步進電機和伺服電機是自動化工業(yè)生產(chǎn)中常用的執(zhí)行電機，其應(yīng)用領(lǐng)域十分相似，但事實上兩者之間是存在一定差異的，本文通過說明兩者之間的特點和工作原理，進一步分析了兩者之間的區(qū)別，給實際生產(chǎn)運用提供了參考。

一、步進電機和伺服電機的主要特點

（一）步進電機的主要特點

1.步進電機沒有積累誤差。一般來說，步進電機的精度大約是其實際步距角的3～5%，且不會累積。

2.步進電機在工作時，電脈沖信號會按一定順序（例如A-B-C-A-B-C等）輪流加到各相繞組上。

3.步進電機與其它電機不同，其實際工作電壓和電流可以超過額定大小，但選擇時不應(yīng)偏離額定值太多。

4.步進電機外表允許的最高溫度可以達到80-90° C。

5.步進電機的力矩會隨著其頻率（或速度）的增大而降低。

6.混合式步進電機驅(qū)動器的供電電源電壓一般是一個較寬的范圍。

7.可以通過將電機與驅(qū)動器接線的A+和A-（或者B+和B-）對調(diào)即可改變其旋轉(zhuǎn)方向。

（二）伺服電機的主要特點

1.起動轉(zhuǎn)矩比較大，當(dāng)一旦給定子提供控制電壓，轉(zhuǎn)子就會立即轉(zhuǎn)動，所以伺服電機具有起動快、靈敏度高的特點。

2.運行范圍比較廣。

3.不會產(chǎn)生自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，正常運轉(zhuǎn)的伺服電機一旦失去控制電壓，電機立即停止運轉(zhuǎn)。

二、步進電機和伺服電機的工作原理

（一）步進電機的工作原理

步進電機可以將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為機械信號，步進電機每發(fā)送一個電脈沖，就可以使其旋轉(zhuǎn)一個固定的角度，稱為步距角。步距角的大小由其轉(zhuǎn)子齒數(shù)Zr和拍數(shù)N所決定。當(dāng)連續(xù)給電機發(fā)送多個電脈沖信號時，就可以使其進行連續(xù)運行。此外，可以通過改變發(fā)送的電脈沖信號的頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度，從而實現(xiàn)精確定位和調(diào)速的目的。

（二）伺服電機的工作原理

伺服電機內(nèi)部也同樣由定子和轉(zhuǎn)子組成，其轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的三相電首先在定子繞組中形成電磁場，而轉(zhuǎn)子在這種電磁場的作用下發(fā)生旋轉(zhuǎn)，與此同時伺服電機通過編碼器將轉(zhuǎn)動信號反饋給驅(qū)動器，通過閉環(huán)調(diào)節(jié)在驅(qū)動器內(nèi)調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度，從而實現(xiàn)精確的定位控制。

三、步進電機和伺服電機的區(qū)別

1.控制精度的不同

步進電機是通過發(fā)送電脈沖信號的數(shù)量來控制電機的轉(zhuǎn)動，一個脈沖對應(yīng)一個步距角，兩項混合式步進電機的步距角一般為 3. 6°或1. 8°，而五相混合式步進電機步距角可以達到0. 72° 或0. 36°。而伺服電機是通過控制發(fā)送脈沖時間的長短來控制電機所旋轉(zhuǎn)的角度，其精度是由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器所保證的，精度往往可以達到步進電機的幾千分之一，能夠?qū)崿F(xiàn)更加精確的定位控制。

2.低頻特性的不同

在低速運行時步進電機容易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。其振動頻率與負載情況和驅(qū)動器本身的性能有關(guān)，一般來說，振動頻率大概是電機空載時起跳頻率的一般。當(dāng)步進電機在低速運行時，需要額外采用阻尼技術(shù)等來減弱低頻振動現(xiàn)象，比如可以在電機上加阻尼器或者是在驅(qū)動器上采用細分技術(shù)等。而交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，不論在低速運行還是高速運行時都不會出現(xiàn)振動的現(xiàn)象，因為其具有共振抑制的功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整。

3.矩頻特性的不同

步進電機的輸出轉(zhuǎn)矩會隨著轉(zhuǎn)速的上升而降低，并且在較高轉(zhuǎn)速時會出現(xiàn)一個急劇的下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般需要控制在每分鐘300到600轉(zhuǎn)。而交流伺服電機在運行時屬于恒定轉(zhuǎn)矩的輸出狀態(tài)，所以在其額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能輸出額定得轉(zhuǎn)矩，需要注意的是，當(dāng)在額定轉(zhuǎn)速以上工作時，則為恒功率輸出。

4.過載能力的不同

步進電機一般不具備過載能力，而交流伺服電機具有較強的過載能力。例如松下交流伺服系統(tǒng)就同時具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載的能力，最大轉(zhuǎn)矩可以達到額定轉(zhuǎn)矩的3倍左右，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性轉(zhuǎn)矩。但是步進電機因為沒有這種過載能力，所以在選型時為了克服慣性轉(zhuǎn)矩，一般需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機，在正常啟動之后又只需要用到小部分能量，從而容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩浪費的情況。

5.運行性能的不同

步進電機所使用的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易都會導(dǎo)致其發(fā)生失步或堵轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，同時在停止過程中如果轉(zhuǎn)速過高也容易出現(xiàn)過沖情況。而交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器在運行過程中會對電機編碼器反饋信號進行采樣，從而進行實時的調(diào)整，一般也不會出現(xiàn)失步或過沖的現(xiàn)象，控制和運行性能更加可靠。

6.響應(yīng)能力的不同

步進電機從靜止開始加速到工作轉(zhuǎn)速所需要的時間大約為200到400毫秒。而交流伺服電機的響應(yīng)能力更好，以松下MSMA-400型的交流伺服電機為例，從靜止開始加速到3000r/min（額定轉(zhuǎn)速）僅需幾毫秒就夠了，可用于需要快速啟停的控制場合。

四、結(jié)論

綜上所述，交流伺服電機的性能在許多方而都好于步進電機。但是由于價格等原因，在一些控制要求不高的場合也可以使用步進電機作為執(zhí)行機構(gòu)。所以，在實際工業(yè)生產(chǎn)控制中，要綜合考慮控制要求、性能、成本、環(huán)境等多方面因素，進而選擇合適的控制電機。

（作者單位：無錫機電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校）