電機(jī)選擇與應(yīng)用指南：伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)之間的權(quán)衡！
伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)械領(lǐng)域中扮演著關(guān)鍵角色，它們?yōu)楦鞣N應(yīng)用提供了精確的運(yùn)動(dòng)控制和定位能力。然而，在選擇和應(yīng)用這些電機(jī)系統(tǒng)時(shí)，有許多關(guān)鍵問題需要考慮。本文將深入探討伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的關(guān)鍵問題，以幫助您做出明智的決策，確保您的應(yīng)用能夠達(dá)到所需的性能和效率。
1. 如何正確選擇伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)？
伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的選擇取決于具體的應(yīng)用情況。首先，需要考慮以下因素：
負(fù)載特性： 負(fù)載是水平還是垂直？這將影響電機(jī)的選型，因?yàn)椴煌较虻呢?fù)載需要不同的扭矩和控制策略。
轉(zhuǎn)矩和速度需求： 確定所需的最大轉(zhuǎn)矩和速度范圍，以便選擇適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)型號(hào)。
精度要求： 應(yīng)用需要多高的定位精度？這將影響您選擇的電機(jī)類型和控制系統(tǒng)。
加減速度： 如果應(yīng)用需要快速的加減速，電機(jī)系統(tǒng)必須能夠提供相應(yīng)的性能。
上位控制要求： 考慮您的應(yīng)用是否需要特定的接口和通訊協(xié)議。
主要控制方式： 確定是位置控制、轉(zhuǎn)矩控制還是速度控制更適合您的應(yīng)用。
供電電源類型： 確定是需要直流還是交流電源，或者是電池供電，以選擇適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)和驅(qū)動(dòng)器。
綜合考慮這些因素，您可以選擇適合您應(yīng)用的伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)。
2. 選擇步進(jìn)電機(jī)還是伺服電機(jī)系統(tǒng)？
步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)系統(tǒng)各有其特點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)適用于一些低成本、中小負(fù)載、相對(duì)簡單的應(yīng)用，而伺服電機(jī)系統(tǒng)則更適用于需要高精度、高速度和更復(fù)雜控制的應(yīng)用。選擇取決于您的應(yīng)用需求。
3. 如何配用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器？
要正確配用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，首先需要確定電機(jī)的電流，并選擇一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，其額定電流大于或等于電機(jī)的電流。如果需要低振動(dòng)或高精度，可以考慮使用細(xì)分型驅(qū)動(dòng)器。對(duì)于大轉(zhuǎn)矩電機(jī)，最好選擇高電壓型驅(qū)動(dòng)器，以獲得更好的高速性能。
4. 2相和5相步進(jìn)電機(jī)有何區(qū)別，如何選擇？
2相步進(jìn)電機(jī)成本較低，但在低速時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生較大的震動(dòng)，高速時(shí)的力矩下降較快。5相步進(jìn)電機(jī)振動(dòng)較小，高速性能更好，通常比2相步進(jìn)電機(jī)的速度高30~50%，在某些應(yīng)用中可以取代伺服電機(jī)。
5. 何時(shí)選用直流伺服系統(tǒng)，它和交流伺服有何區(qū)別？
直流伺服系統(tǒng)可以分為有刷和無刷電機(jī)。有刷電機(jī)適用于成本敏感的工業(yè)和民用應(yīng)用，但需要維護(hù)，并可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生電磁干擾。無刷電機(jī)則具有體積小、重量輕、高速度、高效率等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種環(huán)境和需要高性能的應(yīng)用。交流伺服電機(jī)一般使用無刷電機(jī)，特點(diǎn)是功率范圍大，適合低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。
6. 使用電機(jī)時(shí)要注意的問題？
在上電運(yùn)行前，應(yīng)注意以下問題：
確保電源電壓適當(dāng)，以避免損壞驅(qū)動(dòng)模塊。
對(duì)于直流電源，確保正負(fù)極性正確連接。
檢查控制信號(hào)線的連接，考慮屏蔽問題。
初始運(yùn)行時(shí)，只連接最基本的系統(tǒng)，確保電機(jī)運(yùn)行正常后再逐步連接其他部分。
注意接地方法，可以選擇浮空不接地。
初次運(yùn)行后，密切觀察電機(jī)的狀態(tài)，包括運(yùn)動(dòng)是否正常、聲音和溫升情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并停機(jī)調(diào)整。
7. 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)失步的問題
步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)動(dòng)一下就不動(dòng)了或原地來回動(dòng)，以及失步的情況。這可能由以下原因引起：
電機(jī)力矩不足：選擇電機(jī)時(shí)，確保其扭矩比實(shí)際需要大50%~100%。
控制信號(hào)不足：檢查上位控制器的輸出電流是否足夠，以保證光耦穩(wěn)定導(dǎo)通。
啟動(dòng)頻率設(shè)置不合理：在啟動(dòng)程序中，從電機(jī)規(guī)定的啟動(dòng)頻率內(nèi)逐步加速到設(shè)定頻率，以避免不穩(wěn)定情況。
電機(jī)未固定好：電機(jī)必須牢固固定，否則會(huì)引起共振而導(dǎo)致失步狀態(tài)。
5相電機(jī)相位接錯(cuò)：如果使用5相電機(jī)，確保相位正確連接，否則電機(jī)無法正常工作。
8. 通過通訊方式直接控制伺服電機(jī)
雖然可以通過通訊方式直接控制伺服電機(jī)，但這適用于對(duì)響應(yīng)速度要求不太高的應(yīng)用。對(duì)于需要快速響應(yīng)和高精度控制參數(shù)的應(yīng)用，建議使用伺服運(yùn)動(dòng)控制卡，因?yàn)樗哂懈咚俚倪壿嬏幚黼娐?，可?shí)現(xiàn)高速高精度的運(yùn)動(dòng)控制，例如S加速和多軸插補(bǔ)等功能。這些控制卡通常具備更多的處理能力和接口選項(xiàng)，以滿足復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)控制需求。
9. 使用開關(guān)電源供電步進(jìn)和直流電機(jī)系統(tǒng)
一般情況下，不建議使用開關(guān)電源供電步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)系統(tǒng)，尤其是對(duì)于大力矩電機(jī)。開關(guān)電源在應(yīng)對(duì)電機(jī)工作時(shí)的瞬時(shí)高電壓方面性能較差，這可能會(huì)導(dǎo)致電源關(guān)閉以保護(hù)電路，甚至可能損壞驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)。建議使用常規(guī)的環(huán)形或R型變壓器來提供直流電源，這可以確保電機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定供電。
10. 使用±10V或4~20mA的直流電壓控制步進(jìn)電機(jī)
可以使用±10V或4~20mA的直流電壓來控制步進(jìn)電機(jī)，但需要額外的轉(zhuǎn)換模塊來將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換為步進(jìn)電機(jī)可接受的脈沖信號(hào)。這種控制方式通常用于需要模擬控制的應(yīng)用，但需要確保轉(zhuǎn)換模塊的性能和兼容性。
11. 帶編碼器反饋的伺服電機(jī)可以使用只帶測速機(jī)口的伺服驅(qū)動(dòng)器控制
是的，可以使用只帶測速機(jī)口的伺服驅(qū)動(dòng)器來控制帶編碼器反饋的伺服電機(jī)。為此，您需要配備一個(gè)編碼器轉(zhuǎn)測速機(jī)信號(hào)模塊，以確保伺服驅(qū)動(dòng)器能夠正確讀取和處理編碼器反饋信號(hào)。
12. 伺服電機(jī)的碼盤部分是否可以拆開檢修？
不建議拆開伺服電機(jī)的碼盤部分。碼盤內(nèi)部的石英片非常脆弱，容易破裂，而且一旦灰塵進(jìn)入，將影響壽命和精度。對(duì)于碼盤的檢修和維護(hù)，最好由專業(yè)人員進(jìn)行，以確保電機(jī)的正常運(yùn)行和長期可靠性。
13. 步進(jìn)和伺服電機(jī)可以拆開檢修或改裝嗎？
一般不建議用戶自行拆開步進(jìn)和伺服電機(jī)進(jìn)行檢修或改裝。這是因?yàn)椴痖_后很難準(zhǔn)確地重新安裝電機(jī)，電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和磁鋼材料可能會(huì)受到破壞，導(dǎo)致電機(jī)力矩顯著下降。為了確保電機(jī)的性能和壽命，最好將維護(hù)和修復(fù)工作委托給專業(yè)廠家或技術(shù)人員。
14. 伺服控制器是否能夠感知外部負(fù)載的變化？
伺服控制器通常具有一定的負(fù)載感知能力。它可以在遇到設(shè)定的阻力時(shí)停止、返回或保持一定的推力跟進(jìn)。這意味著伺服系統(tǒng)能夠感知外部負(fù)載的變化，并作出相應(yīng)的調(diào)整，以確保運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和可靠性。
15. 可以將國產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)器或電機(jī)和國外優(yōu)質(zhì)的電機(jī)或驅(qū)動(dòng)器配用嗎？
原則上可以將國產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)器或電機(jī)與國外優(yōu)質(zhì)的電機(jī)或驅(qū)動(dòng)器配用，但在進(jìn)行選擇時(shí)需要詳細(xì)了解電機(jī)的技術(shù)參數(shù)。不同電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器之間可能存在一些兼容性和性能差異，因此最好在選擇前咨詢供應(yīng)商或?qū)I(yè)人員，以確保它們可以正常配合運(yùn)行。
16. 使用大于額定電壓值的直流電源電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)是否安全？
通常情況下，使用大于電機(jī)額定電壓的直流電源電壓來驅(qū)動(dòng)電機(jī)是安全的，前提是電機(jī)在設(shè)定的速度和電流極限值內(nèi)運(yùn)行。電機(jī)的速度與電源電壓成正比，因此選擇特定的電源電壓不會(huì)導(dǎo)致過速。但需要確保電機(jī)符合驅(qū)動(dòng)器的最小電感系數(shù)要求，并且所設(shè)定的電流極限值小于或等于電機(jī)的額定電流。
事實(shí)上，如果您能確保在設(shè)計(jì)中讓電機(jī)以較低的電壓（因此較低的速度）運(yùn)行，這是有益的。低電壓運(yùn)行可以降低電機(jī)的電刷磨損，減少電流消耗，延長電機(jī)壽命。然而，需要權(quán)衡電機(jī)大小和性能需求，因?yàn)檫^度驅(qū)動(dòng)電機(jī)可能會(huì)減少產(chǎn)品的使用壽命。
17. 如何選擇適當(dāng)?shù)墓╇婋娫矗?/p>
為應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)墓╇婋娫葱枰紤]幾個(gè)關(guān)鍵因素：
電源電壓：推薦選擇電源電壓值比應(yīng)用的最大需求電壓高10%~50%。這個(gè)百分比取決于電機(jī)的參數(shù)和系統(tǒng)內(nèi)的電壓降。
驅(qū)動(dòng)器的電流：確保電源電壓足夠傳送應(yīng)用所需的電流。需要計(jì)算應(yīng)用的所有功率需求，然后增加5%以確定所需的電流值。
不同應(yīng)用的電源需求各不相同，因此在選擇供電電源時(shí)要謹(jǐn)慎考慮所有因素，以滿足應(yīng)用的電源要求。
18. 伺服驅(qū)動(dòng)器的工作方式選擇
伺服驅(qū)動(dòng)器通常提供不同的工作模式，如位置模式、速度模式和轉(zhuǎn)矩模式。選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ髂Ｊ饺Q于應(yīng)用的需求。不同的模式適用于不同類型的運(yùn)動(dòng)控制任務(wù)。例如，如果需要精確的位置控制，可以選擇位置模式；如果需要恒定的速度控制，可以選擇速度模式；如果需要精確的力矩控制，可以選擇轉(zhuǎn)矩模式。
19. 驅(qū)動(dòng)器和系統(tǒng)的接地
在處理驅(qū)動(dòng)器和系統(tǒng)的接地時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：
如果沒有隔離電源和驅(qū)動(dòng)器的直流總線，不要將直流總線的非隔離端口或非隔離信號(hào)的地連接到地。這可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞和人員傷害，因?yàn)橹绷骺偩€地和大地之間可能存在很高的電壓差。
多數(shù)伺服系統(tǒng)中，所有的公共地和大地在信號(hào)端是接在一起的。這可能會(huì)導(dǎo)致地回路受到噪音影響，產(chǎn)生流到不同參考點(diǎn)的地電流。為了保持命令參考電壓的恒定，需要將驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)地連接到控制器的信號(hào)地，以確保電路的正常運(yùn)行。
屏蔽層的接地是一個(gè)復(fù)雜的問題。屏蔽層應(yīng)該在其電路內(nèi)部的參考電位點(diǎn)上接地，以防止地電流流過屏蔽層，從而減少噪音影響。
20. 為什么減速器不能與電機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩點(diǎn)上完全匹配？
減速器通常不能與電機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩點(diǎn)上完全匹配，因?yàn)殡姍C(jī)產(chǎn)生的最大連續(xù)轉(zhuǎn)矩要考慮到很多因素。如果每個(gè)減速器都被設(shè)計(jì)為匹配其轉(zhuǎn)矩，那么減速器內(nèi)部的齒輪組合將非常復(fù)雜，這將增加產(chǎn)品的體積和材料成本。為了保持產(chǎn)品的高性能和小體積，通常會(huì)選擇減速比，以使電機(jī)在減速器輸出軸上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩，而不必過分復(fù)雜化減速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
21. 如何選擇電動(dòng)缸、滑臺(tái)和精密平臺(tái)類產(chǎn)品？
選擇電動(dòng)缸、滑臺(tái)和精密平臺(tái)類產(chǎn)品時(shí)，關(guān)鍵是根據(jù)應(yīng)用的運(yùn)動(dòng)參數(shù)要求來確定具體的技術(shù)條件。這些參數(shù)必須滿足實(shí)際需要，既要滿足應(yīng)用要求，又不要過高，以免增加成本。例如，如果0.1mm的精度足夠用，就不需要選擇0.01mm的參數(shù)。同樣，負(fù)載能力、速度等參數(shù)也需要根據(jù)應(yīng)用需求來選擇。
另一個(gè)選擇建議是不要同時(shí)要求推拉力或負(fù)重、速度和定位精度這三個(gè)主要參數(shù)都非常高。致動(dòng)執(zhí)行器是高精度的機(jī)電一體化產(chǎn)品，需要從多個(gè)方面考慮和選擇，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣性能、材料特性、材質(zhì)和處理方法等。因此，在選擇產(chǎn)品時(shí)，要綜合考慮所有因素，以確保滿足應(yīng)用的整體運(yùn)動(dòng)參數(shù)需求。
總結(jié)而言，伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的選擇，驅(qū)動(dòng)器的配置，以及伺服系統(tǒng)的維護(hù)和調(diào)試都需要謹(jǐn)慎考慮，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。不同的應(yīng)用將需要不同的配置和解決方案，因此在選擇和使用伺服系統(tǒng)時(shí)，最好咨詢專業(yè)的工程師和供應(yīng)商，以確保系統(tǒng)的順利運(yùn)行和最佳性能。
