步進電機能替代高成本的伺服電機嗎?
根據(jù)傳統(tǒng)的觀念,在需要速度超過800RPM以及需要高動態(tài)響應的應用中,伺服控制系統(tǒng)性能更為出色。步進電機則更適合用于速度較低、低到中等加速度、需要較高保持轉(zhuǎn)矩的應用。
1、結(jié)構(gòu)
步進電機采用步進方式轉(zhuǎn)動,利用磁線圈逐步拉動一個磁體,使其從一個位置到達下一個位置。要使電機在任何方向移動100個位置,電路都需要對電機進行100次步進操作。步進電機利用脈沖實現(xiàn)遞增運動,可以在不使用任何反饋傳感器的情況下實現(xiàn)精確定位。
伺服電機的運動方法是不同的。它在磁轉(zhuǎn)子上連接一個位置傳感器–即編碼器–會持續(xù)檢測電機的準確位置。伺服會監(jiān)控電機實際位置和指令位置之間的差異,并對電流進行相應的調(diào)整。這種閉環(huán)系統(tǒng)可以使電機保持在正確的運動狀態(tài)。
2、簡便性和成本
步進電機不僅比伺服電機成本低,而且調(diào)試和維護都更加簡單。步進電機在靜止狀態(tài)是穩(wěn)定的,并能保持位置(即使是采用動態(tài)負載)。不過,如果某些應用場合有更高的性能要求,則必須采用更昂貴、更復雜的伺服電機。
3、定位
在需要隨時了解機器準確位置的應用中,步進電機和伺服電機有重要差別。在通過步進電機控制的開環(huán)運動應用中,控制系統(tǒng)認為電機始終處于正確的運動狀態(tài)。不過,在遇到問題以后,比如因為部件卡住而導致電機失速,控制器就無法了解機器的實際位置,從而導致失位。伺服電機本身的閉環(huán)系統(tǒng)具有一個優(yōu)勢:如果其被一個物體卡住,會立刻檢測到。機器會停止操作,始終不會失位。
4、速度和轉(zhuǎn)矩
步進電機和伺服電機的性能差異源自他們不同的電機設計方案。步進電機的極數(shù)比伺服電機多得多,因此步進電機旋轉(zhuǎn)一整圈,所需的繞組電流交換次數(shù)要多得多,從而導致在速度增加的情況下,其轉(zhuǎn)矩迅速下降。另外,如果達到了最大轉(zhuǎn)矩,步進電機可能會失去速度同步化功能。出于這些原因,在大部分高速應用中,伺服電機都是首選方案。與此相反,步進電機較多的極數(shù)在低速狀態(tài)下具有優(yōu)勢,因為此時步進電機與同等尺寸的伺服電機相比具有轉(zhuǎn)矩優(yōu)勢。
5、熱和能耗
開環(huán)步進電機采用固定電流,并會散發(fā)大量熱量。閉環(huán)控制只提供速度環(huán)路所需的電流,因此避免了電機發(fā)熱問題。