步進(jìn)電機和交流伺服電機性能比較 

步進(jìn)電機是一種離散運動(dòng)的裝置,它和現代數字控制技術(shù)有著(zhù)本質(zhì)的聯(lián)系.在目前國內的數字控制系統中,步進(jìn)電機的應用十分廣泛.隨著(zhù)全數字式交流伺服系統的出現,交流伺服電機也越來(lái)越多地應用于數字控制系統中.為了適應數字控制的發(fā)展趨勢,運動(dòng)控制系統中大多采用步進(jìn)電機或全數字式交流伺服電機作為執行電動(dòng)機.雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號）,但在使用性能和應用場(chǎng)合上存在著(zhù)較大的差異.現就二者的使用性能作一比較. 

一、控制精度不同 

兩相混合式步進(jìn)電機步距角一般為3.6°、 1.8°,五相混合式步進(jìn)電機步距角一般為0.72 °、0.36°.也有一些高性能的步進(jìn)電機步距角更小.如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機床的步進(jìn)電機,其步距角為0.09°;德國百格拉公司（BERGER LAHR）生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機其步距角可通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機的步距角. 

交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證.以松下全數字式交流伺服電機為例,對于帶標準2500線(xiàn)編碼器的電機而言,由于驅動(dòng)器內部采用了四倍頻技術(shù),其脈沖當量為360°/10000=0.036°.對于帶17位編碼器的電機而言,驅動(dòng)器每接收217=131072個(gè)脈沖電機轉一圈,即其脈沖當量為360°/131072=9.89秒.是步距角為1.8°的步進(jìn)電機的脈沖當量的1/655. 

二、低頻特性不同 

步進(jìn)電機在低速時(shí)易出現低頻振動(dòng)現象.振動(dòng)頻率與負載情況和驅動(dòng)器性能有關(guān),一般認為振動(dòng)頻率為電機空載起跳頻率的一半.這種由步進(jìn)電機的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現象對于機器的正常運轉非常不利.當步進(jìn)電機工作在低速時(shí),一般應采用阻尼技術(shù)來(lái)克服低頻振動(dòng)現象,比如在電機上加阻尼器,或驅動(dòng)器上采用細分技術(shù)等. 

交流伺服電機運轉非常平穩,即使在低速時(shí)也不會(huì )出現振動(dòng)現象.交流伺服系統具有共振抑制功能,可涵蓋機械的剛性不足,并且系統內部具有頻率解析機能（FFT）,可檢測出機械的共振點(diǎn),便于系統調整. 

三、矩頻特性不同 

步進(jìn)電機的輸出力矩隨轉速升高而下降,且在較高轉速時(shí)會(huì )急劇下降,所以其最高工作轉速一般在300～600RPM.交流伺服電機為恒力矩輸出,即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以?xún)?都能輸出額定轉矩,在額定轉速以上為恒功率輸出. 

四、過(guò)載能力不同 

步進(jìn)電機一般不具有過(guò)載能力.交流伺服電機具有較強的過(guò)載能力.以松下交流伺服系統為例,它具有速度過(guò)載和轉矩過(guò)載能力.其最大轉矩為額定轉矩的三倍,可用于克服慣性負載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩.步進(jìn)電機因為沒(méi)有這種過(guò)載能力,在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩,往往需要選取較大轉矩的電機,而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉矩,便出現了力矩浪費的現象. 

五、運行性能不同 

步進(jìn)電機的控制為開(kāi)環(huán)控制,啟動(dòng)頻率過(guò)高或負載過(guò)大易出現丟步或堵轉的現象,停止時(shí)轉速過(guò)高易出現過(guò)沖的現象,所以為保證其控制精度,應處理好升、降速問(wèn)題.交流伺服驅動(dòng)系統為閉環(huán)控制,驅動(dòng)器可直接對電機編碼器反饋信號進(jìn)行采樣,內部構成位置環(huán)和速度環(huán),一般不會(huì )出現步進(jìn)電機的丟步或過(guò)沖的現象,控制性能更為可靠. 

六、速度響應性能不同 

步進(jìn)電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鐘幾百轉）需要200～400毫秒.交流伺服系統的加速性能較好,以松下MSMA 400W交流伺服電機為例,從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒,可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合. 

綜上所述,交流伺服系統在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機.但在一些要求不高的場(chǎng)合也經(jīng)常用步進(jìn)電機來(lái)做執行電動(dòng)機.所以,在控制系統的設計過(guò)程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素,選用適當的控制電機 

直線(xiàn)異步電動(dòng)機的結構主要包括定子、動(dòng)子和直線(xiàn)運動(dòng)的支撐輪三部分.為了保證在行程范圍內定子和動(dòng)子之間具有良好的電磁場(chǎng)耦合,定子和動(dòng)子的鐵心長(cháng)度不等.定子可制成短定子和長(cháng)定子兩種形式.由于長(cháng)定子結構成本高、運行費用高,所以很少采用.直線(xiàn)電動(dòng)機與旋轉磁場(chǎng)一樣,定子鐵心也是由硅鋼片疊成,表面開(kāi)有齒槽;槽中嵌有三相、兩相或單相繞組;單相直線(xiàn)異步電動(dòng)機可制成罩極式,也可通過(guò)電容移相.直線(xiàn)異步電動(dòng)機的動(dòng)子有三種形式: 

(1)磁性動(dòng)子 動(dòng)子是由導磁材料制成（鋼板）,既起磁路作用,又作為籠型動(dòng)子起導電作用. 

(2)非磁性動(dòng)子 ,動(dòng)子是由非磁性材料（銅）制成,主要起導電作用,這種形式電動(dòng)機的氣隙較大,勵磁電流及損耗大. 

(3)動(dòng)子導磁材料表面覆蓋一層導電材料,導磁材料只作為磁路導磁作用;覆蓋導電材料作籠型繞組. 

因磁性動(dòng)子的直線(xiàn)異步電動(dòng)機結構簡(jiǎn)單,動(dòng)子不僅作為導磁、導電體,甚至可以作為結構部件,其應用前景廣闊. 

直線(xiàn)異步電動(dòng)機的工作原理和旋轉式異步電動(dòng)機一樣,定子繞組與交流電源相連接,通以多相交流電流后,則在氣隙中產(chǎn)生一個(gè)平穩的行波磁場(chǎng)（當旋轉磁場(chǎng)半徑很大時(shí),就成了直線(xiàn)運動(dòng)的行波磁場(chǎng)）.該磁場(chǎng)沿氣隙作直線(xiàn)運動(dòng),同時(shí),在動(dòng)子導體中感應出電動(dòng)勢,并產(chǎn)生電流,這個(gè)電流與行波磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生異步推動(dòng)力,使動(dòng)子沿行波方向作直線(xiàn)運動(dòng).若把直線(xiàn)異步電動(dòng)機定子繞組中電源相序改變一下,則行波磁場(chǎng)移動(dòng)方向也會(huì )反過(guò)來(lái),根據這一原理,可使直線(xiàn)異步電動(dòng)機作往復直線(xiàn)運動(dòng). 

直線(xiàn)異步電動(dòng)機主要用于功率較大場(chǎng)合的直線(xiàn)運動(dòng)機構,如門(mén)自動(dòng)開(kāi)閉裝置,起吊、傳遞和升降的機械設備,驅動(dòng)車(chē)輛,尤其是用于高速和超速運輸等.由于牽引力或推動(dòng)力可直接產(chǎn)生,不需要中間連動(dòng)部分,沒(méi)有摩擦,無(wú)噪聲,無(wú)轉子發(fā)熱,不受離心力影響等問(wèn)題.因此,其應用將越來(lái)越廣.直線(xiàn)同步電動(dòng)機由于性能優(yōu)越,應用場(chǎng)合與直線(xiàn)異步電動(dòng)機相同,有取代趨勢.直線(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機應用于數控繪圖儀、記錄儀、數控制圖機、數控裁剪機、磁盤(pán)存儲器、精密定位機構等設備中.