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步進電機替代伺服電機你信嗎?
作者:an888    發(fā)布于:2024-05-16 14:29   

  據(jù)傳統(tǒng)的觀念,在需要速度超過800RPM以及需要高動態(tài)響應的應用中,伺服控制系統(tǒng)性能更為出色

  據(jù)傳統(tǒng)的觀念,在需要速度超過800RPM以及需要高動態(tài)響應的應用中,伺服控制系統(tǒng)性能更為出色。步進電機則更適合用于速度較低、低到中等加速度、需要較高保持轉(zhuǎn)矩的應用。那么這種關(guān)于步進電機和伺服電機的傳統(tǒng)觀念的依據(jù)是什么呢?下面讓我們來詳細分析下。

  步進電機采用步進方式轉(zhuǎn)動,利用磁線圈逐步拉動一個磁體,使其從一個位置到達下一個位置。要使電機在任何方向移動100個位置,電路都需要對電機進行100次步進操作。步進電機利用脈沖實現(xiàn)遞增運動,可以在不使用任何反饋傳感器的情況下實現(xiàn)精確定位。

  伺服電機的運動方法是不同的。它在磁轉(zhuǎn)子上連接一個位置傳感器–即編碼器–會持續(xù)檢測電機的準確位置。伺服會監(jiān)控電機實際位置和指令位置之間的差異,并對電流進行相應的調(diào)整。這種閉環(huán)系統(tǒng)可以使電機保持在正確的運動狀態(tài)。

  步進電機不僅比伺服電機成本低,而且調(diào)試和維護都更加簡單。步進電機在靜止狀態(tài)是穩(wěn)定的,并能保持位置(即使是采用動態(tài)負載)。不過,如果某些應用場合有更高的性能要求,則必須采用更昂貴、更復雜的伺服電機。

  在需要隨時了解機器準確位置的應用中,步進電機和伺服電機有重要差別。在通過步進電機控制的開環(huán)運動應用中,控制系統(tǒng)認為電機始終處于正確的運動狀態(tài)。不過,在遇到問題以后,比如因為部件卡住而導致電機失速,控制器就無法了解機器的實際位置,從而導致失位。伺服電機本身的閉環(huán)系統(tǒng)具有一個優(yōu)勢:如果其被一個物體卡住,會立刻檢測到。機器會停止操作,始終不會失位。

  步進電機和伺服電機的性能差異源自他們不同的電機設計方案。步進電機的極數(shù)比伺服電機多得多,因此步進電機旋轉(zhuǎn)一整圈,所需的繞組電流交換次數(shù)要多得多,從而導致在速度增加的情況下,其轉(zhuǎn)矩迅速下降。另外,如果達到了最大轉(zhuǎn)矩,步進電機可能會失去速度同步化功能。出于這些原因,在大部分高速應用中,伺服電機都是首選方案。與此相反,步進電機較多的極數(shù)在低速狀態(tài)下具有優(yōu)勢,因為此時步進電機與同等尺寸的伺服電機相比具有轉(zhuǎn)矩優(yōu)勢。

  開環(huán)步進電機采用固定電流,并會散發(fā)大量熱量。閉環(huán)控制只提供速度環(huán)路所需的電流,因此避免了電機發(fā)熱問題。

  伺服控制系統(tǒng)最適合涉及到動態(tài)負載變化的高速應用,比如機械臂。步進控制系統(tǒng)則更適合需要低到中加速度和高保持轉(zhuǎn)矩的應用,比如3D打印機、傳送帶、副軸等。因為步進電機成本更低,所以在使用之后,可以降低自動化系統(tǒng)的成本。運動控制系統(tǒng)如果需要利用伺服電機的特性,就必須證明這些成本較高的電機物有所值。

  在閉環(huán)技術(shù)進步的推動下,步進電機能夠滲透到以前完全屬于伺服電機的高性能、高速度應用領域

  通過結(jié)合閉環(huán)控制技術(shù),步進電機將會成為一個同時具備伺服和步進電機優(yōu)點的低成本的綜合性產(chǎn)品。因為閉環(huán)步進電機能夠顯著提高性能和能效,所以可以在越來越多的高標準應用中取代更昂貴的伺服電機。

  下面我們以嵌入了閉環(huán)控制功能stepIM綜合步進電機為例,解析采用閉環(huán)技術(shù)的步進電機的性能與優(yōu)劣。

  經(jīng)過集成電子控制后的步進電機相當于一個雙相無刷直流電機,可以執(zhí)行位置環(huán)路控制、速度環(huán)路控制、DQ控制、以及其他算法。采用一個單圈絕對式編碼器實現(xiàn)閉環(huán)換向,從而確??梢栽谌魏嗡俣认逻_到最佳轉(zhuǎn)矩。

  StepIM步進電機具有高能效。與始終按照全電流指令操作的開環(huán)步進電機會導致發(fā)熱和噪音問題不同,stepIM的電流會根據(jù)運動的實際情況改變,比如在加速和減速過程中。與伺服類似,在任何時刻,這些步進電機所消耗的電流都與所需的實際轉(zhuǎn)矩成正比。因為電機和集成電子控制板運行溫度更低,所以stepIM步進電機可以實現(xiàn)與伺服電機相仿的更高峰值轉(zhuǎn)矩。

  為了確保有足夠的轉(zhuǎn)矩來克服干擾和避免失步,開環(huán)步進電機通常要保證轉(zhuǎn)矩至少比應用所需的數(shù)值高40%。閉環(huán)stepIM步進電機則不存在這個問題。在這些步進電機因為過載而達到失速狀態(tài)時,它們會繼續(xù)保持負載狀態(tài),不會失去轉(zhuǎn)矩。在消除過載狀態(tài)后,它們會繼續(xù)運行。在任何指定速度下,都可以保證最大轉(zhuǎn)矩,同時通過位置傳感器來確保不會失步。因此,閉環(huán)步進電機的規(guī)格可以精確匹配相關(guān)應用的轉(zhuǎn)矩要求,不需要額外增加40%的裕度。

  對于開環(huán)步進電機,因為有失步的風險,所以難以滿足較高的瞬態(tài)轉(zhuǎn)矩需求。stepIM閉環(huán)步進電機可以實現(xiàn)很快的加速,運行噪音更低,并且共振比傳統(tǒng)步進電機更小。它們可以在更高的帶寬下操作,并實現(xiàn)出色的性能。

  stepIM將驅(qū)動控制板與電機集成在一起,減少了連線數(shù)量,簡化了實施方案。使用st 富聯(lián)注冊epIM,可以建造無柜機器。

  閉環(huán)步進電機改變了很多運動控制應用中的性能-成本比。因為擁有出色的精度和能效,所以stepIM步進電機能夠用于過去以更昂貴伺服電機為主的領域。stepIM閉環(huán)進步電機的成功也為讓我們看到了一種可能——低成本的步進電機替代高成本伺服電機。

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