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【博客大赛】步进电机、伺服电机、舵机的原理和区别

有网友常会问步进电机、伺服电机和舵机有什么区别?步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件,是一种感应电机。伺服电机(servo motor )是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。所谓舵机,其实就是个低端的伺服电机系统,它也是最常见的伺服电机系统。最近,在网上看到了一个很形象的比喻和一个很通俗易懂的应用案例,可以很好的解释步进电机、伺服电机和舵机有什么区别,分享出来,相信大家一看就能明白。
形象比喻
知乎网友花生给了一个很形象的比方,将电动系统比作机械系统。
定子就是主动轮,转子就是从动轮,电磁力就是传动媒介。(实际上应该说是定子磁链和转子磁链)。
伺服电机(舵机)的媒介就像一个皮带,简单粗暴,连续性好,但起动和重载时会打滑(转速差或失步),所以转速信号需要一个传感器来计量;
 
步进电机的媒介就像一个链条,因为齿和齿啮合的很好,稳定运行不打滑,不用传感器亦可以通过计算得到位置信号。
 
那么他们的区别是什么呢,除了结构,其实并没有什么区别,只是因应用场景不同而不同,在需要高速大转矩运行的场合,用伺服,其余的可以考虑步进。
你问为啥?显然链条都摩擦掉了(无功)。
就像你要赶路的时候要跑,要测距的时候要走,那走和跑真的有区别么。
更浅显的例子说明
知乎网友臧风则用了一个更为浅显的例子来回答步进电机、伺服电机和舵机的区别。
一个公司里有两名优秀员工,分别为宝马和拖拉机!宝马车上还搭载了纯现代化通讯装备,拖拉机上没有任何通讯设备!
任务一:距离100公里需要1小时送达一份文件。
谁去?当然是宝马先生了!因为高大上的宝马同学速度快!一路飞奔不用说,关键是路上通过先进的通讯设备回传回来了无数路况信息,领导坐在办公室里随时掌握了所信息。文件安全送达之后还及时回来报告!
任务二:草场上洒水,要求五小时洒完OK。
什么?5小时?快点行吗?还真不行!快了水洒不均匀。那好吧!谁去?还是宝马兄?这活还用的着高大上吗!拖拉机同学该他了,领了任务后勤劳无怨的干完后就自己回家了。任务全程无请示无汇报!时间长了领导还得自己去看看拖拉机同学,防止他遇到困难。个别情况因为气候环境等因素,路况车况出现问题拖拉机同学因无通讯设备无法及时汇报,可能会耽误任务完成。
事实就如此,各干各活!各回各家!生活当中肯定不会有用宝马车当洒水车!可电机使用当中,有不少朋友们因为对它们性能区别不是特别了解,经常会发生伺服电机去干步进电机任务的。
步进电机和伺服电机在选型使用上最大的区别是:
1.转速要求不同。步进适合低转速场合,转速调整范围较小的场合。伺服电机可控转速较大的场合。
2.可控可靠性不同。因为伺服电机有反馈信号,因此在控制系统里里,可以实现高可靠性控制。
3.输出转矩要求不同。目前国外和国内,步进电机最大系列为130框。最大输出静转矩为50牛.米。伺服电机可以有180框以上,60牛.米以上的输出转矩可选。
纠正几个方面认识上的误区:
一:步进电机精度比伺服电机低。实际上控制精度够则可!精度高低是相对的。
二:步进电机和伺服电机同功率的情况下,步进电机扭矩小。步进电机输出扭矩与工作转速有关系。伺服电机则为恒扭矩。以750W步进与交流伺服电机为例,低速情况下,步进输出的扭矩是伺服的几倍甚至十几倍!
三.步进电机用在低精度场合!
错!!!步进电机也可以用在好多高精度场合,步进电机使用远远不止答主上列的几项。无论从哪个方面讲伺服电机也不可能把步进电机淘汰掉。未来相当长的时间里,这两种电机都会平行存在。
四:伺服电机与伺服系统!
电机是电机,系统是系统。简单的讲,伺服电机就是把一个电机加上了反馈控制信号,就是成了伺服电机。给直流电机上加就是直流伺服电机,给交流电机上加就是交流伺服电机!要是分类的话伺服电机应该隶属直流和交流电机类别目录下!
很有意思的是,知乎上点赞最多的冷哲的回复和臧风强调的认识上的误区有一定矛盾:
 
其实伺服电机是这么一种电机,它主要用于比较精准的位置、速度或力矩输出。准确地说,伺服电机不是说一个电机,而是一个系统。所以仅仅一台电机都不能算是伺服电机,因为他们并不具备伺服电机的功能。伺服电机是一个电机系统,它包含电机、传感器和控制器。直流无刷电机可以是伺服电机里面的一部分,交流电机也可以是,但他们并不是伺服电机。作为一个系统,它可以有减速齿轮,也可以没有。
电机是个很常见的东西,但是认清所有的电机原理,什么场合选择何种类型的电机,这些都不是件容易的事。

博主
ruby.gao@ubm.com
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