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进步电机和伺服电机

进步电机和伺服电机

进步电机和伺服电机都是一种能够精确控制位置和速度的电动机,但它们有着不同的工作原理和特点。

进步电机是一种将电脉冲信号转化为角位移的执行机构,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,称为“步距角”。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。1

伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。1

进步电机和伺服电机有以下几个主要区别:

  • 控制方式不同:进步电机是通过控制脉冲的个数控制转动角度的,一个脉冲对应一个步距角。伺服电机是通过控制脉冲时间的长短控制转动角度的。
  • 低频特性不同:进步电机在低速时易出现低频振动现象,需要采用阻尼技术来克服。交流伺服电机运转非常平稳,即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机能(FFT),可检测出机械的共振点,便于系统调整。
  • 矩频特性不同:进步电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时会急剧下降,所以其最高工作转速一般在300~600r/min。交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速(一般为2000或3000r/min)以内,都能输出额定转矩,在额定转速以上为恒功率输出。
  • 过载能力不同:进步电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例,它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的3倍,可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。
  • 速度响应性能不同:进步电机从静止加速到工作转速需要200~400ms。交流伺服系统的加速性能较好,以松下MSMA400W交流伺服电机为例,从静止加速到其额定转速3000r/min仅需几ms,可用于要求快速启停的控制场合。
  • 控制精度不同:交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器精度决定,步进电机的控制精度由步距角决定,但步进电机的控制精度远低于伺服电机。
  • 控制方式不同:步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲的现象。交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环。伺服电机即通过传感器实时反馈电机的运行状态,由控制芯片进行实时调节。一般工业用的伺服电机都是三环控制,即电流环、速度环、位置环,分别能反馈电机运行的角加速度、角速度和旋转位置。

总的来说,进步电机和伺服电机各有优缺点,适合不同的应用场合。进步电机成本低、控制简单、适合低速运动和低精度定位;伺服电机性能优越、运行平稳、适合高速运动和高精度定位。在选择时要综合考虑控制要求、成本、控制精度等多方面的因素,选择适合项目要求的电机。

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