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步进电机能替代伺服电机吗?

作者:音曼顿 浏览: 发表时间:2022-08-03 12:09:07


在越来越多的高标准工业自动化应用领域,技术进步正在改变步进电机和伺服电机的性能-成本比。


闭环步进电机采用闭环技术后,为用户提供了优异的精度和效率,既能达到伺服电机的性能,又具有步进电机的低价优势。低成本步进电机正逐渐渗透到高成本伺服电机主导的应用领域。

步进电机与伺服电机的比较


根据传统观念,需求速度超过800 RPM伺服控制系统在需要高动态响应的应用中具有更好的性能。步进电机更适合低速、低到中等加速和高扭矩维护。


那么,传统的步进电机和伺服电机观念的基础是什么呢?让我们详细分析一下。


1、结 构


步进电机采用步进式旋转,磁线圈逐渐拉动磁体,使其从一个位置到下一个位置。为了使电机在任何方向移动100个位置,电路需要步进100次。步进电机利用脉冲实现增加运动,可以在不使用任何反馈传感器的情况下实现精确定位。


伺服电机的运动方式不同。它将位置传感器连接到磁转子上– 即编码器 – 将继续检测电机的准确位置。伺服将监控电机的实际位置和指令位置之间的差异,并相应调整电流。这种闭环系统可以保持电机处于正确的运动状态。


简单性和成本


步进电机不仅成本低于伺服电机,而且更容易调试和维护。步进电机在静态状态下稳定,并能保持位置(即使是动态负载)。然而,如果某些应用程序有更高的性能要求,则必须使用更昂贵、更复杂的伺服电机。


3、定 位

步进电机和伺服电机在应用随时了解机器准确位置的应用中存在重要差异。控制系统认为,电机始终处于正确的运动状态。然而,在遇到问题后,如电机因部件卡住而失速,控制器无法理解机器的实际位置,导致失位。伺服电机本身的闭环系统有一个优点:如果被物体卡住,会立即检测到。机器会停止操作,永远不会失位。


4.速度和扭矩


步进电机和伺服电机的性能差异源于其不同的电机设计方案。步进电机的极数远远超过伺服电机,因此步进电机旋转整个圆圈需要更多的绕组电流交换,导致速度增加时扭矩迅速下降。此外,如果达到最大转矩,步进电机可能会失去速度同步功能。出于这些原因,在大部分高速应用中,伺服电机都是首选方案。相反,步进电机在低速状态下具有优势,因为步进电机与相同尺寸的伺服电机相比具有扭矩优势。


步进电机的扭矩随着速度的增加而下降


5、热和能耗


开环步进电机采用固定电流,散发大量热量。闭环控制只提供速度环路所需的电流,从而避免了电机加热问题。


比较总结


伺服控制系统最适合涉及动态负载变化的高速应用,如机械臂。步进控制系统更适合需要低到中加速度和高维持扭矩的应用,如3D打印机、传送带、副轴等。由于步进电机的成本较低,自动化系统的成本可以在使用后降低。如果运动控制系统需要使用伺服电机的特性,则必须证明这些成本较高的电机物有所值。


随着闭环技术的进步,步进电机可以渗透到完全属于伺服电机的高性能和高速应用领域


采用闭环技术的步进电机


如果闭环伺服技术优势适用于步进电机,效果如何?


在实现步进电机成本优势的同时,能否实现与伺服电机相似的性能?


步进电机结合闭环控制技术,将成为具有伺服和步进电机优势的低成本综合性产品。由于闭环步进电机可以显著提高性能和能效,因此可以在越来越多的高标准应用中取代更昂贵的伺服电机。


下面我们嵌入闭环控制功能stepIM以步进电机为例,采用闭环技术分析步进电机的性能和优缺点。

闭环控制stepIM产品


集成电子控制后的步进电机相当于双相无刷直流电机,可执行位置环路控制、速度环路控制、DQ控制和其他算法。采用单圈绝对编码器实现闭环转向,确保在任何速度下达到最佳转矩。

低能耗和冷却状态


StepIM步进电机能效高。不同于开环步进电机总是按照全电流指令操作,会导致发热和噪音问题,stepIM电流会根据运动的实际情况而变化,如加速和减速。与伺服类似,这些步进电机在任何时候消耗的电流都与所需的实际扭矩成正比。由于电机和集成电子控制板的运行温度较低,stepIM步进电机可以实现类似伺服电机的更高峰转矩。


即使在高速下,StepIM步进电机所需的电流也更小


性能要求的准确匹配


为了保证有足够的扭矩来克服干扰和避免失步,开环步进电机通常需要确保扭矩至少比应用程序要高40%。闭环stepIM步进电机没有这个问题。当这些步进电机因过载而失速时,它们将继续保持负载状态,不会失去扭矩。它们将在消除过载后继续运行。在任何指定的速度下,最大扭矩都可以通过位置传感器保证不失步。因此,闭环步进电机的规格可以准确匹配相关应用的扭矩要求,无需额外增加40%的裕度。


对于开环步进电机,由于失步的风险,难以满足较高的瞬态扭矩需求。stepIM闭环步进电机加速快,运行噪音低,共振小于传统步进电机。它们可以在更高的带宽下工作,并实现良好的性能。


无柜机器


stepIM将驱动控制板与电机集成,减少连接数量,简化实施方案。 使用stepIM,可建造无柜机。


将电子设备与步进电机集成以降低复杂性


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