直流电机VS交流电机VS步进电机VS伺服电机 如何正确选择步进电机和伺服电机.pdf

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  什么是直流电机,什么是交流电机,什么是步进电机,什么是伺服电机?...........................1

  一般直流电机与直流伺服电机的区别...........................................................................................2

  直流伺服电动机工作原理是什么?...............................................................................................2

  伺服马达的工作原理......................................................................................................................4

  伺服马达和步进马达的区别...........................................................................................................5

  如何正确选择伺服电机和步...........................................................................................................5

  1,如何正确选择伺服电机和步进电机?.............................................................................5

  2,选择步进电机还是伺服电机系统?.................................................................................5

  3,如何配用步进电机驱动器?.............................................................................................6

  4,2相和5相步进电机有何区别,如何明智的选择?..................................................................6

  5,何时选用直流伺服系统,它和交流伺服有何区别?.....................................................6

  6,使用电机时要注意的问题?.............................................................................................7

  7,步进电机启动运行时,有时动一下就不动了或原地来回动,运行时有时还会失步,

  是什么问题?...........................................................................................................................7

  8,我想通过通讯方式直接控制伺服电机,可以吗?.........................................................7

  9,用开关电源给步进和直流电机系统供电好不好?.......................................................8

  10,我想用10V或4~20mA的直流电压来控制步进电机,可以吗?..............................8

  11,我有一个的伺服电机带编码器反馈,可否用只带测速机口的伺服驱动器控制?...8

  12,伺服电机的码盘部分可以拆开吗?.........................................................................8

  13,步进和伺服电机可以拆开检修或改装吗?...................................................................8

  14,几台伺服电机可以作同步运行吗?...............................................................................8

  15,伺服控制器能够感知外部负载的变化吗?...................................................................8

  16,可以将国产的驱动器或电机和国外优质的电机或驱动器配用吗?...........................8

  17,使用大于标称电压值的直流电源电压驱动电机安全吗?.............................................8

  18,我如何为我的应用选择适当的供电电源?...................................................................9

  19,对于伺服驱动器我可以再一次进行选择那种工作方式?...............................................................9

  20,驱动器和系统如何接地?.............................................................................................10

  21,减速器为什么不能和电机正好相配在标准转矩点?.................................................10

  22,我如何明智的选择使用行星减速器还是正齿轮减速器?.......................................................10

  23,何为负载率(dutycycle)?........................................................................................11

  24,标准旋转电机的驱动电路能用于直线电机吗?.....................................................11

  25,直线电机是否可以垂直安装,做上下运动?.............................................................12

  26,在同一个平台上可以安装多个动子吗?.....................................................................12

  27,是否可以将多个无刷电机的动子线圈安装于同一个磁轨道上?.............................12

  28,AMS的直线电机是否能够适用于特殊环境,如水溅、真空、洁净室、辐射等环境?

  ................................................................................................................................................12

  29,使用直线电机比滚珠丝杆的线性电机有何优点?.....................................................12

  30,你们的滑台可以做多个组合一起使用吗?.................................................................12

  答:步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲:当步进驱动器接收到一个脉冲

  信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(及步进角)。您可以通过控制脉冲个数来

  控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加

  速度,从而达到调速的目的。步进电机分三种:永磁式(PM),反应式(VR)和混合式(HB)。永

  实现大转矩输出,,但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰;

  答:伺服电动机又称执行电动机,在自动控制系统中,用作执行元件,把所收到的电信号转换成电动

  机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类,其主要特点是,当信号电压为零

  直流伺服电机是永磁转子的,是用直流脉冲电压信号驱动;给它加一个恒定电压,只能转动一个很小的角度,

  要在它的几相定子线圈中,按一定的顺序加上直流脉冲,才能按要求转动一定的角度,与一般直流电机是

  补充一下:驱动伺服电机的过程是相当复杂的;当然了,现在我们有电脑,有单片机,多么复杂的事情也

  伺服电动机又称执行电动机,在自动控制系统中,用作执行元件,把所收到的电信号转换成电动机轴上的

  角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类,其主要特点是,当信号电压为零时无自转现象,

  转速随着转矩的增加而匀速下降,伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,

  转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行

  伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同

  时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动的角度。伺

  答:伺服电动机又称执行电动机,在自动控制系统中,用作执行元件,把所收到的电信号转换成电动机轴

  上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类,其主要特点是,当信号电压为零时无自转

  答:交流伺服要好一些,因为是正弦波控制,转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单便宜。

  20世纪80年代以来,随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展,永磁交流伺服驱动技

  术有了突出的发展,各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善

  和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向,使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。

  90年代以后,世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺

  服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较,主要优点有:

  自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出

  MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统,这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪

  80年代中后期,各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在

  诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足,尚不能完全满足运动控制的要求,近年来随着

  微处理器、新型数字信号处理器(DSP)的应用,出现了数字控制系统,控制部分可完全由软件进行

  到目前为止,高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机,控制驱动器多采用快速、准

  确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。

  日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动器,其中D系列适用于数控机床(最高转速为

  1000r/min,~),R系列适用于机器人(最高转速为3000r/min,~)。

  之后又推出M、F、S、H、C、G六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列

  矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片控制,力矩波动由24%降

  低到7%,并提高了可靠性。这样,只用了几年时间形成了八个系列(~6kW)较完整的

  体系,满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕

  以生产机床数控装置而著名的日本法奴克(Fanuc)公司,在20世纪80年代中期也推出了S系列

  (13个规格)和L系列(5个规格)的永磁交流伺服电动机。L系列有较小的转动惯量和机械时间常数,

  日本其他厂商,例如:三菱电动机(HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列)、东

  芝精机(SM系列)、大隈铁工所(BL系列)、三洋电气(BL系列)、立石电机(S系列)等众多厂商也进入

  德国力士乐公司(Rexroth)的Indramat分部的MAC系列交流伺服电动机共有7个机座号92个规格。

  德国西门子(Siemens)公司的IFT5系列三相永磁交流伺服电动机分为标准型和短型两大类,共8个机座

  号98种规格。据称该系列交流伺服电动机与相同输出力矩的直流伺服电动机IHU系列相比,重量只有后

  者的1/2,配套的晶体管脉宽调制驱动器6SC61系列,最多的可供6个轴的电动机控制。

  德国宝石(***)公司生产铁氧体永磁的SD系列(17个规格)和稀土永磁的SE系列(8个规格)

  美国著名的伺服装置生产公司Gettys曾一度作为Gould电子公司一个分部(MotionControl

  Division),生产M600系列的交流伺服电动机和A600系列的伺服驱动器。后合并到AEG,恢复了Gettys

  美国A-B(ALLEN-BRADLEY)公司驱动分部生产1326型铁氧体永磁交流伺服电动机和1391型交流

  .(IndustrialDrives)是美国著名的科尔摩根(Kollmorgen)的工业驱动分部,曾生产BR-210、

  BR-310、BR-510三个系列共41个规格的无刷伺服电动机和BDS3型伺服驱动器。自1989年起推出了

  全新系列设计的掺鹣盗袛(Goldline)永磁交流伺服电动机,包括B(小惯量)、M(中惯量)和EB(防爆

  型)三大类,有10、20、40、60、80五种机座号,每大类有42个规格,全部采用钕铁硼永磁材料,力

  型、含位置控制)和SmartDrive(数字型)三个系列,最大连续电流55A。Goldline系列代表了当代永

  爱尔兰的Inland原为Kollmorgen在国外的一个分部,现合并到AEG,以生产直流伺服电动机、直流

  力矩电动机和伺服放大器而闻名。生产BHT1100、2200、3300三种机座号共17种规格的SmCo永磁交:.

  法国Alsthom集团在巴黎的Parvex工厂生产LC系列(长型)和GC系列(短型)

  原苏联为数控机床和机器人伺服控制开发了两个系列的交流伺服电动机。其中ДBy系列采用铁氧体永

  磁,有两个机座号,每个机座号有3种铁心长度,各有两种绕组数据,共12个规格,连续力矩范围为7~

  。2ДBy系列采用稀土永磁,6个机座号17个规格,~,配套的是3ДБ型

  近年日本松下公司推出的全数字型MINAS系列交流伺服系统,其中永磁交流伺服电动机有MSMA系

  列小惯量型,~5kW,共18种规格;中惯量型有MDMA、MGMA、MFMA三个系列,功率从

  韩国三星公司近年开发的全数字永磁交流伺服电动机及驱动系统,其中FAGA交流伺服电动机系列有

  CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多种型号,功率从15W~5kW。

  现在常采用摴β时浠蕯(Powerrate)这一综合指标作为伺服电动机的品质因数,衡量对比各种交直

  流伺服电动机和步进电动机的动态响应性能。功率变化率表示电动机连续(额定)力矩和转子转动惯量之

  1:伺服马达内部包括了一个小型直流马达;一组变速齿轮组;一个反馈可调电位器;及一块

  电子控制板。其中,高速转动的直流马达提供了原始动力,带动变速(减速)齿轮组,使之

  产生高扭力的输出,齿轮组的变速比愈大,伺服马达的输出扭力也愈大,也就是说越能承受

  一个微型伺服马达是一个典型闭环反馈系统减速齿轮组由马达驱动,其终端(输出端)

  带动一个线性的比例电位器作位置检测,该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制

  线路板,控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较,产生纠正脉冲,并驱动马达正向或反

  向地转动,使齿轮组的输出位置与期望值相符,令纠正脉冲趋于为0,从而达到使伺服马达

  标准的微型伺服马达有三条控制线,分别为:电源、地及控制。电源线与地线用于提供

  内部的直流马达及控制线路所需的能源,电压通常介于4V—6V之间,该电源应尽可能与处

  理系统的电源隔离(因为伺服马达会产生噪音)。甚至小伺服马达在重负载时也会拉低放大

  电源引线有三条,如图中所示。伺服马达三条线中红色的线是控制线,接到控制芯片上。

  伺服马达的瞬时运动速度是由其内部的直流马达和变速齿轮组的配合决定的,在恒定的

  电压驱动下,其数值唯一。但其平均运动速度可通过分段停顿的控制方式来改变,例如,我

  们可把动作幅度为90o的转动细分为128个停顿点,通过控制每个停顿点的时间长短来实

  现0o—90o变化的平均速度。对于多数伺服马达来说,速度的单位由“度数/秒”来决定。

  除非你使用的是数码式的伺服马达,否则以上的伺服马达输出臂位置只是一个不准确的:.

  大约数。普通的模拟微型伺服马达不是一个精确的定位器件,即使是使用同一品牌型号的

  微型伺服马达产品,他们之间的差别也是非常大的,在同一脉冲驱动时,不同的伺服马达存

  正因上述的原因,不推荐使用小于1ms及大于2ms的脉冲作为驱动信号,实际上,伺服马

  达的最初设计表也只是在45o的范围。而且,超出此范围时,脉冲宽度转动角度之间的线

  要特别注意,绝不可加载让伺服马达输出位置超过90o的脉冲信号,否则会损坏伺服马达

  由于伺服马达的输出位置角度与控制信号脉冲宽度没有明显统一的标准,而且其行程的总量

  对于不同的厂家来说也有很大差别,所以控制软件必须具备有依据不同伺服马达进行单独设

  步进马达,它是直流脉冲控制的,一般说来功率比较小,用于精度要求不高的开环自控系统中,它有一个缺点是

  容易失步!伺服马达分为交流和直流两大类,功率相对教大,精度高;两者主要的区别是看马达的端部是否有光

  但是普遍使用的是半闭环装置,只有非常精密的设备才用全闭环装置,如8#楼所说的最后一个就是全闭环装

  主要视具体应用情况而定,简单地说要确定:负载的性质(如水平还是垂直负载

  等),转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求,上位控制要求(如对端口界面

  和通讯方面的要求),主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。供电电源是直

  流还是交流电源,或电池供电,电压范围。据此以确定电机和配用驱动器或控制

  其实,选择什么样的电机应根据具体应用情况而定,各有其特点。请见下表,自

  速度范围低(一般在2000RPM以下,大力矩电机小于1000RPM)高(可达

  根据电机的电流,配用大于或等于此电流的驱动器。如果需要低振动或高精度时,

  可配用细分型驱动器。对于大转矩电机,尽可能用高电压型驱动器,以获得良好

  2相电机成本低,但在低速时的震动较大,高速时的力矩下降快。5相电机则振

  动较小,高速性能好,比2相电机的速度高30~50%,可在部分场合取代伺服电

  有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,

  但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它能够适用于对成本

  无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩

  稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦

  波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于

  交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同

  步电机,它的功率范围大,能做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且

  1)电源电压是否合适(过压很会造成驱动模块的损坏);对于直流输入的+/-

  极性一定不可以接错,驱动控制器上的电机型号或电流设定值是否合适(开始时不

  2)控制信号线接牢靠,工业现场最好要考虑屏蔽问题(如采用双绞线)不要开始时就把需要接的线全接上,只连成最基本的系统,运行良好后,再

  5)开始运行的半小时内要密切观察电机的状态,如运动是不是正常,声音和温升

  7,步进电机启动运行时,有时动一下就不动了或原地来回动,运行时有时还会

  1)电机力矩是否足够大,能否带动负载,因此我们一般推荐用户选型时要选用

  力矩比实际需要大50%~100%的电机,因为步进电机不能过负载运行,哪怕是瞬

  2)上位控制器来的输入走步脉冲的电流是否够大(一般要10mA),以使光耦稳

  3)启动频率是否太高,在启动程序上是否设置了加速过程,最好从电机规定的

  启动频率内开始加速到设定频率,哪怕加速时间很短,否则可能就不稳定,甚至

  4)电机未固定好时,有时会出现此状况,则属于正常。因为,实际上此时造成

  可以的,也较为方便,只是速度问题,用于对响应速度要求不太高的应用。如果

  要求快速的响应控制参数,最好用伺服运动控制卡,一般它上面有DSP和高速度

  一般建议还是不要,特别是大力矩电机,除非选用比需要的功率大一倍以上的开关电

  源。因为,电机工作时是大电感型负载,会对电源端形成瞬间的高压。而开关电

  源的过载性能不好,会保护关断,且其精密的稳压性能又不需要,有时可能造成

  10,我想用10V或4~20mA的直流电压来控制步进电机,可以吗?

  11,我有一个的伺服电机带编码器反馈,可否用只带测速机口的伺服驱动器控

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