厂家带你解读步进电机的优缺点

文章来源:锐特步进电机 时间:2019-11-15 08:43:21 浏览:

  您是否曾经考虑过机械臂如何精确地运动或图形打印机如何精确复制图像,或者易耗品如何在工厂车间或任何其他类型的运动控制定位系统周围精确地运动?

  在考虑成本的几个设计因素之间取得平衡时,在步进电机和伺服电机之间进行选择可能是一个很大的挑战,扭矩,速度,加速度和驱动电路都在为您的应用选择最佳电机方面起着重要作用。

  步进电机厂家将带你讨论步进电机的许多优点以及缺点,因此在开始讨论步进电机的优点和缺点之前,让我们先定义一些与步进电机一起使用的定义。

  什么是扭矩?

  转矩是力使物体绕轴,支点或枢轴旋转的趋势。就像力是推力或拉力一样,扭矩可以认为是对物体的扭曲或步进电机转子的旋转。

  

 

  什么是开环与闭环运动系统?

  开环系统没有反馈或错误调节机制来确定其输出是否已达到输入的期望目标。

  什么是重复性和准确性?

  重复性是驱动机构在相同条件下多次返回同一位置的能力。

  

 

  但是,可以确定运动测量的程度,以使最终位置与命令位置相匹配。

  例如,在允许结果为535毫米(毫米)±2毫米的应用中,只要滚珠丝杠达到533到537毫米之间的位置,就将被认为是准确的。

  

 

  什么是过载条件?

  电动机过载时会发生电动机过载。过载症状是电流消耗过多,扭矩不足和过热。

  

 

  什么是电机效率?

  电动机效率是利用磁场和绕组中的电流之间的相互作用在电动机中产生和产生力或转矩的情况下,对电动机执行的机械功的数量与进行功所消耗的电能的比较。

  

 

  什么是共振,共振会影响步进电机?

  当电动机运动一步时,趋于超过最终的静止点并在静止时围绕该点振荡,这是最好的定义。

  这种不希望的振铃表现为电动机振动,在空载电动机中更明显,并且会导致电动机失速。

  

  步进电机的主要优势

  现在,让我们看一些步进电机的主要优点。

  步进电机的最大优势之一是其相对较低的成本和可用性。

  1.灵活性

  步进电机为广泛的应用提供了灵活性,因为步进电机的设计提供了恒定的保持转矩,而无需为电机供电。

  2.更大的扭矩

  在较低速度下,具有与伺服电动机相同尺寸的步进电动机的转矩要大于伺服电动机的转矩。 

  3.比伺服电机便宜

  步进电动机通常用在不需要位置或转矩反馈的开环系统中,从而使步进电动机更简单且控制成本更低。

  正如我们先前所学,步进电机本身就是位置传感器,什么是步进电机及其工作原理。

  我们了解到,步进电机具有大量的磁极,由永磁体或电流产生的北极和南极磁对,通常为50至100极。

  我们了解到,每个极都为电机轴提供了自然的停止点,并且随着极数的增加,步进电机能够在每个极之间精确,精确地移动。

  由于具有自然的停止点,因此在许多应用中无需任何位置反馈就可以操作步进器。 

  步进电机的最大优势之一是其相对性,低成本和可用性。步进电机本质上即插即用,更易于设置和整体使用。

  与伺服电机运动控制系统相比,步进电机为您的预算提供了更好的底线,并且在考虑到较低的加速度和较高的保持转矩要求时,由于其更适合的应用,因此价格便宜。

  4.步进电机被认为更安全

  步进电机被认为是更安全的,如果有任何损坏,步进电机将停止。

  5.步进电机使用寿命更长

  许多运动部件是无摩擦的,因此,当考虑到轴承本质上是唯一会磨损的部件时,认为步进电机的使用寿命更长。

  6.出色的低速扭矩

  步进电机具有出色的低速扭矩,这意味着该电机将驱动许多负载,而无需使用任何其他齿轮装置或变速箱机构。

  7.极好的重复性

  正如我们前面所讨论的,当命令执行此操作时,步进电动机的固有功能使电动机的轴可以精确地返回到同一位置,从而提供出色的可重复性。

  步进电机提供精确的定位和运动的可重复性,因为好的步进电机的精度为步进的3 – 5%,并且该误差在每一步到下一步都是非累积的。

  8.步进电机过载安全

  步进电机本质上是过载安全的。电机不会因机械过载而损坏,但是当负载超出设计范围时,可能会发生位置损失,从而影响精度和可重复性。这就是为什么步进电机更适合恒负载应用的原因。

  9.步进电机的旋转角度与输入脉冲成比例。

  另一个优点是步进电机的旋转角度与输入脉冲成正比。在上一课中,我们再次学习了什么是步进电机及其工作原理,只需要将正确数量的脉冲命令发送到一个正确的位置即可。

  从该课程中考虑时,步进电机每转一圈最多可具有200个转子齿,或200-400个完整步数。

  因此,正如我们在前面的课程中提到的,要确定旋转的分辨率,我们可以执行一些数学运算。如果步进电机有200个增量步长,并且我们知道一个完整的旋转等于一个圆或360度,则可以将360度除以200。

  这等于1.8度全步角旋转,将400个步分为360度可提供0.9度全步角旋转。从控制器驱动器输出一个数字脉冲相当于旋转一个步骤。

  

 

  10.步进电机在停止状态下提供完整的扭矩

  步进电动机的众多优势之一是在绕组通电且转子静止时提供静止状态下的全转矩的功能,或者换句话说,我们称之为保持转矩,这就是说,当转子进入转子时,电动机可以将负载保持在适当的位置没有旋转。

  但是,当没有电流施加到绕组上或处于断电状态时,步进电机也可以将负载保持在适当的位置。这通常称为制动转矩或剩余转矩。

  11.非常可靠

  步进电机非常可靠,因为电机中没有接触刷。因此,电动机的寿命仅取决于轴承的寿命。

  12.低速同步旋转

  使用步进器可以通过直接耦合到轴的负载实现极低速的同步旋转,并且由于速度与输入脉冲的频率成比例,因此可以实现大范围的旋转速度。

  13.对于要求高精度的低速应用的不错选择。

  普通的直流电动机在低速时转矩不高,但是步进电动机在低速时转矩最大,因此,对于要求低速,高精度的应用,步进电动机是一个不错的选择。

  步进电机具有坚固性,高可靠性,结构简单,维护成本低,对启动/停止/反转具有出色的响应能力,并且可以在许多环境下工作。

  步进电机缺点

  1.低效率

  步进电动机的一些主要缺点是电动机效率低下。无论负载如何,步进电机都会消耗大量功率(记住保持扭矩)。

  2.步进电机的转矩随速度迅速下降

  步进电机的转矩随速度迅速下降,因为转矩是上图中定义的速度的倒数。

  3.精度低

  与伺服电机相比,步进电机的精度较低。但是,有三种方法可以提高步进电机的精度。

  一种是使用带有更多齿的步进电机。 

  另一种是使用齿轮来减少每步的移动量,或者通过增加每英寸的丝杠的导螺杆数。 

  最后是使用微步进。微型步进使电机运动更平稳,并减少了产生共振的可能性。 

  4.没有反馈用于指示潜在的错过的步骤

  正如我们前面所讨论的,使用步进电机的优点之一是它将在开环控制下运行,但是当没有使用对控制系统的反馈来指示潜在的遗漏步骤时,这两种情况在负载变化的情况下将成为不利条件。

  在谈到开环系统时,使用步进器进行开环控制的一个缺点是,如果机器负载过高,或者电机试图太快地移动,则可能会跳过位置步长。

  控制器无法检测到这种情况,因此机器会继续略微超出调整范围,直到重置位置。

  因此,更复杂的机器人和机床将使用带有编码器和闭环控制器的伺服电机。

  5.低扭矩惯性比

  步进电机的转矩与惯性比低,这意味着它们无法非常快速地加速负载,并且在高性能配置中电机会变得非常热。

  6.步进电机可能会很吵

  步进电机在中速到高速时可能会产生很大的噪音,并且在尺寸和重量方面输出功率较低。

  7.必须克服保持扭矩

  最后,必须克服制动转矩或保持转矩才能使电动机运动,这会降低电动机在运行时可以产生的理想转矩。

  克服制动扭矩需要来自电动机的更多动力,并且所需动力量与速度成正比。因此,电动机旋转得越快,制动转矩将对电动机的实际转矩输出产生更大的影响。

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