步进电机与伺服电机驱动原理详解

教育   2024-11-02 08:01   重庆  

   步进电机原理

   步进电机是一种专门用于精确控制的特种电机,它将电脉冲信号转换为机械角位移。每当步进驱动器接收到一个脉冲信号时,它会驱动步进电机按照预设方向转动一个固定的角度,这个角度被称为“步距角”。步进电机的旋转是逐步进行的,每一步都对应一个固定的角度。通过精确控制脉冲的数量,可以准确控制步进电机的角位移量,实现精确定位。同时,通过调整脉冲的频率,可以控制电机的转速和加速度,实现调速功能。如果改变绕组通电的顺序,步进电机将实现反转。

   驱动器原理

   步进电机需要配合专用的步进电机驱动器使用。驱动器由脉冲发生控制单元、功率驱动单元和保护单元等组成。脉冲发生控制单元负责接收脉冲和方向信号,并生成相应的驱动脉冲。功率驱动单元将这些脉冲放大后直接耦合到步进电机上,作为步进电机与微控制器的功率接口。

   步进电机的运行方式受驱动器脉冲给定方式的影响,包括m相单m拍运行、m相双m拍运行、m相单双m拍运行以及细分驱动等。细分驱动技术通过给出不同幅值的驱动信号,提高了步进电机的转动力矩和分辨率,并消除了低频振荡现象。

   技术数据

   步进电机的重要技术数据包括最大静转矩、起动频率和运行频率等。步距角越小,电机的最大静转矩越大,起动频率和运行频率也越高。

   伺服电机原理

   伺服电动机,又称执行电动机,在自动控制系统中用作执行元件。它将接收到的电信号转换为电动机轴上的角位移或角速度输出。伺服电机分为直流和交流两大类。

   伺服电机接收到一个脉冲信号时,会旋转一个对应的角度,从而实现位移。由于伺服电机本身具备发出脉冲的功能,因此每旋转一个角度都会发出对应数量的脉冲。https://www.dgdqw.com这样,与接收到的脉冲形成了闭环控制,系统能够精确知道发送了多少脉冲给伺服电机,并同时接收了多少脉冲反馈,从而实现精确控制。

   伺服电机的驱动器根据不同类型的伺服电机有所不同。

   1.有刷直流伺服电机驱动器:工作原理与普通直流电机相同,采用三闭环控制结构(电流环、速度环、位置环)。

   2.无刷直流伺服电机驱动器:供电电源为直流,通过内部三相逆变器逆变成交流电供给电动机,同样采用三闭环控制结构。

   3.交流伺服电机驱动器:由功率板和控制板组成。控制板通过算法输出PWM信号作为驱动电路的驱动信号,控制逆变器的输出功率,从而驱动三相永磁式 

   4.同步交流伺服电机。功率驱动单元通过AC-DC-AC的变流过程为电机提供动力。

   性能比较

   1.控制精度:步进电机的精确度取决于其相数和拍数,而伺服电机的精确度则取决于自带的编码器刻度。

   2.低频特性:步进电机在低速时易出现低频振动,需采用阻尼技术或细分技术克服;而伺服电机运转平稳,无振动现象。

   3.矩频特性:步进电机的输出力矩随转速升高而下降,而伺服电机在额定转速内为恒力矩输出,额定转速上为恒功率输出。

   4.过载能力:步进电机不具备过载能力,而伺服电机有较强的过载能力。

   5.运行性能:步进电机为开环控制,易出现丢步或堵转现象;而伺服电机为闭环控制,性能更可靠。

   6.速度响应性能:步进电机的加速时间较长,而伺服电机的加速性能较好,适用于快速启停的控制场合。

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