步進(jìn)電機(jī)VS伺服電機(jī)的工作原理-詳細(xì)版

更新時(shí)間：2023-03-06

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步進(jìn)電機(jī)VS伺服電機(jī)的工作原理-詳細(xì)版

作為電機(jī)市場(chǎng)的兩大組合運用，伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)一直都在各自的適用領(lǐng)域發(fā)光發(fā)熱就此掀開，也因?yàn)槠涓饔写呵锒恢北挥懻摫容^☆I域，F(xiàn)在就讓我們從原理和驅(qū)動(dòng)器原理入手，講解下伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)之間究竟有哪些區(qū)別體製。

步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)原理

步進(jìn)電機(jī)作為控制用的特種電機(jī)，是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有重要意義。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)適應性，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角")組織了，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的步進(jìn)角度一步一步運(yùn)行的充足。

可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的表現；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度異常狀況，從而達(dá)到調(diào)速的目的，改變繞組的通電順序導向作用，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)蓬勃發展。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

步進(jìn)電機(jī)需要使用專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)作用，驅(qū)動(dòng)器由脈沖發(fā)生控制單元重要意義、功率驅(qū)動(dòng)單元、保護(hù)單元等組成應用的選擇。功率驅(qū)動(dòng)單元將脈沖發(fā)生控制單元生成的脈沖放大效率，與步進(jìn)電機(jī)直接耦合，屬于步進(jìn)電機(jī)與微控制器的功率接口逐漸顯現。

控制指令單元十大行動，接收脈沖與方向信號(hào)，對(duì)應(yīng)的脈沖發(fā)生控制單元對(duì)應(yīng)生成一組相應(yīng)相數(shù)的脈沖著力增加，經(jīng)過(guò)功率驅(qū)動(dòng)單元后送到步進(jìn)電機(jī)完成的事情，步進(jìn)電機(jī)在對(duì)應(yīng)方向上轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。驅(qū)動(dòng)器的脈沖給定方式?jīng)Q定了步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行方式為產業發展，如下：

（1）m相單m拍運(yùn)行研究成果；

（2）m相雙m拍運(yùn)行；

（3）m相單穩定、雙m拍運(yùn)行機製性梗阻；

（4）細(xì)分驅(qū)動(dòng)齊全，需要驅(qū)動(dòng)器給出不同幅值的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

步進(jìn)電機(jī)有一些重要的技術(shù)數(shù)據(jù)改造層面，如靜轉(zhuǎn)矩機製、起動(dòng)頻率、運(yùn)行頻率等大面積。一般來(lái)說(shuō)步距角越小發力，電機(jī)靜轉(zhuǎn)矩越大，則起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率越高生產效率，所以運(yùn)行方式中強(qiáng)調(diào)了細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)反應能力，該方式提高了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和分辨率，消除了電機(jī)的低頻振蕩競爭激烈。所以細(xì)分驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)性能優(yōu)與其他類型驅(qū)動(dòng)器投入力度。

伺服電機(jī)

伺服電機(jī)原理

伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中學習，用作執(zhí)行元件技術，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類。

伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖結構重塑，就會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移空白區，因?yàn)樨暙I法治，伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度應用優勢，都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖相對較高，這樣，和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了閉環(huán)發展需要，系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)創新內容，同時(shí)又收了多少脈沖回來(lái)，這樣舉行，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位。

在性能上比較習慣，交流伺服電機(jī)要優(yōu)于直流伺服電機(jī)記得牢，交流伺服電機(jī)采用正弦波控制，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小覆蓋，容量可以比較大服務體系。直流伺服電機(jī)采用梯形波控制，相對(duì)差一些不可缺少。直流伺服電機(jī)中無(wú)刷伺服電機(jī)比有刷伺服電機(jī)要性能要好系列。

伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵明確相關要求，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)方案，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器特點，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度統籌發展。

有刷直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器：電動(dòng)機(jī)的工作原理和普通的直流電機(jī)相同品質，驅(qū)動(dòng)器為三閉環(huán)結(jié)構(gòu)，從內(nèi)到外分別為電流環(huán)慢體驗、速度環(huán)深化涉外、位置環(huán)。電流環(huán)的輸出控制電機(jī)的電樞電壓左右，電流環(huán)的輸入為速度環(huán)PID的輸出又進了一步，速度環(huán)的輸入為位置環(huán)的PID輸出，位置環(huán)的輸入即是給定輸入生產製造。

無(wú)刷直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器：供電電源為直流拓展基地，經(jīng)過(guò)內(nèi)部的三相逆變器逆變成U/V/W的交流電，供給電動(dòng)機(jī)多元化服務體系，驅(qū)動(dòng)器同樣采用三閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)（電流環(huán)處理、速度環(huán)、位置環(huán)）實力增強，驅(qū)動(dòng)控制原理同上自然條件。

交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器：大體可以劃分為功能比較獨(dú)立的功率板和控制板兩個(gè)模塊，控制板通過(guò)相應(yīng)的算法輸出PWM信號(hào)，作為驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)全過程，來(lái)改逆變器的輸出功率，以達(dá)到控制三相永磁式同步交流伺服電機(jī)的目的可能性更大。

功率驅(qū)動(dòng)單元首先通過(guò)三相全橋整流電路對(duì)輸入的三相電或者市電進(jìn)行整流鍛造，得到相應(yīng)的直流電新體系。經(jīng)過(guò)整流好的三相電或市電使命責任，再通過(guò)三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來(lái)驅(qū)動(dòng)三相永磁式同步交流伺服電機(jī)，簡(jiǎn)單的說(shuō)是AC-DC-AC的變流過(guò)程搖籃。

控制單元是整個(gè)交流伺服系統(tǒng)的核心持續創新，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)位置控制、速度控制使用、轉(zhuǎn)矩和電流控制分析。

性能比較

控制精度：步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和拍數(shù)越多，它的精確度就越高不難發現，伺服電機(jī)取塊于自帶的編碼器合規意識，編碼器的刻度越多聽得懂，精度就越高；

低頻特性：步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象協調機製，當(dāng)它工作在低速時(shí)一般采用阻尼技術(shù)或細(xì)分技術(shù)來(lái)克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象設備製造，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)象高質量發展；

矩頻特性：步進(jìn)電機(jī)輸出力矩隨轉(zhuǎn)速的升高而下降資源配置，高速時(shí)會(huì)急劇下降，伺服電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速內(nèi)為恒力矩輸出攻堅克難，在額定轉(zhuǎn)速上為恒功率輸出機遇與挑戰；

過(guò)載能力：步進(jìn)電機(jī)不具備過(guò)載能力，伺服電機(jī)有較強(qiáng)的過(guò)載能力相關；

運(yùn)行性能：步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制取得明顯成效，啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大易丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過(guò)高易出現(xiàn)過(guò)沖現(xiàn)象影響力範圍，交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制相互融合，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)生動，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過(guò)沖的現(xiàn)象提單產，控制性能更為可靠；

速度響應(yīng)性能：步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速需要上百毫秒綠色化，而交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好作用，一般只需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合問題。

市場(chǎng)狀況

首先來(lái)看看了部分公司伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展情況應用的選擇。

江西特種電機(jī)股份有限公司《2017年半年度報(bào)告》顯示報(bào)告期內(nèi)，該改公司伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)收入實(shí)現(xiàn)50%以上的增長(zhǎng)逐漸顯現，機(jī)電產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐不斷加快。杭州米格電機(jī)收入和利潤(rùn)的快速增長(zhǎng)重要性，伺服電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)逐步擴(kuò)大著力增加，機(jī)電產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型步伐加快。下半年系統穩定性，新能源汽車預(yù)計(jì)將進(jìn)入產(chǎn)銷旺季背景下、重大合同逐步交付，伺服電機(jī)科技實力、步進(jìn)電機(jī)保持快速增長(zhǎng)開展試點。

運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域制造商鳴志電器在步進(jìn)電機(jī)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模未來(lái)將保持10%左右的增速；公司掌握控制電機(jī)的核心技術(shù)可靠保障，獲得了0.9o步進(jìn)電機(jī)關(guān)鍵技術(shù),未來(lái)將快速拓展醫(yī)療設(shè)備規劃、安防監(jiān)控建設、航空航天、新能源等市場(chǎng)發展。同時(shí)，該公司在伺服系統(tǒng)市場(chǎng)空間廣闊,伺服技術(shù)且已初具規(guī)模。預(yù)計(jì)伺服控制市場(chǎng)2020年將1,000億進一步，CAGR超15%宣講手段。公司步進(jìn)電機(jī)已具備類伺服特性,并逐步往集成控制方向發(fā)展。目前M2交流伺服已成熟,正在開發(fā)下一代M3發行速度。收購(gòu)的AMP掌握先進(jìn)伺服技術(shù),內(nèi)部整合后伺服業(yè)務(wù)正協(xié)同發(fā)展極致用戶體驗。2016年伺服業(yè)務(wù)營(yíng)收2.06億元,同比增43%,收入占比達(dá)14%。

就目前而言積極拓展新的領域，伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的市場(chǎng)都保持了上漲的勢(shì)態(tài)充分發揮。但是關(guān)于電機(jī)市場(chǎng)，向來(lái)就是眾說(shuō)紛云應用。因?yàn)闆](méi)有專業(yè)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)做為支撐解決方案，亦或是其中各個(gè)生產(chǎn)廠家的商業(yè)機(jī)密所在，目前為止的各類電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模的分析推廣開來，基本上處于定性和定量判斷的中間空白區。

有人認(rèn)為根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用方向及市場(chǎng)新變化，特別是近年來(lái)PM步進(jìn)電機(jī)在家電和智能設(shè)備領(lǐng)域的大量應(yīng)用證明密度增加，步進(jìn)電機(jī)在小體積智能化設(shè)備中的應(yīng)用在未來(lái)的10到20年間應用優勢，將是不斷強(qiáng)化之勢(shì)！同時(shí)信息化，從人性化的角度進(jìn)行考量發展需要，大量的便利人類的智能小設(shè)備中，對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的需求也呈現(xiàn)不斷上升趨勢(shì)全方位。

從理論上來(lái)說(shuō)信息，隨著編碼器成本的降低及軟件控制技術(shù)的不斷進(jìn)步，伺服電機(jī)在某些領(lǐng)域?qū)Σ竭M(jìn)電機(jī)的替代是無(wú)可置疑的管理，然而廣泛關註，隨著新應(yīng)用的不斷出現(xiàn)，相反步進(jìn)電機(jī)的市場(chǎng)則在更多領(lǐng)域被證明其強(qiáng)大的生命力的性價(jià)比，故而其市場(chǎng)的規(guī)模方式之一，在未來(lái)10-20年間擴(kuò)張為當(dāng)前規(guī)模的兩到三倍將不會(huì)只是猜測(cè)我有所應！