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步进电机和伺服电机的区别

作者:音曼顿 浏览: 发表时间:2022-07-27 10:29:00


步进电机作为一种开环控制系统,与现代数字控制技术有着本质的联系。步进电机广泛应用于国内数字控制系统。随着全数字交流伺服系统的出现,交流伺服电机越来越多地应用于数字控制系统。为了适应数字控制的发展趋势,步进电机或全数字交流伺服电机主要用于运动控制系统。虽然两者在控制模式上相似(脉冲和方向信号),但在性能和应用上存在很大差异。

今天,小编将重点介绍伺服电机和步进电机的区别。我们将详细解释双方的原理和驱动原理。


先来看看步进电机的原理。


步进电机


步进电机原理


步进电机作为一种特殊的控制电机,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脉冲信号时,驱动步进电机按设定方向旋转固定角度(称为步距角),其旋转从固定步进角度逐步运行。


角位移可以通过控制脉冲数量来控制,从而实现准确定位的目的;电机旋转速度和加速度可以通过控制脉冲频率来控制,从而达到调速的目的。如果绕组的通电顺序改变,电机就会反转。


步进电机驱动器


步进电机由专用步进电机驱动器驱动,由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。功率驱动单元放大脉冲发生控制单元产生的脉冲,直接与步进电机耦合,属于步进电机和微控制器的功率接口。


控制指令单元,接收脉冲与方向信号,对应的脉冲发生控制单元对应生成一组相应相数的脉冲,经过功率驱动单元后送到步进电机,步进电机在对应方向上转过一个步距角。 步进电机的运行模式取决于驱动器的脉冲给定模式:


(1)m相单m拍运行

(2)m相双m拍运行

(3)m相单、双m拍操作


(4)细分驱动需要驱动器给出不同振幅的驱动信号


步进电机有一些重要的技术数据,如最大静态扭矩、启动频率、运行频率等。一般来说,步距角越小,电机的最大静态扭矩越大,启动频率和运行频率越高。因此,细分驱动技术强调运行模式,提高了步进电机的旋转扭矩和分辨率,完全消除了电机的低频振荡。因此,细分驱动器的驱动性能优于其他类型的驱动器。


伺服电机


伺服电机原理


伺服电机,又称执行电机,用作自动控制系统中的执行元件,将收到的电信号转换为电机轴上的角位移或角速输出。分为直流和交流伺服电机两类。


伺服电机接收到一个脉冲时,会旋转一个脉冲对应的角度,从而实现位移。由于伺服电机本身具有发出脉冲的功能,伺服电机每旋转一个角度都会发出相应数量的脉冲。这样,伺服电机接收到的脉冲就形成了闭环,系统就会知道给伺服电机发出了多少脉冲,收回了多少脉冲。实现准确定位。


与性能相比,交流伺服电机优于直流伺服电机。交流伺服电机采用正弦波控制,扭矩脉动小,容量大。直流伺服电机采用梯形波控制,相对较差。直流伺服电机中的无刷伺服电机性能优于刷伺服电机。


伺服电机驱动器


伺服电机内的转子是由驱动器控制的永磁铁U/V/W三相电形成电磁场,转子在这个磁场的作用下旋转。同时,电机将编码器反馈给驱动器。驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子旋转角度。


刷直流伺服电机驱动:电机的工作原理与普通直流电机完全相同。驱动器为三个闭环结构,由内而外为电流环、速度环和位置环。电流环的输出控制电机的电枢电压,电流环的输入为速度环PID速度环的输入是位置环的输出PID位置环的输入为给定输入,控制原理图如上图所示。


无刷直流伺服电机驱动:直流供电,内部三相逆变器逆变U/V/W交流电,供电机,驱动器也采用三闭环控制结构(电流环、速度环、位置环),驱动控制原理相同。


交流伺服电机驱动:一般可分为功能独立的功率板和控制板两个模块,控制板通过相应的算法输出PWM信号控制三相永磁同步交流伺服电机,信号作为驱动电路的驱动信号,改变逆变器的输出功率。


功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或市电进行整流,以获得相应的直流电。三相电或市电整流后,通过三相正弦PWM电压逆变器变频驱动三相永磁同步交流伺服电机,简单地说AC-DC-AC变流过程。


控制单元是整个交流伺服系统的核心,实现位置控制、速度控制、扭矩和电流控制。


伺服电机与步进电机的性能比较


控制精度:步进电机的相数和拍数越多,精度越高,伺服电机与自己的编码器分块,编码器的刻度越高,精度越高;


低频特性:步进电机在低速时容易发生低频振动。低速工作时,一般采用阻尼技术或细分技术克服低频振动。伺服电机运行非常稳定,即使在低速时也不会发生振动;矩频特性:步进电机的输出扭矩随着速度的增加而下降,高速将急剧下降。伺服电机在额定速度内输出恒力矩,在额定速度上输出恒功率;过载能力:步进电机无过载能力,伺服电机过载能力强;运行性能:步进电机控制为开环控制,启动频率过高或负载过大,停止速度过高,交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动可直接取样电机编码器反馈信号,内部位置环和速度环,一般不会出现步进电机丢失或过冲,控制性能更可靠;速度响应性能:步进电机从静态加速到工作速度需要数百毫秒,交流伺服系统的加速性能更好,一般只需几毫秒,可用于需要快速启停的控制场合。


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