电气工程师解密伺服电机与步进电机的差异之谜

导语:步进电机的步距角通常为3.6°、1.8°,五相混合式则为0.72°、0.36°,而高性能型号可能具有更小的步距角。例如,一些专用于慢速丝线切割机床的步进电机,其精确度可达0.09°;德国百格拉公司生产的一款三相混合式伺服电机,可通过拨码开关设置多种不同的步距角,从1.8°到0.036°,不仅兼容两相和五相混合式伺服电机,还能提供极高的控制精度。

伺服电机与步进电机在六个关键方面有所不同:

一、控制精度差异

交流伺服系统依赖于旋转编码器来保证轴后端的精确位置,而松下全数字交流伺服驱动器可以实现四倍变频技术,每次脉冲增量约为360/10000=0.036度,即使在最低速度下也能够维持极高的分辨率。

二、高频振动特性

步进电机会在低速运行时产生振动,这种现象与负载和驱动性能有关,但交流伺服系统则完全不受此影响,并且内置了共振抑制功能,可以检测机械共振点并进行调整。

三、力矩输出特性

由于其设计原理,步进电机会随着转速增加而减少输出力矩,在较高转速时会出现明显衰退。而交流伺服系统则提供恒力矩输出,即在额定转速范围内都能保持稳定的力矩输出,并且在超出额定值后保持恒功率状态。

四、过载能力对比

除了基本要求之外,交流伺服系统还具备强大的过载能力。以松下的例子来说,它能够承受额定转矩的三倍,为克服启动瞬间惯性力的需求提供了灵活性,而这一点对于使用大型或重物体设备的情境尤其重要。

五、运行性能比较

闭环控制使得交流伺伏驱动器能够直接采样编码器反馈信号,以避免丢失同步或过冲问题,使得整个系统更加可靠。而开环控制下的步进操作需要特别处理升降速度的问题,以保障准确性的同时避免上述潜在问题。

六、加速度响应性能分析

从静止加速到工作状态(通常几百RPM)的时间跨度对于许多应用来说是关键因素。在这种情况下,高速反应成为决定性的优势。例如,松下MSMA400W系列交换服务发射机构仅需数毫秒即可达到3000RPM,从而适合快速启停需求场景,如工业自动化等领域中的应用。此外,由于考虑成本效益以及对准确性的要求,对于一些简单任务,也常常选择采用更经济实惠但略逊一筹的传统类型迁移机构进行操作。在确定哪一种类型最佳使用时,要综合考虑各种因素包括这些要求数量及其优先级。

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