步进电机在工业自动化领域的应用

步进电机在工业自动化领域的应用

步进电机在工业自动化领域扮演着重要角色，它们凭借简单的设计、经济的价格和出色的低速扭矩性能而广受欢迎。随着技术的进步，步进电机的性能不断提升，应用范围也在不断扩大。本文将详细介绍步进电机的工作原理、结构特点，并与伺服电机进行对比分析。

工程师依靠运动控制设备来提高自动化工厂车间的效率和生产率，或者至少对其进行维护。一类这样的设备，步进电机，由于其实现简单，具有吸引力的性价比，低速时的高扭矩而被广泛使用。过去，步进电机在苛刻的应用中无法跟上伺服电机的发展，但是最近的进步极大地提高了步进电机的性能，扩大了它们可以发挥积极作用的领域。

步进电机通常用于要求苛刻的应用，如包装机。下面介绍这些进步，并概述机器自动化的其他两个领先的运动控制设备：伺服电机和变频驱动器 （VFD）。

前三种电机/驱动类型

工程师可以从多种电机、驱动器和控制器中进行选择，以满足当前应用的需求，如扭矩、速度和尺寸。

• 步进电机：通常包括电机、驱动器和控制器。电机为无刷直流版本，在旋转过程中以同等大小的固定步长移动，并且一次仅旋转一步。步进电机具有简单的设计和控制，不需要调谐或调整。它们在 1，000 rpm 转速以下时提供出色的扭矩，成本是同类伺服系统成本的二分之一到三分之一。其输出扭矩随着速度 （rpm） 的增加而减小，使其难以操作。不仅如此，对于直流供电应用，在转速超过 1，000 rpm 且交流供电应用超过 1，500 rpm 时，很难从中获得有用的工作。

• 伺服电机：由电机、驱动器、控制器和位置反馈装置组成。它们可在 2，000 rpm 以上转速下提供高扭矩，是可变负载应用的首选步进电机。它们也比步仅电机更复杂。

步进电机系统

步进电机设置的三个主要元素是电机、控制器和驱动器。这三个组件与可编程逻辑控制器（PLC）或PC一起使用，它们都提供多个步进电机之间的监督控制和协调。

所有的步进电机系统都由步进电机控制器、驱动和电机组成。大多数系统都连接到PLC进行监督控制。

• 控制器：精确调节步进位置、电机从步进到步进的速度以及由电机产生的转矩。它产生驱动器使用的控制信号。步进控制器可以是开环或闭环。开环控制器不需要从电机反馈，假设电机处于所需的步进位置并产生所需的转矩。闭环控制器使用基于电机负载的反馈，使性能更接近伺服电机。

• 驱动器：放大并修改来自控制器的信号，以调节流入电机绕组的电流的大小和方向。因此，它驱动步进电机到它想要的位置，并持有它与期望的扭矩量。

• 电机：几个线圈，这些线圈必须按特定的顺序通电，以使电机在每一步中旋转。典型的步进电机每步移动1.8度，相当于每360度转200步。一些步进电机在较小的步骤中移动，以提供更精确的定位。例如，每步0.9度，每360度旋转400步。