了解四步电机和伺服电机的区别：特性、应用和选择指南 (了解四步电机的方法)

引言

步进电机和伺服电机是工业控制中广泛使用的两种电机类型。尽管它们都由电信号驱动，但它们的结构、工作原理和应用却有很大不同。本文将详细介绍四步电机和伺服电机的特性、应用和选择指南，帮助读者了解这两种电机类型之间的差异，以便做出明智的决策。

四步电机

特性

• 由通电的线圈逐个激磁的定子组成，产生旋转磁场。
• 转子由永久磁铁制成，随着旋转磁场的变化而转动。
• 可以精确控制转子的位置，步长为固定的角度。
• 低速时扭矩大，随着速度的增加而降低。
• 结构简单，成本相对较低。

应用

• 打印机
• 扫描仪
• 数控机床
• 机器人
• 医疗设备

伺服电机

特性

• 由三相交流永磁同步电机组成。
• 转子由永久磁铁制成，定子由通电的线圈组成。
• 通过闭环控制系统，可以精确控制转子的位置、速度和扭矩。
• 高速时扭矩大，速度可控范围宽。
• 结构复杂，成本相对较高。

应用

• 工业机器人
• 机床
• 自动化设备
• 医疗设备
• 航空航天

选择指南

结论

四步电机和伺服电机是工业控制中具有不同特性和应用的两种电机类型。四步电机结构简单、成本低廉，适用于低速、低精度控制的应用。伺服电机提供高精度、高速度和可控扭矩，适用于对控制性能要求较高的应用。通过了解这两种电机类型的特性、应用和选择指南，工程师和设计师可以根据特定应用的需要选择合适的电机。

一、电机基本分类1、按输入电流划分1)直流电机原理：输入电流为直流通过电刷和换向片使电机转子持续不断的得到同一方向电流。 优点：直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑，过载能力较强，起动和制动转矩较大。 缺点：由于电刷易磨损，所以电机寿命不高；并且直流电机功率相对较小。 2)交流电机原理：输入电流为交流，用电磁铁代替永磁体，交流信号加载到电机定子上产生旋转磁通势，从而使电机绕组不断切割磁力线产生场力。 优点：寿命高，功率大，受到大电流冲击时不易损坏，冷却制动都较为方便。 缺点：精度低，调速性能较差。 2、按控制方式划分1)传统电机原理：模拟量输入，即对电枢绕组直接通电，对电机的控制完全取决于对输入电流和电压的控制。 优点：价格低，控制电路简单，功率可以做到很大。 缺点：精度很低，调速曲线很粗糙。 2)步进电机原理：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。 通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。 可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。 优点：由于是数字量输入，电机精度得到了极大的提高，速度与加速度控制很容易实现，且控制效果较好。 缺点：高速时性能差，控制器驱动器电路复杂体积大。 价格高于传统电机。 3)伺服电机原理：伺服电动机又称执行电动机，分为直流和交流伺服电动机两大类，伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。 伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。 优点：由于伺服电机自带电机编码器形成内闭环所以控制精度很高，能在高速下正常运行。 驱动器可与上位机直接通信。 缺点：价位高，进口商品供货周期长，维修费用高。 3、按换向方式划分1)有刷电机原理：电机电刷的原理与滑环类似，直流电机通过电刷将直流电输送到绕组上，电刷的存在使得电机在转动过程中不会绕线。 存在电刷的电机叫做有刷电机。 优点：有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，缺点：电刷需定期更换，电机寿命短，功率曲线非线性。 2)无刷电机原理：电信号加载到电机定子上，磁极对放在转子上，这样电机就不存在绕线问题，从而省去电刷，即无刷电机。 优点：无刷电机没有了电刷，运转时摩擦力大大减小，运行顺畅，噪音会低许多，而且寿命较高。 缺点：无刷电机需外接控制电路（无刷直流），控制较为复杂，且成本较高。 4、按电机外形划分1）柱式电机原理：柱式是电机的基本外形，无论传统电机、步进电机还是伺服电机绝大多数外形都是柱式的。 优点：转矩大，功率密度高，节约电能。 缺点：在某些场合下受安装条件限制较大，散热性较差，与盘式电机相比存在转矩脉动。 2）盘式电机原理：内部构造与柱式电机类似，采用无铁心电枢结构，外形扁平，轴向尺寸短。 优点：适合薄型安装，换向性能好，适合于频繁启动制动转向的场合，散热性好，不存在转矩脉动。 缺点：与柱式电机相比，转矩较小，功率密度小，不适合大功率应用。 5、力矩电机力矩电机是一种具有软机械特性和宽调速范围的特种电机。 这种电机的轴不是以恒功率输出动力而是以恒力矩输出动力。 其主要特点是具有软的机械特性,可以堵转.当负载转矩增大时能自动降低转速,同时加大输出转矩.当负载转矩为一定值时改变电机端电压便可调速。 原理：开环电流控制，内阻比普通电机大可以适应堵转。 优点：价格低，转矩大，堵转时不会损坏电机，当负载转矩增大时能自动降低转速，同时加大输出转矩。 缺点：无反馈，控制精度低，在不增加外设的情况下无法停在某精确位置。 二、选用原则1、从成本考虑传统电机<步进电机<伺服电机2、从电机转速要求考虑传统电机转速范围宽但调速不精确且不平滑，并且随转速降低功率也会降低，随之带来的是转矩降低；步进电机对转速要求更加苛刻，转速过低时会出现抖动和爬行现象，速度高时扭矩会大幅度降低，所以步进电机仅适用于中速运行情况。 伺服电机在转速方面优势很明显，基本没有明显的弱点。 3、从控制精度考虑传统电机因为是模拟量控制所以精度无法保证，步进电机和伺服电机是数字信号控制其精度要远高于传统电机，但是伺服电机自带编码器实现内闭环控制能有效的减少掉步的情况，并且通常情况下伺服电机步距角要远小于步进电机因此精度更高。