華中科技大佬一週講完的【電機選型】零基礎教程，從步進電機、伺服電機到直線電機等等，涵蓋了所有電機知識，這還學不會，我退出機械圈！！ P3 - 電機選型：步進電機優劣勢

爲什麼在自動化設計結構當中 我們放着好好的四副電機不用 而選擇步進電機呢 步進電機到底有哪些優點 又有哪些缺點 要讓我們工程師又愛又坑 這節課我們來詳細的分析 讓大家後期能夠做好清晰的選擇 在做對應結構設計的時候 首先大家要知道 其實我們在做設備研發的時候 我們遵循的原則就是夠用就行 轉速夠用就行 力矩夠用就行 成本最好是最優 那在設計過程中的話 其實步進電機在這方面 其實非常有優勢的 我們在分析它的優劣勢的時候 我們從四個方面來進行這樣的一個分析 第一個是控制與精度 第二個我們要講到它的性能 其實它的性能還是比較完美的 在有一些地方上面 它是優於四副電機的 第三個成本 我們有時候做設備 就是更多的是關注成本能不能更低 也就是說實現貨物功能 以及要求的時候 那如果是成本能夠做得更低的話 一方面我們可以增加利潤 第二方面的話 我們在報價的時候 更低就更具備拿單的優勢 如果是我們在考慮成本的時候 也要考慮它後期的這樣的一個維護性 當然還有一些其他性能 其他性能也是比較優秀的 它也會受到一些因素的影響 我們也可以綜合來講一講 首先我們第一個來講控制與精度 大家都知道我們在做設計的時候 大部分用到的電機是HiWire的部機電機 那麼HiWire部機電機 總控制方式它簡單可靠 它不需要昂貴的編碼器反饋 系統成本低 結構比較簡單 所以在這一個方面 它是有優勢的 就是控制簡單 HiWire控制 當然這裏面我們也把筆記給大家打出來一下 HiWire控制簡單可靠 然後這個雖然說它屬於HiWire控制 但是我們在做設計的時候 大家會發現 部機電機它位置精度還是比較高的 它沒有累積物差 每步的精度通常在3%到5%之間 而且有良好的起停和反轉響應 所以在很多桌面式設備當中 我們可以採用它 那一般的這個軸 比如說我們的運動軸 不管是你是這種絲桿的 還是同步帶的 只要跑的不是特別快 那我們也可以選擇部機電機 但是這種HiWire控制的話 它也會帶來一些弊端 比如說最簡單的就是丟步 比如在HiWire控制下負載突增 突然增大了這樣的負載 或者是速度過高 它會導致丟步或者哈死 系統無法自知 這是因爲什麼呢 這是因爲我們的這樣的一個電機支線 我們在講到控制組成的時候有講過 那驅動器的話 它就是負責發脈衝給電機 電機進行旋轉波 但是它沒有反饋 沒有反饋的話 那也就是說它賺了多少 我的驅動器是不知道的 那我都不知情 你自己在幹你自己的 所以這個時候我就沒有辦法對你進行調整 因此像這種HiWire控制的話 就有可能導致就是走位不準 尤其是在高速情況下 當然現在也有一種電機 叫做閉環部機 大家可以看到 我們傳統的部機電機的話 只有這幾根線 稱之爲動力線 但是的話 像這一類部機電機 它屬於閉環部機 那閉環部機的話 它有一個特點 大家可以看一下的 它尾端有一個編碼器 那麼它屬於57部機電機 但是它帶了編碼器的話 它就屬於閉環部機 所以它會有位置反饋 這種電機的話 它比HiWire部機要可靠一些 它的轉速以及它的力矩也會更好一些 那至於這種電機的特性 我後期會有專門一節課來給大家講 我們現在先不表 那當然呢 還有一個特點 就是它的一個劣勢 就是精度有限 什麼意思呢 像我們的這樣的一個電機的話 它除了會丟步之外 它的精度還是有限 因爲它的佈局角 雖然說能夠細分 但是細分的這樣的一個級數還是有限 不如像四部電機一樣 有那麼高的分辨率 所以我們如果是需要高精度的 這一個控制的 我們還是需要選擇四部電機 這是我們的控制與精度方面 在性能方面 其實它性能有一個特點非常優秀 之前我們也講過 就是低速扭矩大 我們同規格同尺寸的四部電機 與同規格的步進電機相比 在低速情況下 力矩它是不如步進的 我給大家看一個圖 大家可以看到 我給大家打開一個性能圖片 這是我們步進電機 四部電機同尺寸規格的 速度與轉矩的特性圖 然後在上面 大家看到這個2.5牛米的 和1.5牛米的是步進電機 然後這個1牛米和0.7牛米 左右的是四部 那也就是說 在轉速爲0的情況下 也就是通電 但是靜止的情況下 步進電機迸發出來的力矩要更大 所以如果是我們在低速 高扭矩的場景下應用 那我建議可以優先選擇步進 但是高速就不行了 大家看到高速的話 它下滑的特別厲害 也就是說這個力矩的話 它會隨着轉速升高而降低 這也是丟步的主要原因 所以如果是高速 要保持大力矩的話 那這個時候肯定是四浮了 那當然靜止是它能夠全扭矩鎖定 就是它的保持力矩比較大 這也就是它的一個特性 那麼其中的話 大家注意到的 我們其實剛纔 把它的一個劣勢也給大家講明白了 就是高速性能下降 高速時的話 這個性能下降 它是有原因的 它有電感和反電動式的影響 後面我會給大家講到 那它也存在共振區 就是說在特定的轉速下 可能會發生震動和噪音 需要避嗨 避嗨的話 我們可以通過加減速機 或者是通過這個細分驅動來克服 一般情況下 像兩相的這樣的一個步進電機 它會存在的這樣的一個共振的話 大概就是60到70轉每分鐘左右 這個共振區其實它很討閒 因爲我們在做設計的時候 如果是它發生共振的話 這個東西一方面影響觀感 一方面影響我們整個的一個運動 那也就是說 我們可以通過多種方式來進行規避 這個東西倒是也不是特別影響 能夠解決 還有就是一個效率比較低 這個東西它效率比較低 它體現在哪裏呢 就是它通電 但是呢 它靜止它也發熱 所以它能耗比較高 所以這是步進電機的一個 比較大的一個缺點 有時候發熱嚴重的話 會導致失磁 或者是磁性下降 從而導致的就是我們電機的輸出力矩會下降 好我們在成本維護性方面的話 我們來聊一聊 這是第三個點 第三個點就是它系統成本低 比如說我們在進行這樣的一個設計用的時候 選擇一套步進電機 也就200到300塊錢左右 一套伺服電機 如果我們選擇以雷賽的這個伺服 或者是以匯傳的伺服爲例 那匯傳的伺服的話 可能1400 1600左右一套 所以如果是同樣的 設計一個我們的直線模組 對吧 那麼我們在進行設計用的時候 簡單一些 如果採用步進電機的話 它的成本可能做的更低一些 那因此性價比要高很多 而且它結構堅固 維護比較簡單吧 好但是呢 它有一個問題點 也是我們剛纔講到的 它長期運行發熱 可能會影響壽命和精度 尤其是我們這個電機 它在選行的時候 沒有進行安全係數的 這樣的一個增加 那麼這個時候的話 在長期運行的時候 發熱可能會導致 它會進行超載報警 當然相比於直流油刷電機的話 控制電路會複雜一些 所以這也是它的一個 稍微一丟丟的劣勢 那麼在其他方面 就是多臺電機 它可以進行同步運行 所以它的同步性比較好 那當然這裏面的 同步性比較好的話 是正常運行 比如說我們在做 這樣的一個自動化設備的時候 像我們進行輸送機的驅動 大家看到 這裏面用到了 嚴控的部機電機 而且是一體式的部機 那這裏面左右的 這一個輸送線 它是分開驅動的 因此我們採用這種 部機電機進行驅動的話 它的同步性比較好 但是在做設計的時候 也要注意到 也就是說如果是大負載的 大負載的話 我們不能選用部機電機 像龍門架 龍門架如果是 我們採用進行雙驅 這裏採用部機是不行的 我們一般情況下 會選擇四幅 四幅進行雙驅 那麼它可以 第一個高速 高負載運行 高精準度的進行 這樣的一個反饋 進行定位 然後的話 它的這樣的一個 我們的龍門式的結構算法 它也更加的全面 所以現在我們進行 這樣的一個龍門式 結構的驅動 利用同步進行 這樣的一個運動的話 一般是主隨從動 那從隨主動 一般是從隨主動 然後這一類的電機 多以四個爲主 我們部機電機的 這個同步性的話 也就是你在 獨轉的情況下 或者是超過負載時 它會破壞同步 所以的話就是 一般你一定要教和一下 這個負載與電機 規格選行的合理 當然就是 部機電機的話 在運行的時候 其實它不是特別平滑 因爲它存在震動與噪音 尤其是在低頻和共振區的話 所以也就是說像 在這個方面的話 它是不如四幅的 我們綜合的來聊一聊 它的一個特性杯 我們做一下總結 就是說我們在做設計的時候 選擇部機電機 那麼什麼是 這個主要的一個好梁呢 就是成本是關鍵的好梁 因爲部機電機的話 它的成本可以做的 性價比很高對吧 你需要開環控制的 這個簡單性 應用中低速運行 且扭矩足夠 包括像我們的位置控制精度 要求是常規等級的 允許一定的發熱和噪音的 那這個時候的話 這個你選擇部機電機 絕對沒錯 當然呢如果是 我們選擇四幅電機 當然我後期會給大家錄製一套 四幅電機的專輯 那麼這裏面的話呢 就是要有更好的動態性能 你要有更高的這種動態性能 尤其是高速高響應的時候 你要求有極高的精度 和閉環的位置驗證 包括負載變化比較大 需要防止丟步啊 能效比要求比較高的時候 這個時候你就要選擇四幅 所以四幅的在高速情況下 尤其是高響應的情況下 這個特性是甩嗨 部機電機幾條街的 因此的話呢 部機電機以其優異的性價比 簡單的嗨還位置控制能力 在衆多對成本和可靠性 有要求的精密運動控制領域 它佔據了不可替代的地位 我們在做設計的時候 要根據結構的需求 以及這樣的一個具體情況 進行選擇 以上的話呢 就是我們步進電機的優劣式 以及它的一個特性對比啊 當然的話呢 大家如果是想學習更多 關於電機系統傳動工廠之外 裏面不見的一些 選行和設計的相關知識 可以關注我 大家在評論區留言 可以刷666 也可以免費領取到 我這個課程筆記 好吧好 那麼我們可以免費分享給大家 這期我們就先講到這裏 我們下期課再見