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              低压直流伺服电机与步进电机的性能特点比较

              时间:05-15 23:21 点击:58

              步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号,转子就转动一个角度或前进一步,其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比,转速与脉冲频率成正比。因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移(或直线位移)的执行元件。

               

              步进电机的转子为多极分布,定子上嵌有多相星形连接的控制绕组,由专门电源输入电脉冲信号,每输入一个脉冲信号,步进电机的转子就前进一步。由于输入的是脉冲信号,输出的角位移是断续的,所以又称为脉冲电机。

               

              随着数字控制系统的发展,步进电机的应用将逐渐扩大。步进电机的种类很多,按结构可分为反应式、激励式以及混合式三种;按相数分则可分为单相、两相和多相三种。

               

              步进电机


              伺低压直流伺服电机可以理解为绝对服从控制信号指挥的电机:在控制信号发出之前,转子静止不动;当控制信号发出时,转子立即转动;当控制信号消失时,转子能即时停转。

               

              低压直流伺服电机是自动控制装置中被用作执行元件的微特电机,其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。其主要特点是:当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩的增加而匀速下降;其作用:可使控制速度,位置精度非常准确。

               

              低压直流伺服电机基本构造与一般直流电机相似。

               

              电机转速n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j,

               

              式中E为电枢反电动势,

               

              K为常数,

               

              j为每极磁通,

               

              Ua、Ia为电枢电压和电枢电流,

               

              Ra为电枢电阻,

               

              改变Ua或改变φ,均可控制低压直流伺服电机的转速,但一般采用控制电枢电压的方法,在永磁式低压直流伺服电机中,励磁绕组被永久磁铁所取代,磁通φ恒定。低压直流伺服电机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。

               

              直流伺服电机


              低压直流伺服电机与步进电机的性能特点比较

              步进电机作为一种开环控制的系统,和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中,步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现,交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势,运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式低压直流伺服电机作为执行电机。

               

              虽然两者在控制方式上相似(脉冲串和方向信号),但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。

               

              控制精度不同

              1)步进电机的相数: 是指电机内部的线圈组数,目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同,其步距角也不同,一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72°。在没有细分驱动器时,用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器,则‘相数’将变得没有意义,用户只需在驱动器上改变细分数,就可以改变步距角。

               

              2)低压直流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。对于带标准2500线编码器的电机而言,由于驱动器内部采用了四倍频技术,其脉冲当量为360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言,驱动器每接收131072个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为360°/131072=0.0027466°,是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。

               

              低频特性不同

              1)步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关,一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时,一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象,比如在电机上加阻尼器,或驱动器上采用细分技术等。

               

              2)低压直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。低压直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

              1)步进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300~600RPM。

               

              2)低压直流伺服电机为恒力矩输出,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

              步进电机一般不具有过载能力。低压直流伺服电机具有较强的过载能力。

               

              低压直流伺服电机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三倍,可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。

               

              步进电机因为没有这种过载能力,在选型时为了克服这种惯性力矩,往往需要选取较大转矩的电机,而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩,便出现了力矩浪费的现象。

               

              运行性能不同

              1)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,所以为保证其控制精度,应处理好升、降速问题。

               

              2)低压直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,不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性能更为可靠。

               

              速度响应性能不同

              1)步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要200~400毫秒。

               

              2)低压直流伺服系统的加速性能较好,从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。


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