【主管Q:2347660】2号站是什么平台进电机和交流伺服电机性能综合比较王志强（天津机电职业技术学院，天津市300131）领域等方面的不同作综合比较，在此基础上针对步进电机和交流伺服电机的选型及使用的注意事项做出简明扼要的总结。

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。

㈠交流异步伺服电机的主要特点采用自行设计的专用32位CPU对电机进行全数字化控制。

采用自行设计的“快速运动控制语言”，编程简单，用户可以自由进行二次技术开发具有平稳的低速大转矩输出性能，具有零转速力矩保持功能。在电机额定转速以下实现恒转矩输出（最大转矩为电机额定转矩的300%）额定转速以上为恒功率输出30000可以实现大范围的速度控制。

可对电机的位置、速度、加速度、转矩进行高精度控制以及具有对多台电机进行同步或跟随控制的功能，特别是转矩与转速可以分别独立控制，适于复杂系统的控制要求。

具有通信功能，RS232C，RS422/RS485可由计算机、PLC等进行上位控制和运行状态监视等。2号站代理网址

伺服控制器的容量范围为：0. 8有200V级和400V级2种电压级别，200V级可使用220V单相电源。

9.具有丰富的输入输出功能：可编程模拟量输入：2通道4可编程模拟量输出：2通道0（允许最大电流10mA）脉冲列输入及外部PG输入：双PG方式控制。

㈡步进电机的主要特点步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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（称为“步距角它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。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。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开环控制。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。

和实践研究。

步进电机的一些基本参数。

⑴电机固有步距角。它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9°1.8°（表示半步工作时为0. 9°整步工作时为1.8°），这个步距角可以称之为电机固有步距角，’它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。

⑵步进电机的相数。是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°1.8°三相的为0.75°1.5°五相的为在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，贝I丨相数‘将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。

⑶保持转矩（HoldingTorque）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。

WDetentTorque是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。

2步进电机的一些特点：⑴一般步进电机的精度为步进角的3―5%，且不累积。

⑵步进电机外表允许的最高温度。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80― 90度完全正常。

⑶步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，则电机的速度越大，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。

⑷步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声。步进电机还有一个重要技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）㈢反应式步进电机原理结构。电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/ 3T、万3T，（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以T表示）即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3T，C与齿3向右错开2/3工，A与齿5相对齐，（A就是A，齿5就是齿1）旋转。如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3T，此时齿3与C偏移为1/3T，齿4与A偏移（T一1/ =2/3T.如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3T，此时齿4与A偏移为1/3T对齐。如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3T这样经过A、B、CA分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，BCA通电，电机就每步（每脉冲）1/3T，向右旋转。如按A，CB，A通电，电机就反转。

由此可见，电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成对应关系。而方向由导电顺序决定。不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A―AB―B―BC―C一CA―A这种导电状态，这样将原来每步1/3T改变为1/6T.甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3T变为V12T，1/24T，这就是电机细分驱动的基本理论依据。不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m，2/m（m―且导电按一定的相序电机就能正反转被控制，这是步进电机旋转的物理条件。

力矩。电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量少）当转子与定子错开一定角度产生力F与（边/出）成正比S其磁通量少=BrX S，Br为磁密，S为导磁面积，F与LX DXBr成正比，L为铁芯有效长度，D为转子直径心I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。

很明显，力矩与“电机有效体积X安匝数X磁密”成正比（只考虑线性状态）因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。

㈣感应子式步进电机原理1.特点。感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。

感应子式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。2号站娱乐平台总代理

（必须米用双极电压驱动）而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运行（A―AB―BBC―C一CD―DDA―A）完全可以采用二相八拍运行方式。不难发现其条件为C=，D=―个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相，而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相）这样使用时，既可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联使用。

2分类。感应子式步进电机以相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。以机座号（电机外径）可分为：42BYG（BYG为感应子式步进电机代号）、57BYG、86BYG、110BYG、（国际标准），而像70BYG、90BYG、130BYG等均为国内标准。

（一控制精度不同两相混合式步进电机步距角一般为3 6°1.8五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09德国百格拉公司生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1. 8°0.9°0.720.36°0.18°0.090.0720.036兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。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。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，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°对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217= 131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655.（二）低频特性不同步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。

交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。

㈢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300~600RPM.交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。

（四）过载能力不同步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，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，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。

㈤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，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。

㈥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200 ~400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA400交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。

综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。

㈦应用领域不同步进电机因自身的性能特点使得它在速度、位置等控制领域的用途得心应手，步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开环控制。

交流永磁伺服驱动系统，能提供最高水平的动态响应和扭矩密度。以便使系统性能达到一个全新的水平，包括更短的周期、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。因此，交流伺服这样一种扮演重要支柱技术角色的自动控制系统，在许多高科技领域得到了非常广泛的应用，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化设备、雷达和各种军用武器随动系统、以及柔性制造系统等等。

三、注意点总结㈠步进电机1.步进电机应用于低速场合。每分钟转速不超过1000转（0.9度时6666PPS），最好在100a-3000PPS（0.9度）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。

2步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大3.由于历史原因，只有标称为12V电压的电机使用12V外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值，可根据驱动器选择驱动电压（建议：7BYG采用直流24V36V，86BYG采用直流50V，110BYG采用高于直流80V）当然12伏的电压除12V恒压驱动外也可以采用其他驱动电源，不过要考虑温升。

4转动惯量大的负载应选择大机座号电机。

电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。

高精度时，应通过机械减速、提高电机速度，或采用高细分数的驱动器来解决，也可以采用5相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少，其被淘汰的说法是外行话。

电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决9度）以下工作，应采用小电流、大电感、低电压来驱动。

对于发展高性能交流伺服系统来说，由于在一定条件下，作为“硬形式”存在的伺服电机、逆变器以相应反馈检测装置等性能的提高受到许多客观因数的制约；而以“软形式”存在的控制策略具有较大的柔性，近年来随着控制理论新的发展，尤其智能控制的兴起和不断成熟，加之计算机技术、微电子技术的迅猛发展，使得基于智能控制的先进控制策略和基于传统控制理论的传统控制策略的“集成‘得以实现，并为其实际应用奠定了物质基础。

交流伺服电机自身是具有一定的非线性、强耦合性及时变性的“系统”，同时，伺服对象也存在较强的不确定性和非线性，加之系统运行时受到不同程度的干扰，因此按常规控制策略很难满足高性能伺服系统的控制要求。为此，如何结合控制理论新的发展，引进一些先进的“复合型控制策略”以改进“控制器”性能是当前发展高性能交流伺服系统的一个主要突破口。