩相HM系列步進(jìn)電機(jī)有步距角為0.9°，步進(jìn)電機(jī)在使用細(xì)分驅(qū)動技術(shù)以后，控制精度得到提高，兩相步進(jìn)電機(jī)可以分辨的步數(shù)約為8000步/轉(zhuǎn)，三相步進(jìn)電機(jī)可以分辨的精度約為10000步/轉(zhuǎn)。交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。對于帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的伺服電機(jī)而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°。值得注意的是，分辨率與精度是不同的概念，比如雕刻機(jī)的銘牌上坑農(nóng)寫到雕刻精度0.001mm，這其實雕刻機(jī)并不能把0.1mm分成100等分排列成一條直線，在放大鏡下觀察，雕刻出來的結(jié)果必然是鋸齒狀的。相對于絕大多數(shù)用戶而言，無論是機(jī)械傳動精度，還是光電傳感器來定位精度，都沒有步進(jìn)電機(jī)伺服電機(jī)的物理精度高，單方面追求電機(jī)的最高精度是沒有必要的。

二、步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)矩頻特性不同

步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在0～900RPM。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為1000~3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩。伺服電機(jī)輸出力矩的矩頻特性平穩(wěn)，優(yōu)勢體現(xiàn)在需要速度較高的環(huán)境，在低速時，這個優(yōu)勢并沒有意義，以57HB76步進(jìn)和60系列400W伺服電機(jī)來比較，矩頻特性如下：步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)矩頻特性的比較如上圖所示紅色為伺服電機(jī)矩頻特性，藍(lán)色部分為運(yùn)控三相混合式步進(jìn)電機(jī)矩頻特性，二者價格相差4倍

三、步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)過載能力不同

步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力，運(yùn)控YK2M系列兩相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器內(nèi)置了電流采集和智能處理，過載能力也是很有限的。交流伺服電機(jī)具有2到3倍的速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力，可用于克服慣性負(fù)載在啟動瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)因為沒有這種過載能力，在選型時必須根據(jù)設(shè)備的特性，伺服電機(jī)可以實現(xiàn)高響應(yīng)頻率，如果要達(dá)到相似的效果而繼續(xù)選擇步進(jìn)電機(jī)，那么要克服這種慣性力矩，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的力矩大于所需要的力矩，然后盡可能優(yōu)化加減速曲線。

四、步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)運(yùn)行性能不同

步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機(jī)編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。伺服電機(jī)是閉環(huán)系統(tǒng)，伺服驅(qū)動器可以自動修正丟失的脈沖，在堵轉(zhuǎn)時也可以及時給控制器反饋，而步進(jìn)電機(jī)是開環(huán)系統(tǒng)，必須通過足夠的力矩余量來避免堵轉(zhuǎn)。

五、步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)速度響應(yīng)性能不同

步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要100～2000毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM最短僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。

綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在一些性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)，但是步進(jìn)電機(jī)有其自身的特性，不會被完全取代。

1、交流伺服精度略高于步進(jìn)電機(jī)，但是大多數(shù)場合，步進(jìn)電機(jī)的分辨率已經(jīng)遠(yuǎn)高于機(jī)械要求的精度；

2、雖然矩頻特性不同，但是并不是所有設(shè)備應(yīng)用都是需要高速度的，步進(jìn)電機(jī)的低速大力矩，通常電機(jī)轉(zhuǎn)速要求700rpm以內(nèi)適合使用步進(jìn)電機(jī)，更高速度適合使用交流伺服電機(jī)；

3、交流伺服有很強(qiáng)的過載能力，但是部分步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器也具有一定的過載能力，而且在過載能力和保留足夠力矩余量之間可以做一個性價比的選擇；

4、速度響應(yīng)頻率不同，這是選擇步進(jìn)電機(jī)和交流伺服電機(jī)的又一個重要因素。高響應(yīng)頻率是交流伺服電機(jī)的優(yōu)勢。選型時需要注意這一特性。

5、前面提到了交流伺服電機(jī)的精度，大部分用戶并不知道交流伺服電機(jī)在高分辨率低速度時會反復(fù)對位置，以至于出現(xiàn)微抖動，在一些極高精度的設(shè)備上，比如精密玉石雕刻機(jī)，高精度低速機(jī)器人上，這樣的抖動會造成圓弧上的鋸齒，或者模糊。而特殊處理過的步進(jìn)電機(jī)確可以解決這一問題，因為步進(jìn)電機(jī)不會反復(fù)對齒。

6、在一些分度控制的應(yīng)用中，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)到角度停止，鎖定力矩較大，交流伺服則是在受外力位置丟失以后再找回位置，這個過程可能造成加工誤差。

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