电机选择与应用指南：伺服电机与步进电机之间的权衡！
伺服电机和步进电机系统在工业自动化和机械领域中扮演着关键角色，它们为各种应用提供了精确的运动控制和定位能力。然而，在选择和应用这些电机系统时，有许多关键问题需要考虑。本文将深入探讨伺服电机和步进电机系统的关键问题，以帮助您做出明智的决策，确保您的应用能够达到所需的性能和效率。
1. 如何正确选择伺服电机和步进电机？
伺服电机和步进电机的选择取决于具体的应用情况。首先，需要考虑以下因素：
负载特性： 负载是水平还是垂直？这将影响电机的选型，因为不同方向的负载需要不同的扭矩和控制策略。
转矩和速度需求： 确定所需的最大转矩和速度范围，以便选择适当的电机型号。
精度要求： 应用需要多高的定位精度？这将影响您选择的电机类型和控制系统。
加减速度： 如果应用需要快速的加减速，电机系统必须能够提供相应的性能。
上位控制要求： 考虑您的应用是否需要特定的接口和通讯协议。
主要控制方式： 确定是位置控制、转矩控制还是速度控制更适合您的应用。
供电电源类型： 确定是需要直流还是交流电源，或者是电池供电，以选择适当的电机和驱动器。
综合考虑这些因素，您可以选择适合您应用的伺服电机或步进电机系统。
2. 选择步进电机还是伺服电机系统？
步进电机和伺服电机系统各有其特点。步进电机适用于一些低成本、中小负载、相对简单的应用，而伺服电机系统则更适用于需要高精度、高速度和更复杂控制的应用。选择取决于您的应用需求。
3. 如何配用步进电机驱动器？
要正确配用步进电机驱动器，首先需要确定电机的电流，并选择一个驱动器，其额定电流大于或等于电机的电流。如果需要低振动或高精度，可以考虑使用细分型驱动器。对于大转矩电机，最好选择高电压型驱动器，以获得更好的高速性能。
4. 2相和5相步进电机有何区别，如何选择？
2相步进电机成本较低，但在低速时可能会产生较大的震动，高速时的力矩下降较快。5相步进电机振动较小，高速性能更好，通常比2相步进电机的速度高30~50%，在某些应用中可以取代伺服电机。
5. 何时选用直流伺服系统，它和交流伺服有何区别？
直流伺服系统可以分为有刷和无刷电机。有刷电机适用于成本敏感的工业和民用应用，但需要维护，并可能对环境产生电磁干扰。无刷电机则具有体积小、重量轻、高速度、高效率等优点，适用于各种环境和需要高性能的应用。交流伺服电机一般使用无刷电机，特点是功率范围大，适合低速平稳运行的应用。
6. 使用电机时要注意的问题？
在上电运行前，应注意以下问题：
确保电源电压适当，以避免损坏驱动模块。
对于直流电源，确保正负极性正确连接。
检查控制信号线的连接，考虑屏蔽问题。
初始运行时，只连接最基本的系统，确保电机运行正常后再逐步连接其他部分。
注意接地方法，可以选择浮空不接地。
初次运行后，密切观察电机的状态，包括运动是否正常、声音和温升情况，及时发现问题并停机调整。
7. 步进电机启动运行时出现失步的问题
步进电机在启动运行时有时会出现动一下就不动了或原地来回动，以及失步的情况。这可能由以下原因引起：
电机力矩不足：选择电机时，确保其扭矩比实际需要大50%~100%。
控制信号不足：检查上位控制器的输出电流是否足够，以保证光耦稳定导通。
启动频率设置不合理：在启动程序中，从电机规定的启动频率内逐步加速到设定频率，以避免不稳定情况。
电机未固定好：电机必须牢固固定，否则会引起共振而导致失步状态。
5相电机相位接错：如果使用5相电机，确保相位正确连接，否则电机无法正常工作。
8. 通过通讯方式直接控制伺服电机
虽然可以通过通讯方式直接控制伺服电机，但这适用于对响应速度要求不太高的应用。对于需要快速响应和高精度控制参数的应用，建议使用伺服运动控制卡，因为它具有高速的逻辑处理电路，可实现高速高精度的运动控制，例如S加速和多轴插补等功能。这些控制卡通常具备更多的处理能力和接口选项，以满足复杂的运动控制需求。
9. 使用开关电源供电步进和直流电机系统
一般情况下，不建议使用开关电源供电步进电机和直流电机系统，尤其是对于大力矩电机。开关电源在应对电机工作时的瞬时高电压方面性能较差，这可能会导致电源关闭以保护电路，甚至可能损坏驱动器和电机。建议使用常规的环形或R型变压器来提供直流电源，这可以确保电机系统的稳定供电。
10. 使用±10V或4~20mA的直流电压控制步进电机
可以使用±10V或4~20mA的直流电压来控制步进电机，但需要额外的转换模块来将这些信号转换为步进电机可接受的脉冲信号。这种控制方式通常用于需要模拟控制的应用，但需要确保转换模块的性能和兼容性。
11. 带编码器反馈的伺服电机可以使用只带测速机口的伺服驱动器控制
是的，可以使用只带测速机口的伺服驱动器来控制带编码器反馈的伺服电机。为此，您需要配备一个编码器转测速机信号模块，以确保伺服驱动器能够正确读取和处理编码器反馈信号。
12. 伺服电机的码盘部分是否可以拆开检修？
不建议拆开伺服电机的码盘部分。码盘内部的石英片非常脆弱，容易破裂，而且一旦灰尘进入，将影响寿命和精度。对于码盘的检修和维护，最好由专业人员进行，以确保电机的正常运行和长期可靠性。
13. 步进和伺服电机可以拆开检修或改装吗？
一般不建议用户自行拆开步进和伺服电机进行检修或改装。这是因为拆开后很难准确地重新安装电机，电机的内部结构和磁钢材料可能会受到破坏，导致电机力矩显著下降。为了确保电机的性能和寿命，最好将维护和修复工作委托给专业厂家或技术人员。
14. 伺服控制器是否能够感知外部负载的变化？
伺服控制器通常具有一定的负载感知能力。它可以在遇到设定的阻力时停止、返回或保持一定的推力跟进。这意味着伺服系统能够感知外部负载的变化，并作出相应的调整，以确保运动的平稳性和可靠性。
15. 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？
原则上可以将国产的驱动器或电机与国外优质的电机或驱动器配用，但在进行选择时需要详细了解电机的技术参数。不同电机和驱动器之间可能存在一些兼容性和性能差异，因此最好在选择前咨询供应商或专业人员，以确保它们可以正常配合运行。
16. 使用大于额定电压值的直流电源电压驱动电机是否安全？
通常情况下，使用大于电机额定电压的直流电源电压来驱动电机是安全的，前提是电机在设定的速度和电流极限值内运行。电机的速度与电源电压成正比，因此选择特定的电源电压不会导致过速。但需要确保电机符合驱动器的最小电感系数要求，并且所设定的电流极限值小于或等于电机的额定电流。
事实上，如果您能确保在设计中让电机以较低的电压（因此较低的速度）运行，这是有益的。低电压运行可以降低电机的电刷磨损，减少电流消耗，延长电机寿命。然而，需要权衡电机大小和性能需求，因为过度驱动电机可能会减少产品的使用寿命。
17. 如何选择适当的供电电源？
为应用选择适当的供电电源需要考虑几个关键因素：
电源电压：推荐选择电源电压值比应用的最大需求电压高10%~50%。这个百分比取决于电机的参数和系统内的电压降。
驱动器的电流：确保电源电压足够传送应用所需的电流。需要计算应用的所有功率需求，然后增加5%以确定所需的电流值。
不同应用的电源需求各不相同，因此在选择供电电源时要谨慎考虑所有因素，以满足应用的电源要求。
18. 伺服驱动器的工作方式选择
伺服驱动器通常提供不同的工作模式，如位置模式、速度模式和转矩模式。选择适当的工作模式取决于应用的需求。不同的模式适用于不同类型的运动控制任务。例如，如果需要精确的位置控制，可以选择位置模式；如果需要恒定的速度控制，可以选择速度模式；如果需要精确的力矩控制，可以选择转矩模式。
19. 驱动器和系统的接地
在处理驱动器和系统的接地时，需要注意以下几点：
如果没有隔离电源和驱动器的直流总线，不要将直流总线的非隔离端口或非隔离信号的地连接到地。这可能会导致设备损坏和人员伤害，因为直流总线地和大地之间可能存在很高的电压差。
多数伺服系统中，所有的公共地和大地在信号端是接在一起的。这可能会导致地回路受到噪音影响，产生流到不同参考点的地电流。为了保持命令参考电压的恒定，需要将驱动器的信号地连接到控制器的信号地，以确保电路的正常运行。
屏蔽层的接地是一个复杂的问题。屏蔽层应该在其电路内部的参考电位点上接地，以防止地电流流过屏蔽层，从而减少噪音影响。
20. 为什么减速器不能与电机在标准转矩点上完全匹配？
减速器通常不能与电机在标准转矩点上完全匹配，因为电机产生的最大连续转矩要考虑到很多因素。如果每个减速器都被设计为匹配其转矩，那么减速器内部的齿轮组合将非常复杂，这将增加产品的体积和材料成本。为了保持产品的高性能和小体积，通常会选择减速比，以使电机在减速器输出轴上产生适当的转矩，而不必过分复杂化减速器的内部结构。
21. 如何选择电动缸、滑台和精密平台类产品？
选择电动缸、滑台和精密平台类产品时，关键是根据应用的运动参数要求来确定具体的技术条件。这些参数必须满足实际需要，既要满足应用要求，又不要过高，以免增加成本。例如，如果0.1mm的精度足够用，就不需要选择0.01mm的参数。同样，负载能力、速度等参数也需要根据应用需求来选择。
另一个选择建议是不要同时要求推拉力或负重、速度和定位精度这三个主要参数都非常高。致动执行器是高精度的机电一体化产品，需要从多个方面考虑和选择，包括机械结构、电气性能、材料特性、材质和处理方法等。因此，在选择产品时，要综合考虑所有因素，以确保满足应用的整体运动参数需求。
总结而言，伺服电机和步进电机的选择，驱动器的配置，以及伺服系统的维护和调试都需要谨慎考虑，以确保系统的性能和可靠性。不同的应用将需要不同的配置和解决方案，因此在选择和使用伺服系统时，最好咨询专业的工程师和供应商，以确保系统的顺利运行和最佳性能。
