【机械自动化】步进电机和“伺服电机”

1、步进电机

引用百度知道解释步进电机和伺服电机的区别:https://zhidao.baidu.com/question/493118373016625172.html。

很多文章都有解释,而且其实两者的区别很明显,但是由于在淘宝上搜索伺服电机的时候,有很多标着伺服电机系统的链接卖的其实是闭环步进电机系统,对我的判断造成了困扰,例如下面这个产品(没有说产品不好的意思,只是概念上有区别):

【机械自动化】步进电机和“伺服电机”_第1张图片

这其实是一个闭环步进电机控制系统,步进电机最大的特点就是“细分”。步进电机的一个周期(一圈)可以分成很多份,这个是根据电机的物理结构决定的,相数以及磁极数越多,分得越细。并且一份又可以再细分,这个细分是由步进电机驱动器通过控制不同磁极的电流实现的,所以一个步进电机系统的总细分数是由这两个细分的乘积得到的。具体参考文章:https://blog.csdn.net/qq_38405680/article/details/80452583。所以上面这个图片展示的其实是一个闭环的步进电机控制系统,因为它有很显眼的细分选择开关,这个细分选择开关就是上面说的第二种细分。

步进电机的原理:

https://www.orientalmotor.com/stepper-motors/technology/stepper-motor-overview.html

https://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current/chpt-13/stepper-motors/

 

2、“伺服电机”

单独使用“伺服电机”这个词其实不恰当我觉得,因为在我看来任何一种电机都能做伺服电机,传统意义上的“伺服电机”应该称作伺服系统,例如上面说的闭环步进电机系统其实也算是一个“低配版”的伺服系统,只不过这系统中使用的电机是步进电机,只并且该伺服系统只能闭环控制电机转动的转动量(角度),而无法闭环控制转速扭矩,但是一般称为“伺服电机”的伺服系统是可以闭环控制转速和扭矩的。开环的步进电机系统不属于伺服系统。例如下面这个产品就是伺服系统中的控制器:

【机械自动化】步进电机和“伺服电机”_第2张图片

在伺服系统中,对步进电机这种可以细分的功能没有要求,细分只是在执行过程中进行的,而伺服系统是一个闭环系统,强调的是反馈,而反馈一般采用编码器,编码器的刻度越多,则控制精度就越高,这时候步进电机的细分相对于其他电机例如直流有刷电机来说是一个优点,但不是必须,因为就算你控制精度可以达到0.001度,但是你的反馈检测精度只有0.01度,这时候木桶的短板是在反馈检测端,系统的最高精度还是只有0.01度。上图中的伺服系统控制器就没有使用步进电机,因为根本没有细分设置,一般这种伺服系统使用的都是无刷电机。

无刷电机的介绍:https://blog.csdn.net/tq384998430/article/details/94554491。

平时农田中打水的水泵使用的三相交流电机就是无刷电机,四轴飞行器使用的也是无刷电机。无刷电机的优点就是维护方便,寿命长,转速高等。无刷电机的转速和三相电U V W的频率以及电机极数有关,例如在工频下使用的电机的转速一般是工频频率50Hz的倍数,如3000rpm、1500rpm等,而四轴飞行器的无刷电机的转速是由电机驱动器将直流电逆变成三相交流电的频率决定的,所以四轴的电机转速是可调的。

有的无刷电机系统中会使用几个霍尔传感器进行转速检测,例如玩具赛车中使用的无刷电机,电机除了会引出三根动力线外,还会有5根霍尔传感器线,其中2根是霍尔传感器的电源,另外三根是传感器信号线(三个霍尔传感器),通过检测霍尔传感器的信号,电机控制器可以实现电机转速的检测,达到电机转速的闭环控制,这种也算是“简配板”的伺服系统吧,但是这种由霍尔传感器做的“编码器”的精度不高,和增量式或者绝对值式的编码器相比,无法精确控制电机转动角度,只能用于计算电机的转动速度。例如下面这种无刷电机驱动器:

【机械自动化】步进电机和“伺服电机”_第3张图片

如果想要精确控制无刷电机的转动角度,需要将霍尔传感器改成高精度编码器。

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