交流伺服電機與三相交流異步電動機的區(qū)別
步進電機和交流伺服電機性能比較
步進電機是一種離散運動的裝置,它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的聯(lián)系.在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中,步進電機的應(yīng)用十分廣泛.隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn),交流伺服電機也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中.為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢,運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機.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(yīng)用場合上存在著較大的差異.現(xiàn)就二者的使用性能作一比較.
一、控制精度不同
兩相混合式步進電機步距角一般為3.6°、 1.8°,五相混合式步進電機步距角一般為0.72 °、0.36°.也有一些高性能的步進電機步距角更小.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)的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)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(zhuǎn)編碼器保證.以松下全數(shù)字式交流伺服電機為例,對于帶標準2500線編碼器的電機而言,由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù),其脈沖當(dāng)量為360°/10000=0.036°.對于帶17位編碼器的電機而言,驅(qū)動器每接收217=131072個脈沖電機轉(zhuǎn)一圈,即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=9.89秒.是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當(dāng)量的1/655.
二、低頻特性不同
步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象.振動頻率與負載情況和驅(qū)動器性能有關(guān),一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半.這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉(zhuǎn)非常不利.當(dāng)步進電機工作在低速時,一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象,比如在電機上加阻尼器,或驅(qū)動器上采用細分技術(shù)等.
交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn),即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象.交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能,可涵蓋機械的剛性不足,并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能（FFT）,可檢測出機械的共振點,便于系統(tǒng)調(diào)整.
三、矩頻特性不同
步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降,且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降,所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM.交流伺服電機為恒力矩輸出,即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi),都能輸出額定轉(zhuǎn)矩,在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出.
四、過載能力不同
步進電機一般不具有過載能力.交流伺服電機具有較強的過載能力.以松下交流伺服系統(tǒng)為例,它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力.其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍,可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩.步進電機因為沒有這種過載能力,在選型時為了克服這種慣性力矩,往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機,而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩,便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象.
五、運行性能不同
步進電機的控制為開環(huán)控制,啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象,所以為保證其控制精度,應(yīng)處理好升、降速問題.交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制,驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣,內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán),一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象,控制性能更為可靠.
六、速度響應(yīng)性能不同
步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒.交流伺服系統(tǒng)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(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒,可用于要求快速啟停的控制場合.
綜上所述,交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機.但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機.所以,在控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素,選用適當(dāng)?shù)目刂齐姍C
直線異步電動機的結(jié)構(gòu)主要包括定子、動子和直線運動的支撐輪三部分.為了保證在行程范圍內(nèi)定子和動子之間具有良好的電磁場耦合,定子和動子的鐵心長度不等.定子可制成短定子和長定子兩種形式.由于長定子結(jié)構(gòu)成本高、運行費用高,所以很少采用.直線電動機與旋轉(zhuǎn)磁場一樣,定子鐵心也是由硅鋼片疊成,表面開有齒槽;槽中嵌有三相、兩相或單相繞組;單相直線異步電動機可制成罩極式,也可通過電容移相.直線異步電動機的動子有三種形式:
(1)磁性動子 動子是由導(dǎo)磁材料制成（鋼板）,既起磁路作用,又作為籠型動子起導(dǎo)電作用.
(2)非磁性動子 ,動子是由非磁性材料（銅）制成,主要起導(dǎo)電作用,這種形式電動機的氣隙較大,勵磁電流及損耗大.
(3)動子導(dǎo)磁材料表面覆蓋一層導(dǎo)電材料,導(dǎo)磁材料只作為磁路導(dǎo)磁作用;覆蓋導(dǎo)電材料作籠型繞組.
因磁性動子的直線異步電動機結(jié)構(gòu)簡單,動子不僅作為導(dǎo)磁、導(dǎo)電體,甚至可以作為結(jié)構(gòu)部件,其應(yīng)用前景廣闊.
直線異步電動機的工作原理和旋轉(zhuǎn)式異步電動機一樣,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)生一個平穩(wěn)的行波磁場（當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場半徑很大時,就成了直線運動的行波磁場）.該磁場沿氣隙作直線運動,同時,在動子導(dǎo)體中感應(yīng)出電動勢,并產(chǎn)生電流,這個電流與行波磁場相互作用產(chǎn)生異步推動力,使動子沿行波方向作直線運動.若把直線異步電動機定子繞組中電源相序改變一下,則行波磁場移動方向也會反過來,根據(jù)這一原理,可使直線異步電動機作往復(fù)直線運動.
直線異步電動機主要用于功率較大場合的直線運動機構(gòu),如門自動開閉裝置,起吊、傳遞和升降的機械設(shè)備,驅(qū)動車輛,尤其是用于高速和超速運輸?shù)?由于牽引力或推動力可直接產(chǎn)生,不需要中間連動部分,沒有摩擦,無噪聲,無轉(zhuǎn)子發(fā)熱,不受離心力影響等問題.因此,其應(yīng)用將越來越廣.直線同步電動機由于性能優(yōu)越,應(yīng)用場合與直線異步電動機相同,有取代趨勢.直線步進電動機應(yīng)用于數(shù)控繪圖儀、記錄儀、數(shù)控制圖機、數(shù)控裁剪機、磁盤存儲器、精密定位機構(gòu)等設(shè)備中.