伺服和高压母线电机高速伺服电机( 二 ) _小知识

何时使用步进电机与伺服电机

对于运动控制应用，每个行程路径称为轴，可以是旋转的或线性的。有时像机器人、定位设备和印刷机这样复杂的设备会有很多轴，彼此之间必须紧密配合。在这些情况下，由带有内置路径规划器的专用运动控制器操作的伺服系统通常是最佳选择。

对于许多单轴应用，步进电机具有更好的性价比。步进电机还有其它独特的功能，这些功能对某些应用很有帮助，例如：
? 零速度下无抖动；
? 具有降低空载电流的选项，可在驱动器处于静止状态且不受重力或其它力的情况下节省能源并减少发热。

步进电机由驱动器产生的脉冲串驱动。通常情况下，电机旋转 360 度，对应 200 步，因此每个完整步代表 1.8 度旋转。大多数用户选择更精细的步进模式（称为微步进），例如半步、四分之一步等（图 2）。

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▎图 2 ：微步（绿色）与完整步（蓝色）实现的最终位置相同，但微步需要更高频的指令来平滑运动操作。

微步进可以提供更平滑的操作，但由于微步进模式更精细，因此控制器所需的最大脉冲频率也更高，从而需要一些权衡。步进扭矩会随着电机速度的增加而下降，因此可用速度必须与机械运动传输要求匹配。

标准步进系统没有内置正闭环反馈，因此有必要在设计中规定归位和位置验证，以确定步进电机是否已停转或失去同步。这需要一些编程工作、设计考虑，并且有可能花费操作时间。正如在读取负载之前必须将称重秤归零一样，步进系统必须经过归位程序才能为未来的移动建立位置基线。归位必须在调试或上电期间执行，并且可以在运行期间定期重复执行。

位置验证类似于归位，但更多的是在运行期间进行快速检查，以确认位置是否符合预期。它可以周期性地执行，但在最严格的应用中可能每个周期都需要验证一次或多次。

将设备驱动到由位置开关监控的已知位置，可以实现归位和位置验证。也可以在步进电机或驱动设备上安装增量或绝对编码器来监控运动，这是用于位置验证的伪闭环方法。

无论是采用伺服系统还是步进系统，通常都使用控制器来命令电机旋转。以下是一些典型的运动控制类型，按复杂性递增的顺序排列：
1. 匀速旋转；
2. 旋转一定度数后停止；
【伺服和高压母线电机高速伺服电机】3. 从一个速度加速到另一个速度（线性或 S 曲线）；
4. 从停止位置加速到一定速度，转动一定度数后减速至零速度（梯形运动）；
5. 匹配外部编码器（齿轮）的速度；
6. 遵循凸轮曲线（遵循基于外部编码器输入的复杂运动曲线）。

基础的步进驱动器并不是智能的，因为它们只能接收控制器的脉冲序列指令，然后将其放大以提供电机所需的脉冲电压。一些步进驱动器确实包含控制器，但通常使用外部控制器，如具有高速数字输出的 PLC 或 PC 。由于很多自动化机器已经使用 PLC，因此与高速离散输出卡和步进驱动器一起使用的 PLC, 对单轴控制更有吸引力。

功率更大的步进电机系统

传统的步进电机驱动器必须由低电平直流电压（12V、24V 等）供电，但较新的设计可以由 120/230V 交流供电，因此具有更高的母线电压（图 3）。这使兼容电机能够在比标准步进电机更高的速度下实现更高的扭矩。

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▎图 3 ：传统的直流步进系统需要单独的电源；高总线电压的步进系统，使兼容的步进电机能够实现更高的扭矩和速度，因此它们可以在更多的应用中工作。

市场上已经有满足 NEMA 标准规格的多种步进电机可供选择，并且结构紧凑，便于机器设计。由于步进电机没有其它电机那样的过载能力，因此在根据经验确定步进电机和驱动器的规格时，应使预期负载仅占可用扭矩的 50% 左右，以避免潜在的停转情况。设计人员还必须考虑步进器的速度限制。查看步进电机的速度 - 扭矩曲线，以确定电机是否能够在应用所需的速度下提供足够的扭矩。

大多数设计人员都熟悉使用交流感应和直流电机进行基本的设备运动控制，并且知道伺服电机是机器人等要求苛刻的运动控制应用的高性能解决方案。对于需要精确单轴或简单多轴运动的应用，步进电机系统可以提供可靠的运动控制，且成本仅为伺服系统的 25% 。最新的高母线电压步进器硬件具有更好的扭矩特性，从而使步进器可以适合更多应用场景。设计人员应与步进电机供应商合作，以评估更适合的选项。

伺服和高压母线电机 高速伺服电机( 二 )

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