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伺服电机还是步进电机?如何选择(CZZ)
2022年4月29日

绝大多数直线运动应用(气动驱动类型除外)使用步进电机或伺服电机为驱动机构提供扭矩,驱动机构通常是滚珠或丝杠、齿条和小齿轮或皮带和滑轮系统。而且与直线运动中涉及的其他组件不同,在选择电机时,通常会明确回答“我应该使用哪种技术?”这个问题。这是因为伺服电机和步进电机是为非常不同的性能特性而设计的。确定要用于给定应用程序需要了解这些差异并将它们与其他因素(例如成本和复杂性)进行平衡。伺服电机的基本前提是它在闭环系统中运行,这意味着编码器或反馈设备向控制器发送信号,指示电机的实际位置。将该信息与命令位置进行比较,控制器向电机发送校正信号,以大限度地减少误差。结果是非常严格的定位精度和比步进电机更可靠的定位。然而,闭环系统需要调整控制参数并且设置起来更耗时。反馈所需的额外组件和更高的复杂性也使它们比步进器更昂贵。步进电机在开环系统中运行,没有反馈机制来确认电机实际到达了指令位置。但是对于步进电机来说,实现精确的位置通常更容易,因为它们以离散的步长移动——每转多 500 步,这意味着每步等于电机旋转 0.75 度。当在其设计限制内运行时,步进电机不会“丢失”步数,从而为具有可预测扭矩和速度要求的应用提供非常好的定位精度。

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一般规则是步进电机适合以 1000 rpm 及以下的速度运行的应用。这是因为在更高的速度下,步进电机的扭矩产生迅速下降。伺服电机可以在很宽的速度范围内运行,它们通常是高速应用的更好选择。在静止状态下,步进电机可以使用其制动扭矩 将负载保持在适当位置,而无需为电机供电。伺服电机也能够在静止状态下保持负载,但需要为电机供电才能做到这一点。此外,在静止时,伺服电机永远不会完全静止,因为控制器不断地从编码器读取反馈并发出移动命令以补偿任何位置误差。(这种现象有时被称为“寻找位置”。)如前所述,随着速度的增加,步进电机会迅速失去扭矩能力,扭矩通常会在速度超过 1000 rpm 时下降。然而,在较低的速度下,步进电机对于给定的电机尺寸具有出色的扭矩产生能力。然而,重要的是永远不要超过步进电机的额定扭矩(这会限制其加速能力),因为这样做会导致失步或导致电机停转。

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对于需要在高速下产生良好扭矩的应用,伺服电机是更好的技术。即使电机速度发生变化,伺服系统也能够保持给定的扭矩。与只消耗实现所需运动所需的电流的伺服电机相比,步进电机连续消耗电流,而不管负载和速度如何。这会导致更高的热量产生,这在某些应用中可能是一个负面因素。一般来说,对于需要精确定位、高速和/或能够承受不断变化的负载的应用(尤其是那些可能需要高于额定电机扭矩的应用),伺服电机是更好的选择。对于不需要位置反馈且仅在电机设计限制内运行的应用,步进电机提供了一种更简单、更具成本效益的解决方案。


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