伺服電機工作原理及和步進電機的區別

2021-03-04 09:44:40 字數 2058 閱讀 6090

步進電機是一種離散運動的裝置,它和現代數字控制技術有著本質的聯絡。在目前國內的數字控制系統中,步進電機的應用十分廣泛。隨著全數字式交流伺服系統的出現,交流伺服電機也越來越多地應用於數字控制系統中。

為了適應數字控制的發展趨勢,運動控制系統中大多採用步進電機或全數字式交流伺服電機作為執行電動機。雖然兩者在控制方式上相似(脈衝串和方向訊號)彈性聯軸器,但在使用效能和應用場合上存在著較大的差異。現就二者的使用效能作一比較。

一、控制精度不同

兩相混合式步進電機步距角一般為3.6°、 1.8°,五相混合式步進電機步距角一般為0.

72 °、0.36°。也有一些高效能的步進電機步距角更小。

如四通公司生產的一種用於慢走絲工具機的步進電機,其步距角為0.09°;德國百格拉公司(berger lahr)生產的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設定為1.8°、0.

9°、0.72°、0.36°、0.

18°、0.09°、0.072°、 0.

036°,相容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。

交流伺服電機的控制精度由電機軸後端的旋轉編碼器保證。以松下全數字式交流伺服電機為例,對於帶標準2500線編碼器的電機而言,由於驅動器內部採用了四倍頻技術,其脈衝當量為360°/10000=0.036°。

對於帶17位編碼器的電機而言,驅動器每接收217=131072個脈衝電機轉一圈,即其脈衝當量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.

8°的步進電機的脈衝當量的1/655。

二、低頻特性不同

步進電機在低速時易出現低頻振動現象。振動頻率與負載情況和驅動器效能有關,一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現象對於機器的正常運轉非常不利。

當步進電機工作在低速時,一般應採用阻尼技術來克服低頻振動現象,比如在電機上加阻尼器,或驅動器上採用細分技術等。

交流伺服電機運轉非常平穩膜片聯軸器,即使在低速時也不會出現振動現象。交流伺服系統具有共振抑制功能,可涵蓋機械的剛性不足,並且系統內部具有頻率解析機能(fft),可檢測出機械的共振點,便於系統調整。

三、矩頻特性不同

步進電機的輸出力矩隨轉速公升高而下降,且在較高轉速時會急劇下降,所以其最高工作轉速一般在300~600rpm。交流伺服電機為恆力矩輸出,即在其額定轉速(一般為2000rpm或3000rpm)以內,都能輸出額定轉矩,在額定轉速以上為恆功率輸出。

四、過載能力不同

步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以松下交流伺服系統為例,它具有速度過載和轉矩過載能力。

其最大轉矩為額定轉矩的三倍,可用於克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力,在選型時為了克服這種慣性力矩,往往需要選取較大轉矩的電機,而機器在正常工作期間又不需要那麼大的轉矩,便出現了力矩浪費的現象。

五、執行效能不同

步進電機的控制為開環控制,啟動頻率過高或負載過大易出現丟步或堵轉的現象,停止時轉速過高易出現過衝的現象,所以為保證其控制精度,應處理好公升、降速問題。交流伺服驅動系統為閉環控制,驅動器可直接對電機編碼器反饋訊號進行取樣,內部構成位置環和速度環,一般不會出現伺服電機的丟步或過衝的現象,控制效能更為可靠。

六、速度響應效能不同

步進電機從靜止加速到工作轉速(一般為每分鐘幾百轉)需要200~400毫秒。交流伺服系統的加速效能較好,以松下m**a 400w交流伺服電機為例,從靜止加速到其額定轉速3000rpm僅需幾毫秒,可用於要求快速啟停的控制場合。

綜上所述,交流伺服系統在許多效能方面都優於步進電機。但在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做執行電動機。所以,在控制系統的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素,選用適當的控制電機。

交流伺服電機的定子結構是由兩個位置互差90°的繞組組成的,這兩個繞組乙個是勵磁繞組rf,另乙個是控制繞組l。勵磁繞組rf接在交流電壓uf上,而控制繞組l是與控制訊號電壓uc相連線的。因此交流伺服電機又叫兩個伺服電動機。

交流伺服電機的轉子結構通常做成鼠籠式,它與普通電機相比具有轉子電阻大和轉動慣量小的特點。其在沒有控制電壓時,轉子靜止不動,定子內只有勵磁繞組rf產生的脈動磁場。當有控制電壓時,定子內產生乙個旋轉磁場,轉子沿旋轉磁場的方向旋轉,在負載恆定的情況下,電動機的轉速隨控制電壓的大小而變化,當控制電壓的相位相反時,伺服電動機將反轉。

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