步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī),不同于三相異步電機(jī),它們的主要作用是用作定位。也就是精確的確定工件的位置。步進(jìn)電機(jī) 和伺服電機(jī)的選型,必須有電氣人員和結(jié)構(gòu)人員以及工藝人員共同確定。由于伺服電機(jī)比步進(jìn)電機(jī)價(jià)格、性能都要高,因此,必須根據(jù)實(shí)際的機(jī)械結(jié)構(gòu),工藝數(shù)據(jù)以及控制系統(tǒng),選擇性價(jià)比最高的方案。也就是,在滿足需求的前提下,在保證可靠的情況下,降低成本。
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1、根據(jù)軸數(shù)確定
這是選擇步進(jìn)還是伺服的最基本原則,也是最容易被忽略的。對于伺服來說,由脈沖和通信兩種控制方式,而步進(jìn)只有脈沖控制方式。因此,當(dāng)控制軸數(shù)很多時(shí),盡量選擇伺服,采用通信控制,這樣,無論是前期施工,還是后期維護(hù)都非常方便。一般四軸,最多六軸以內(nèi),都采用脈沖控制。而且現(xiàn)在PLC基本都標(biāo)配四軸高速輸出,比如三菱FX5U,西門子S7-1200,歐姆龍CP1H等等。
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2、根據(jù)節(jié)拍確定
該因素是關(guān)鍵,由于伺服和步進(jìn)的自身特點(diǎn),導(dǎo)致它們在應(yīng)用上的差異。步進(jìn)的加速時(shí)間在0.3到0.5秒之間,而伺服的加速時(shí)間只有幾毫秒。這些時(shí)間差異對于人類來說,幾乎沒區(qū)別,但對自動化設(shè)備來說確實(shí)至關(guān)重要。它對設(shè)備的整體節(jié)拍,有著至關(guān)重要的影響。小功率的日系伺服,額定轉(zhuǎn)速3000r/min,中大功率的伺服,額定轉(zhuǎn)速在1500到2000r/min。而極小慣量的歐系伺服,其額定轉(zhuǎn)速可以到達(dá)5000r/min,甚至9000r/min。而步進(jìn)一般在500r/min左右。再加上機(jī)械結(jié)構(gòu)的影響,所以,選擇步進(jìn)還是伺服,直接決定了設(shè)備的節(jié)拍。
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3、根據(jù)控制精度確定
步進(jìn)電機(jī)的步距角是重要的因素,它直接決定了步進(jìn)電機(jī)的精度。比如步距角0.18度的步進(jìn)電機(jī),給定一個(gè)脈沖,它就前進(jìn)0.18度。這就是它所能達(dá)到的最低精度。因?yàn)椴豢赡苡邪雮(gè)脈沖。但是,步進(jìn)都支持細(xì)分,采用各種算法,讓它的精度編程0.018度或是其它數(shù)值,但是不能無限制細(xì)分。而伺服電機(jī)的精度,是由它的編碼器決定的。比如,現(xiàn)在主流的日系伺服,其編碼器是21位,甚至22位。21位,也就是編碼器的精度2^21,把360度等分成2097152份,精度已經(jīng)相當(dāng)高了。這些,僅僅是電機(jī)能達(dá)到的精度,還要考慮機(jī)械的精度,比如減速機(jī)的反向間隙,絲杠的安裝和加工精度等等。一般說來,無論是步進(jìn)還是伺服,都能實(shí)現(xiàn)0.1毫米的實(shí)際精度。
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4、根據(jù)使用場合確定
主要是在一些特殊場合,由于步進(jìn)電機(jī)可以做的更小,在一些空間狹窄的場合,需要使用步進(jìn)電機(jī)。伺服電機(jī)最小的為200W,個(gè)別品牌有100W的產(chǎn)品,雖然體積比較小,但是在相同扭矩輸出下,步進(jìn)電機(jī)可以做的更小。由于步進(jìn)和伺服的差異,一般說來,伺服電機(jī)輸出端都是增加減速機(jī)構(gòu),而步進(jìn)電機(jī)一般是直接輸出。
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5、根據(jù)預(yù)算
相對于伺服電機(jī)來說,步進(jìn)電機(jī)價(jià)格低廉,因此在滿足需求的前提下,應(yīng)該盡可能使用步進(jìn)。當(dāng)然,如果一味追求價(jià)格,而忽視需求,那么,選用步進(jìn)節(jié)省的成本,還不夠現(xiàn)場出問題的各種費(fèi)用。
步進(jìn)電機(jī)知識擴(kuò)展:步進(jìn)電機(jī)的相數(shù):是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù),目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同,其步距角也不同,一般二相電機(jī)的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72° 。
保持轉(zhuǎn)矩:是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動時(shí),定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一,通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。
相數(shù):產(chǎn)生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數(shù),是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù),目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同,其步距角也不同,一般二相電機(jī)的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72° 。在沒有細(xì)分驅(qū)動器時(shí),用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動器,則‘相數(shù)’將變得沒有意義,用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù),就可以改變步距角。目前應(yīng)用最廣泛的是兩相和四相,四相電機(jī)一般用作兩相,五相的成本較高。
拍數(shù):完成一個(gè)磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示,或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù),以四相電機(jī)為例,有四相四拍運(yùn)行方式即AB-BC-CD-DA-AB,四相八拍運(yùn)行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.
固有步距角:對應(yīng)一個(gè)脈沖信號,電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。θ=360度(轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運(yùn)行拍數(shù)),以常規(guī)二、四相,轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360度/(50*4)=1.8度(俗稱整步),八拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360度/(50*8)=0.9度(俗稱半步)。這個(gè)步距角可以稱之為‘電機(jī)固有步距角’,它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角,真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。
定位轉(zhuǎn)矩(DETENT TORQUE):電機(jī)在不通電狀態(tài)下,電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩(由磁場齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的),DETENT TORQUE 在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式,容易使大家產(chǎn)生誤解;由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料,所以它沒有DETENT TORQUE。
最大靜轉(zhuǎn)矩:也叫保持轉(zhuǎn)矩(HOLDING TORQUE),電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下(通電),電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩,即定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積(幾何尺寸)的標(biāo)準(zhǔn),與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減,輸出功率也隨速度的增大而變化,所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如,當(dāng)人們說2N.m的步進(jìn)電機(jī),在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。