步進電機是一種離散運動的裝置,它和現代數字(zì)控製技術有(yǒu)著本質的聯係。在目前國內的(de)數(shù)字控製係統(tǒng)中(zhōng),步進電機的應用十(shí)分廣泛。隨著全數字式交(jiāo)流伺服係統的出(chū)現,交流伺服(fú)電機也(yě)越來越多地應用於數字控製係統中。為了(le)適應數字控製的發展趨勢,運動(dòng)控製係統中大多(duō)采用步進電機或全數字式交流伺服電機作(zuò)為執行電動機。雖然兩者在控製方(fāng)式上相似(脈衝串和方向信號),但在使用(yòng)性能和應用場合上存在著較(jiào)大的差異(yì)。現就二者的使用性能作一比較。
一、控製精度不同
兩相混(hún)合式步進電機步距角一般為3.6°、 1.8°,五相(xiàng)混合(hé)式步進電機步距角一般為0.72 °、0.36°。也(yě)有一些高性能的步進電機步距角更(gèng)小。如四通公司生產(chǎn)的一種用於慢走絲機(jī)床(chuáng)的(de)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(tōng)過撥碼開關設置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼(jiān)容了兩(liǎng)相和五相混合式步進(jìn)電機的步距角。
交流伺服電機的控製精度(dù)由電機軸後端(duān)的旋轉編(biān)碼器保證。以鬆下全數字式交流伺服電機為例,對於帶(dài)標準2500線編碼(mǎ)器的電機而言,由於驅動(dòng)器(qì)內部采用了四倍頻技術,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(gè)脈衝電機(jī)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(de)脈(mò)衝當量的1/655。
二、低頻特(tè)性不(bú)同
步(bù)進電機在低速時易出(chū)現低頻振動現象。振動頻率與負載情(qíng)況和(hé)驅動(dòng)器性能有(yǒu)關,一(yī)般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的(de)一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振(zhèn)動(dòng)現象對於機(jī)器的正常運轉(zhuǎn)非常不利。當步進電機工作在低速時,一般(bān)應采(cǎi)用阻尼技術來克服低頻振動現(xiàn)象(xiàng),比如在(zài)電機上加阻尼器,或驅動器上采用細分技術等。
交(jiāo)流伺服電機運轉非常平穩,即使在低速時也不會出現振動現象。交流伺服係統具有共振抑製功(gōng)能,可涵蓋機械(xiè)的(de)剛性不足,並且係統內部(bù)具有頻率解析機能(FFT),可檢測出機械的共振點,便於係統(tǒng)調整。
三、矩頻特性不同
步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降,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(fú)電機(jī)為恒力(lì)矩輸出,即在其(qí)額定轉速(一般為2000RPM或3000RPM)以內,都能輸出額定轉矩,在額定(dìng)轉速以上為恒功率輸出。
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。以鬆下交(jiāo)流伺服係統為例,它具(jù)有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉矩為額(é)定轉矩(jǔ)的三倍,可用於克服慣性負載在(zài)啟動瞬間的慣性力矩(jǔ)。步進電機因為沒(méi)有這種過載(zǎi)能力,在選型時(shí)為了克服這(zhè)種慣性力矩,往往需要選取較大轉矩的電機,而機(jī)器在正常工作期間又不需要那麽大的轉矩,便出現了力(lì)矩浪費(fèi)的現象。
五、運行(háng)性能不同
步(bù)進電機的控製為開環控製,啟動頻率過高或(huò)負載過大易(yì)出現丟步或堵轉的現象,停止時轉速(sù)過高(gāo)易出(chū)現過衝的現象,所以為保證(zhèng)其控製精度,應處理好(hǎo)升、降速問題。交流伺服驅動係統為閉(bì)環控製(zhì),驅動器可直接對電機編(biān)碼器反饋信(xìn)號(hào)進行采(cǎi)樣,內部構成位置環和速度環,一般不會出現步(bù)進(jìn)電(diàn)機的丟(diū)步或過衝的現象,控製性能更為可靠。
六、速度響應性能不(bú)同
步進電機從靜止加速到工作轉速(一般為每分鍾幾百轉)需要(yào)200~400毫秒。交流伺服係統的加速性能較好,以鬆(sōng)下MSMA 400W交流伺服電機為例,從靜止加速到其額(é)定轉速3000RPM僅(jǐn)需幾毫秒,可用於要求快速啟停的控(kòng)製場合。
綜上(shàng)所述,交流伺服係統在許多性能(néng)方麵都優於步進電機。但(dàn)在一些要(yào)求不高的場合也經常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以,在控(kòng)製係(xì)統的設計過程中要綜合考慮控製要求、成本等多方麵的因素,選用適當的(de)控製電(diàn)機。
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