步进电机和伺服电机的比较

步进电机和伺服电机的比较

王勇

（陕西渭河煤化工集团有限责任公司）

３步进电机和伺服电机在造型时的比较３．１步进电机在造型时的要点

３．１．１选择保持转矩保持转矩也叫静力矩，是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。由于步进电机低速运转时的力矩接近保持转矩，而步进电机的力矩随着速度的增大而快速衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以说保持转矩是衡量步进电机负载能力最重要的参数之一。

３．１－２选择相数两相步进电机成本低，步距角最少１．８度，低速时的震动较大，高速时力矩下降快，适用于高速且对精度和平稳性要求不高的场合ｉ三相步进电机步距角最少１．５度，振动比两相步进电机小，低速性能好于两相步进电机，最高速度比两相步进电机高百分之３０至５０，适用于高速且对精度和平稳性要求较高的场合；５相步进电机步距角更小，低速性能好于３相步进电机，但成本偏高，适用于中低速段且对精度和平稳性要求较高的场合。

３．１．３选择电机应遵循先选电机后选驱动器原则，先明确负载特性，再通过比较不同型号步进电机的静力矩和矩频曲线，找到与负载特性最匹配的步进电机；精度要求高时，应采用机械减速装置，以使电机工作在效率最高、噪音最低的状态：避免使电机工作在振动区，如若必须则通过改变电压、电流或增加阻尼的方法解决；电源电压方面，建议５７电机采用直流２４Ｖ一３６Ｖ、８６电机采用直流４６Ｖ、

１１０电机采用高于直流８０Ｖ；大转动惯量负载应选择机座号较大的

摘要：通过介绍步进电机和伺服电机的工作原理，着重描述了步进电机和伺服电机二者的区别，对二者在选型时进行了比较，在控制系统的设计过程中要综合考虑，选用适当的控制电机。

关键词：步进电机伺服电机工作原理

随着我国经济迅猛发展，中国逐渐成为世界的加工中心。随着步进电机和伺服电机的出现，大大提升了控制回路的精度。步进电机它的旋转是以固定的角度（称为“步距角”）一步一步运行的，其特点是没有积累误差，所以广泛应用于各种开环控制。伺服电机是把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出，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。

１步进电机和伺服电机的工作原理

１．１步进电机的工作原理步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

１．２伺服电机的工作原理伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动

器控制的Ｕ州三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，

同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目的精度（线数）。

２步进电机和伺服电机的区别

２．１控制的方式不同步进电机是通过控制脉冲的个数控制转

标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器

电机：大惯量负载、工作转速较高时，电机而应采用逐渐升频提速，以防止电机失步、减少噪音、提高停转时的定位精度；鉴于步进电机力矩一般在４０Ｎｍ以下，超出此力矩范围，且运转速度大于１０００ＲＰＭ时，即应考虑选择伺服电机。

３．１．４选择驱动器和细分数最好不选择整步状态，因为整步状态时振动较大：尽量选择小电流、大电感、低电压的驱动器：配用大干工作电流的驱动器、在需要低振动或高精度时配用细分型驱动器、对于大转矩电机配用高电压型驱动器，以获得良好的高速性能：在电机实际使用转速通常较高且对精度和平稳性要求不高的场合，不必选择高细分数驱动器，以便节约成本：在电机实际使用转速通常很低的条件下，应选用较大细分数，以确保运转平滑，减少振动和噪音：总之，在选择细分数时，应综合考虑电机的实际运转速度、负载力矩范围、减速器设置情况、精度要求、振动和噪音要求等。

３－２伺服电机在造型时的要点

３．２．１负载，电机惯量比正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能前提，此点在要求高速高精度的系统上表现尤为突出，伺服系统参数的高速跟惯量比有很大关系，若负载电机惯量比过大，伺服参数调整越趋边缘化，也越难高速，振动抑制能力也越差，所以控制易变得不稳定；在没有自适应调整的情况下，伺服系统的默认参数在１～３倍负载电机惯量比下，系统会达到最佳工作状态，这样，就有了负载电机惯量比的问题，也就是我们一般所说的惯量匹配，如果电机惯量和负载惯量不匹配，就会出现电机惯量和负载惯量之间动量传递时发生较大的冲击。

３．２．２选择转速电机选择首先应依据机械系统的快速行程速度来计算，快速行程的电机转速应严格控制在电机的额定转速之内，并应在接近电机的额定转速的范围使用，以有效利用伺服电机的功率；额定转速、最大转速、允许瞬间转速之间的关系为：允许瞬间转速＞最大转速＞额定转速。伺服电机工作在最低转速和额定转速之间时为恒转矩调速，工作在额定转速和最大转速之间时为恒功率调速；在运行过程中，恒转矩范围内在转矩是负载的转矩决定；恒功率范围内的功率是负载的功率决定：恒功率调速是指电机低速时输出转矩大，高速时输出转矩小，即输出功率是恒定的：恒转矩调速是指电机高速、低速输出转矩一样大，即高速时输出功率大，低速时输出功率小。

３．２．３选择转矩伺服电机的额定转矩必须满足实际需要，但是不需要留有过多的余量，因为一般情况下，其最大转矩为额定转矩的３倍。需要注意的是，连续工作的负载转矩≤伺服电机的额定转矩，机械

动角度的，一个脉冲对应一个步距角。伺服电机是通过控制脉冲时间的长短控制转动角度的。

２．２所需的工作设备和工作流程不同步进电机所需的供电电源（所需电压由驱动器参数给出），一个脉冲发生器（现在多半是用板块），一个步进电机，一个驱动器（驱动器设定步距角角度，如设定步距角为０．４５。，这时，给一个脉冲，电机走０．４５。）；其工作流程为步进电机工作一般需要两个脉冲：信号脉冲和方向脉冲。伺服电机所需的供电电源是一个开关（继电器开关或继电器板卡），一个伺服电机；其工作流程就是一个电源连接开关，再连接伺服电机。

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