交流伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)性能比較:
步進(jìn)電機(jī)是一種離散運(yùn)動(dòng)裝置,它與現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國(guó)內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中,步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用非常廣泛。隨著全數(shù)字交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn),伺服電機(jī)控制器越來(lái)越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢(shì),大多數(shù)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電機(jī)。雖然兩者在控制模式(脈沖序列和方向信號(hào))上相似,但在性能和應(yīng)用上存在很大差異?,F(xiàn)在比較兩種方法的性能。
1.不同的控制精度
交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下全數(shù)字交流伺服電機(jī)為例,對(duì)于帶有標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機(jī),由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù),脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°。對(duì)于帶有17位編碼器的電機(jī),每次驅(qū)動(dòng)器接收到217=131072個(gè)脈沖時(shí),電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈,即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=9.89秒。它相當(dāng)于步進(jìn)電機(jī)的1/655脈沖,步進(jìn)角度為1.8°。
兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角一般為3.6°、1.8°,五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角一般為0.72°、0.36°。還有一些高性能的步進(jìn)電機(jī),具有較小的步進(jìn)角。例如,Stone公司生產(chǎn)的用于慢速送絲機(jī)床的步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角為0.09°;德國(guó)BERGER-LAHR公司生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角可通過(guò)DIP開(kāi)關(guān)設(shè)置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,與兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角兼容。
2.不同的過(guò)載能力
步進(jìn)電機(jī)通常沒(méi)有過(guò)載能力。交流伺服電機(jī)具有很強(qiáng)的過(guò)載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例,它具有速度過(guò)載和扭矩過(guò)載能力。其大扭矩為額定扭矩的三倍,可用于克服起動(dòng)時(shí)慣性負(fù)載的慣性矩。由于步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有這樣的過(guò)載能力,為了克服這個(gè)慣性矩,通常需要選擇一個(gè)扭矩更大的電機(jī),而機(jī)器在正常運(yùn)行時(shí)不需要這么大的扭矩,因此出現(xiàn)了扭矩。浪費(fèi)現(xiàn)象。
3.不同的低頻特性
步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)容易產(chǎn)生低頻振動(dòng)。交流伺服電機(jī)的振動(dòng)頻率、負(fù)載條件和控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以松下全數(shù)字交流伺服電機(jī)為例,對(duì)于帶有標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電機(jī),由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù),脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°。對(duì)于帶有17位編碼器的電機(jī),每次驅(qū)動(dòng)器接收到217=131072個(gè)脈沖時(shí),電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈,即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=9.89秒。它相當(dāng)于步進(jìn)電機(jī)的1/655脈沖,步進(jìn)角度為1.8°。一般認(rèn)為,振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起飛頻率的一半。這種由步進(jìn)電機(jī)工作原理決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)機(jī)器的正常運(yùn)行非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)低速運(yùn)行時(shí),一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來(lái)克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象,如在電機(jī)上加裝阻尼器,或在驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)。
交流伺服電機(jī)運(yùn)行非常平穩(wěn),即使在低速下也不會(huì)振動(dòng)。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能,可以彌補(bǔ)機(jī)器剛性的不足,并且在系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率分析功能(FFT),可以檢測(cè)機(jī)器的共振點(diǎn),便于系統(tǒng)調(diào)整。
4.不同的矩頻特性
步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的增加而減小,在較高轉(zhuǎn)速下會(huì)急劇下降,因此其高工作轉(zhuǎn)速一般為300-600RPM。交流伺服電機(jī)具有恒定的扭矩輸出,即在其額定轉(zhuǎn)速(通常為2000RPM或3000RPM)內(nèi),它可以輸出額定扭矩,而在額定轉(zhuǎn)速以上,它是恒定的功率輸出。
5.不同的速度響應(yīng)性能
步進(jìn)電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)加速到工作速度(通常每分鐘幾百轉(zhuǎn))需要200到400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能良好。以松下MSMA 400W交流伺服電機(jī)為例,從靜止?fàn)顟B(tài)加速到3000RPM的額定轉(zhuǎn)速只需幾毫秒,可用于需要快速啟動(dòng)和停止的控制場(chǎng)合。
6.不同的經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)
步進(jìn)電機(jī)的控制是開(kāi)環(huán)控制。如果起動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大,很容易失步或失速。當(dāng)速度過(guò)高時(shí),很容易造成超調(diào)。因此,為了保證其控制精度,應(yīng)妥善處理。上升和減速問(wèn)題。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制。驅(qū)動(dòng)器可以直接對(duì)電機(jī)編碼器的反饋信號(hào)進(jìn)行采樣,形成內(nèi)部位置環(huán)和速度環(huán)。一般來(lái)說(shuō),步進(jìn)電機(jī)不會(huì)出現(xiàn)失步或超調(diào)現(xiàn)象,控制性能更可靠。
綜上所述,交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。然而,在一些要求較低的場(chǎng)合,步進(jìn)電機(jī)通常被用作執(zhí)行電機(jī)。因此,在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)綜合考慮控制要求和成本等各種因素,選擇合適的控制電機(jī)。
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