導(dǎo)航
伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域中是兩種常見的電機(jī)，在工作原理，控制方式，性能等方面都各有不同，伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)在應(yīng)用方面有存在著極大的區(qū)別。
一、什么是伺服電機(jī)：
1．特定類型的線性或旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器通常稱為“伺服電機(jī)”。
2．從本質(zhì)上講，“伺服電機(jī)”一詞是指通過持續(xù)監(jiān)控來控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)的機(jī)制。
3．線性執(zhí)行器或旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器，伺服電機(jī)。
4．角度或線性位置、速度和加速度都可以精確控制。
5．它由連接到位置反饋傳感器的適當(dāng)電機(jī)組成。
6．全球工業(yè)生產(chǎn)、過程自動(dòng)化和建筑技術(shù)中常見的變速驅(qū)動(dòng)器是伺服電機(jī)。
7．它們旨在用于需要高性能、快速倒車和高定位精度的運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用。
伺服電機(jī)如何工作：
1．舵機(jī)如此可靠的特點(diǎn)之一是它們的簡(jiǎn)單性。小型直流（DC）電機(jī)，例如低成本玩具中的電機(jī)，是伺服系統(tǒng)的基本組成部分。
2．這些電機(jī)由電池供電，具有高轉(zhuǎn)速（每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)），但它們產(chǎn)生的扭矩相對(duì)較小。
3．由于變速箱布置，電機(jī)的快速速度減慢，同時(shí)也增加了扭矩。（功=力x距離）。
4．雖然小型電動(dòng)機(jī)的扭矩很小，但它可能會(huì)旋轉(zhuǎn)得很快（力小，距離大）。
5．由于伺服外殼內(nèi)的齒輪配置（力大，距離小），輸出的轉(zhuǎn)速相當(dāng)慢，但扭矩增加。
6．為了保持更輕、更便宜，廉價(jià)的伺服電機(jī)通常包括塑料齒輪。
7．為較重的作提供更大扭矩的伺服系統(tǒng)的齒輪由金屬制成，更耐用。
伺服電機(jī)的類型：
1．交流伺服電機(jī)；
2．直流伺服電機(jī)；
3．直線和旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)。
伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：
1．高性能；
2．更快的速度；
3．精確定位（因?yàn)榉答仯?/p>
伺服電機(jī)的缺點(diǎn)：
1．成本更高（盡管今天問題不大）；
2．所需的設(shè)置和調(diào)整。
二、什么是步進(jìn)電機(jī)：
1．以不同步進(jìn)運(yùn)行的直流電機(jī)稱為步進(jìn)電機(jī)。
2．它是一種同步無刷電機(jī)，具有多個(gè)級(jí)，組成一個(gè)完整的旋轉(zhuǎn)。
3．轉(zhuǎn)子和定子是步進(jìn)電機(jī)的兩個(gè)主要部件。
4．電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸稱為轉(zhuǎn)子，其固定部件定子由電磁鐵組成。
5．步進(jìn)電機(jī)的每轉(zhuǎn)步進(jìn)步數(shù)為12、24、72、144、180和200，當(dāng)施加分立直流電壓時(shí)，相應(yīng)的步進(jìn)角為30、15、5、2.5、2和1.8。這個(gè)旋轉(zhuǎn)角度稱為階躍角。
6．用戶可以在有或沒有反饋的情況下對(duì)其進(jìn)行監(jiān)管。
步進(jìn)電機(jī)原理：
1．一種稱為步進(jìn)電機(jī)的機(jī)電設(shè)備將電脈沖轉(zhuǎn)換為精確的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。
2．不經(jīng)常旋轉(zhuǎn)的特殊型直流電機(jī)稱為步進(jìn)電機(jī)。
3．相反，整個(gè)輪換被分解為許多相等的階段。
4．相位是排列成組的幾個(gè)線圈，組成步進(jìn)電機(jī)。
5．步進(jìn)電機(jī)通過將能量從輸入電壓依次輸送到每一相，一次轉(zhuǎn)動(dòng)一步。
6．因此，步進(jìn)電機(jī)將電能或數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換為機(jī)械軸旋轉(zhuǎn)。
7．轉(zhuǎn)子可以是永磁體或軟鐵，由電磁定子包圍。
8．轉(zhuǎn)子和定子極可能有磨牙。
9．當(dāng)在端子施加電壓時(shí)，磁效應(yīng)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子向定子移動(dòng)或與定子對(duì)齊。
10．通過依次給定子通電并移動(dòng)轉(zhuǎn)子來產(chǎn)生完整的旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生具有特定步進(jìn)角的指定步數(shù)。
步進(jìn)電機(jī)如何工作：
1．我們可以觀察到，在初始位置，轉(zhuǎn)子從當(dāng)前正在運(yùn)行（施加電壓）的較高電磁鐵開始。
2．右側(cè)電磁鐵打開，而上部電磁鐵被禁用以順時(shí)針（CW）移動(dòng)轉(zhuǎn)子，這會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)90度并與有源磁鐵對(duì)齊。
3．在我們回到起始位置之前，這個(gè)過程在南電磁鐵和西電磁鐵上以相同的方式重復(fù)。
步進(jìn)電機(jī)的種類：
1．永磁步進(jìn)器；
2．可變磁阻步進(jìn)器；
3．混合步進(jìn)電機(jī)；
步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)：
1．多面性；
2．更大的扭矩；
3．比伺服電機(jī)更實(shí)惠；
4．步進(jìn)電機(jī)通常被認(rèn)為是更安全的電機(jī)；
5．步進(jìn)電機(jī)具有出色的可重復(fù)性和更長(zhǎng)的使用壽命；
6．出色的低速扭矩；
7．步進(jìn)電機(jī)不會(huì)過載；
8．步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度對(duì)應(yīng)于輸入脈沖；
9．步進(jìn)電機(jī)在停止時(shí)提供全部扭矩；
10．低速同步旋轉(zhuǎn)；
11．對(duì)于需要高精度和低速的應(yīng)用來說，這是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
步進(jìn)電機(jī)的缺點(diǎn)：
1．低效率；
2．步進(jìn)電機(jī)的扭矩隨著速度的增加而迅速降低；
3．精度差；
4．沒有提供反饋來突出顯示可能遺漏的作；
5．高慣性扭矩比；
6．非常響亮的步進(jìn)電機(jī)；
7．必須消除保持扭矩。
三、步進(jìn)電機(jī)與伺服電機(jī)的比較：
| 特性 | 直流拉絲伺服電機(jī) | 混合步進(jìn)電機(jī) |
| 成本 | 具有同等額定功率的步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)比伺服電機(jī)系統(tǒng)便宜 | 必須使用步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)此功能。一般來說，步進(jìn)電機(jī)比具有相同額定功率的伺服電機(jī)便宜 |
| 多面性 | 伺服電機(jī)在自動(dòng)化和CNC應(yīng)用中的使用非常靈活 | 步進(jìn)電機(jī)用途廣泛，從時(shí)鐘到打印機(jī)，無所不包 |
| 可靠性 | 這取決于環(huán)境以及電機(jī)的保護(hù)效果，所以這是一個(gè)折騰 | 步進(jìn)器被列入此類別只是因?yàn)樗恍枰獫撛谟腥毕莸木幋a器 |
| 框架尺寸 | 伺服電機(jī)有許多不同的框架尺寸，從小型電機(jī)到巨型電機(jī)，可以為大型設(shè)備提供動(dòng)力 | 許多電機(jī)均采用NEMA標(biāo)準(zhǔn)尺寸。 在較大的尺寸中，步進(jìn)電機(jī)沒有伺服電機(jī)那么多不同的尺寸 |
| 設(shè)置復(fù)雜性 | 為了使用伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)功能，必須調(diào)整（PID）閉環(huán)可變電路 | 大多數(shù)步進(jìn)電機(jī)都是即插即用的。必須連接到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的只是電機(jī)線 |
| 汽車壽命 | 伺服電機(jī)電刷在運(yùn)行2000小時(shí)后需要更換。編碼器可能還需要更換 | 步進(jìn)電機(jī)中唯一的消耗部件是軸承。因此，步進(jìn)電機(jī)在生活中具有適度的優(yōu)勢(shì) |
| 低速高扭矩 | 在摩擦力小且傳動(dòng)比適當(dāng)?shù)那闆r下，伺服電機(jī)將在低速應(yīng)用中正常工作 | 在低速時(shí)，步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生最大的扭矩（RPM） |
| 高速高扭矩 | 在空載轉(zhuǎn)速的90%左右，伺服電機(jī)繼續(xù)提供額定扭矩 | 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速達(dá)到90%時(shí)，步進(jìn)電機(jī)可能會(huì)損失高達(dá)80%的最大扭矩 |
| 重復(fù)性 | 如果設(shè)置得當(dāng)，伺服電機(jī)可以具有非常好的重復(fù)性。重復(fù)性也可能受到編碼器質(zhì)量的影響 | 步進(jìn)電機(jī)具有非常好的可重復(fù)性，并且由于其構(gòu)造和功能方式，幾乎不需要調(diào)整 |
| 過載安全 | 伺服電機(jī)如果機(jī)械過載，可能會(huì)發(fā)生故障 | 機(jī)械過載不太可能損壞步進(jìn)電機(jī) |
| 功率重量/尺寸比 | 在效率方面，伺服電機(jī)具有很大的功率重量比 | 由于步進(jìn)電機(jī)的效率低于伺服電機(jī)，因此它們的功率重量/尺寸比通常較低 |
| 效率 | 伺服電機(jī)非常有效。輕負(fù)載下產(chǎn)量為80–90% | 鑒于其輸出，步進(jìn)電機(jī)需要大量電力，其中大部分被轉(zhuǎn)化為熱量。通常，步進(jìn)電機(jī)效率約為70%，但步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器確實(shí)在其中發(fā)揮作用 |
| 電機(jī)分辨率的靈活性 | 伺服電機(jī)的編碼器定義了其分辨率，因此可能有廣泛的分辨率 | 步進(jìn)電機(jī)的分辨率通常為1.8或0.9度。然而，由于微步進(jìn)，步進(jìn)器可以實(shí)現(xiàn)更好的分辨率。負(fù)責(zé)的是駕駛員，而不是電機(jī) |
| 扭矩慣性比 | 伺服電機(jī)加速負(fù)載的能力非常強(qiáng) | 雖然步進(jìn)電機(jī)可以加速負(fù)載，但在這方面它們無法與伺服電機(jī)相媲美。如果電機(jī)功率不夠大，步進(jìn)電機(jī)可能會(huì)熄火并跳過步驟 |
| 最少的熱量產(chǎn)生 | 由于伺服電機(jī)的電流消耗與施加的負(fù)載成反比，因此產(chǎn)生的熱量極少 | 無論負(fù)載如何，步進(jìn)電機(jī)都會(huì)消耗過多的電流。當(dāng)使用過多的功率時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熱量 |
| 儲(chǔ)備功率和扭矩 | 在短時(shí)間內(nèi)，伺服電機(jī)可以提供大約200%的恒定功率 | 步進(jìn)電機(jī)缺乏動(dòng)力儲(chǔ)備。然而，步進(jìn)電機(jī)可以非常有效地制動(dòng) |
| 噪聲 | 伺服電機(jī)產(chǎn)生的噪音相對(duì)較小 | 步進(jìn)電機(jī)由于控制機(jī)制而發(fā)出輕微的嗡嗡聲。然而，一個(gè)好的驅(qū)動(dòng)器會(huì)降低噪音強(qiáng)度 |
| 共振和振動(dòng) | 伺服電機(jī)沒有共振問題和振動(dòng) | 由于步進(jìn)電機(jī)的工作方式，它們會(huì)有些振動(dòng)并存在一些共振問題 |
| 可用性 | 步進(jìn)電機(jī)比伺服電機(jī)更廣泛地為公眾所接受 | 與好的伺服電機(jī)相比，步進(jìn)電機(jī)要容易找到 |
| 電機(jī)簡(jiǎn)單性 | 由于其內(nèi)部組件和外部編碼器，伺服電機(jī)在機(jī)械上更加復(fù)雜 | 步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，沒有任何制造的易損件 |
| 直接驅(qū)動(dòng)能力 | 由于轉(zhuǎn)速高，伺服電機(jī)通常需要更高的傳動(dòng)比。帶有直接驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的系統(tǒng)極為罕見 | 直接驅(qū)動(dòng)模式將與步進(jìn)電機(jī)一起正常工作。許多人只是使用電機(jī)聯(lián)軸器將電機(jī)軸快速安全地連接到絲杠或滾珠絲杠 |
| 功率范圍 | 伺服電機(jī)提供非常廣泛的功率可用性范圍，因?yàn)樗鼈冇兄绷骱徒涣鲀煞N版本 | 步進(jìn)電機(jī)的功率可用性范圍與伺服電機(jī)不同 |
四、什么是步進(jìn)電機(jī)中的微步進(jìn)：
步進(jìn)電機(jī)中的微步進(jìn)應(yīng)用無需添加齒輪減速等機(jī)械硬件即可獲得。微步進(jìn)涉及在指定的占空比下脈沖使能引腳以產(chǎn)生中間電壓。
五、什么是電機(jī)效率：
當(dāng)電機(jī)利用繞組中磁場(chǎng)和電流的相互作用來產(chǎn)生和產(chǎn)生力或扭矩時(shí)，電機(jī)效率是電機(jī)完成的機(jī)械功量和完成功所消耗的電能的量度。
六、伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)中的運(yùn)動(dòng)控制：
1．由于極數(shù)的差異，步進(jìn)電機(jī)在閉環(huán)系統(tǒng)中以恒定脈沖逐漸移動(dòng)。
2．編碼器是伺服電機(jī)所必需的，以便修改脈沖以進(jìn)行位置控制。
七、運(yùn)動(dòng)控制中的伺服電機(jī)：
優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：
1．伺服電機(jī)的基本優(yōu)勢(shì)在于它們可以在高速下提供大量扭矩，這是步進(jìn)電機(jī)無法做到的；
2．它們的工作效率在80%到90%之間；
3．伺服電機(jī)無振動(dòng)和無共振，可與交流或直流驅(qū)動(dòng)器一起運(yùn)行；
4．雖然伺服電機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，但一個(gè)顯著的缺點(diǎn)是它們比步進(jìn)電機(jī)貴得多；
5．變速箱和編碼器的價(jià)格加在一起會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)變得相當(dāng)昂貴；
此外，對(duì)編碼器和齒輪箱的要求增加了系統(tǒng)的機(jī)械復(fù)雜性，增加了維護(hù)需求并增加了費(fèi)用。
八、運(yùn)動(dòng)控制中的步進(jìn)電機(jī)：
優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：
1．由于其眾多極點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)為運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用提供精確的驅(qū)動(dòng)控制。
2．它們隨處可見，價(jià)格合理，并且在低速時(shí)具有高扭矩。
3．盡管如此，步進(jìn)電機(jī)也有其局限性。
4．它們?cè)诟咚傩旭倳r(shí)幾乎會(huì)損失所有扭矩，有時(shí)甚至高達(dá)80%。
5．它們會(huì)產(chǎn)生大量振動(dòng)并且容易出現(xiàn)共振問題。
6．步進(jìn)電機(jī)的高熱量輸出在某些應(yīng)用中可能會(huì)出現(xiàn)問題。
九、步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)之間的一些相似之處：
1．定位精度高。
2．小型機(jī)械裝配。
3．減少機(jī)器零件數(shù)量。
4．極其平穩(wěn)的速度。
5．在安靜中運(yùn)作。
十、為什么要使用步進(jìn)電機(jī)而不是伺服電機(jī)：
1．伺服電機(jī)的效率在80%到90%之間，比步進(jìn)電機(jī)更有效。
2．就整體性能而言，步進(jìn)電機(jī)比伺服電機(jī)更適合低加速度、高保持扭矩應(yīng)用，伺服電機(jī)適用于高速、高扭矩應(yīng)用。
