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步进电机和伺服电机有什么区别？

发布时间：2021-04-23 01:27:27

步进电机和伺服电机有什么区别？

步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在位置控制方式上十分相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。

一、步进电机和伺服电机控制精度不同

两相混合式步进电机步距角一般为1.8°，三相混合式步进电机步距角为1.2°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如上海运控生产的两相HM系列步进电机有步距角为0.9°，步进电机在使用细分驱动技术以后，控制精度得到提高，两相步进电机可以分辨的步数约为8000步/转，三相步进电机可以分辨的精度约为10000步/转。交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。对于带标准2500线编码器的伺服电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10000=0.036°。值得注意的是，分辨率与精度是不同的概念，比如雕刻机的铭牌上坑农写到雕刻精度0.001mm，这其实雕刻机并不能把0.1mm分成100等分排列成一条直线，在放大镜下观察，雕刻出来的结果必然是锯齿状的。相对于绝大多数用户而言，无论是机械传动精度，还是光电传感器来定位精度，都没有步进电机伺服电机的物理精度高，单方面追求电机的最高精度是没有必要的。

二、步进电机和伺服电机矩频特性不同

步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在0～900RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为1000~3000RPM）以内，都能输出额定转矩。伺服电机输出力矩的矩频特性平稳，优势体现在需要速度较高的环境，在低速时，这个优势并没有意义，以57HB76步进和60系列400W伺服电机来比较，矩频特性如下：步进电机和交流伺服电机矩频特性的比较如上图所示红色为伺服电机矩频特性，蓝色部分为运控三相混合式步进电机矩频特性，二者价格相差4倍

三、步进电机和伺服电机过载能力不同

步进电机一般不具有过载能力，运控YK2M系列两相步进电机驱动器内置了电流采集和智能处理，过载能力也是很有限的。交流伺服电机具有2到3倍的速度过载和转矩过载能力，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时必须根据设备的特性，伺服电机可以实现高响应频率，如果要达到相似的效果而继续选择步进电机，那么要克服这种惯性力矩，首先要保证步进电机的力矩大于所需要的力矩，然后尽可能优化加减速曲线。

四、步进电机和伺服电机运行性能不同

步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。伺服电机是闭环系统，伺服驱动器可以自动修正丢失的脉冲，在堵转时也可以及时给控制器反馈，而步进电机是开环系统，必须通过足够的力矩余量来避免堵转。

五、步进电机和伺服电机速度响应性能不同

步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要100～2000毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，从静止加速到其额定转速3000RPM最短仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。

综上所述，交流伺服系统在一些性能方面都优于步进电机，但是步进电机有其自身的特性，不会被完全取代。

1、交流伺服精度略高于步进电机，但是大多数场合，步进电机的分辨率已经远高于机械要求的精度；

2、虽然矩频特性不同，但是并不是所有设备应用都是需要高速度的，步进电机的低速大力矩，通常电机转速要求700rpm以内适合使用步进电机，更高速度适合使用交流伺服电机；

3、交流伺服有很强的过载能力，但是部分步进电机驱动器也具有一定的过载能力，而且在过载能力和保留足够力矩余量之间可以做一个性价比的选择；

4、速度响应频率不同，这是选择步进电机和交流伺服电机的又一个重要因素。高响应频率是交流伺服电机的优势。选型时需要注意这一特性。

5、前面提到了交流伺服电机的精度，大部分用户并不知道交流伺服电机在高分辨率低速度时会反复对位置，以至于出现微抖动，在一些极高精度的设备上，比如精密玉石雕刻机，高精度低速机器人上，这样的抖动会造成圆弧上的锯齿，或者模糊。而特殊处理过的步进电机确可以解决这一问题，因为步进电机不会反复对齿。

6、在一些分度控制的应用中，步进电机转到角度停止，锁定力矩较大，交流伺服则是在受外力位置丢失以后再找回位置，这个过程可能造成加工误差。

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