伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)在應(yīng)用于精密機(jī)床的區(qū)別
? ? ? ?我國(guó)在精密機(jī)床和機(jī)器人兩大方面落后日德的現(xiàn)狀,高端伺服電機(jī)不能國(guó)產(chǎn)之殤,也是國(guó)人的心病之一。伺服電機(jī)在功能和結(jié)構(gòu)上與步進(jìn)電機(jī)很相似,但是二者在性能上有非常大的差異。
步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖
伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)圖
首先, 伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)控制的精度不同
? ? ? ?兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為 1.8°、0.9°,五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72°、0.36°。而交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證,對(duì)于帶17位編碼器的電機(jī)而言,驅(qū)動(dòng)器每接收131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈,即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=0.0027466°,是步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。
第二, 伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的低頻特性不同
? ? ? ?步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象,步進(jìn)電機(jī)的工作原理決定了低頻振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利,步進(jìn)電機(jī)存在固定的共振點(diǎn),很多步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)自動(dòng)計(jì)算其振點(diǎn),以調(diào)整控制算法來(lái)達(dá)到抑制其振的目的。
? ? ? ?交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn),即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能,可彌補(bǔ)機(jī)械的剛性不足,并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能(FFT),可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn),便于系統(tǒng)調(diào)整。
? ? ? ?伺服系統(tǒng)的振動(dòng)抑制功能包含共振抑制及阻尼減振兩個(gè)部分。
共振抑制
阻尼減振
第三,伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)矩頻特性不同
? ? ? ?步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降,且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降,所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300~600RPM。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出,即在其額定轉(zhuǎn)速(一般為2000RPM或3000RPM)以內(nèi),都能輸出額定轉(zhuǎn)矩,在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。
相同尺寸下的伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的速度力矩特性比較
第四,伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)過(guò)載能力不同
? ? ? ?步進(jìn)電機(jī)一般不具有過(guò)載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過(guò)載能力。以M2交流伺服系統(tǒng)為例,它具有速度過(guò)載和轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的二到三倍,可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。
第五,伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行性能不同
? ? ? ?步進(jìn)電機(jī)的控制為開(kāi)環(huán)控制,啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大易出現(xiàn)失步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高易出現(xiàn)過(guò)沖的現(xiàn)象,所以為保證其控制精度,應(yīng)處理好升、降速問(wèn)題。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制,驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣,內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán),一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的失步或過(guò)沖的現(xiàn)象,控制性能更為可靠。
第六,伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)速度響應(yīng)性能不同
? ? ? ?步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速(一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn))需要200~400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好,以鳴志400W交流伺服電機(jī)為例,從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒,可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合。
? ? ? ?在一些要求非常高的場(chǎng)合,必須采用性能遠(yuǎn)高于步進(jìn)電機(jī)的伺服電機(jī)。我國(guó)雖然具有世界上最全的工業(yè)門(mén)類,但是大部分處于“豪放派”領(lǐng)域,對(duì)于高端產(chǎn)品的積累還有很大的差距。