新一代信息技術(shù)的發(fā)展，使得無(wú)人化、物聯(lián)數(shù)字化生產(chǎn)的工廠成為了可能。而無(wú)人化的數(shù)字智能制造的關(guān)鍵，在于各類工業(yè)母機(jī)的機(jī)電自動(dòng)化和數(shù)字化。在我國(guó)，伺服電機(jī)的應(yīng)用廣泛，其中應(yīng)用最多的領(lǐng)域是機(jī)床(尤其是數(shù)控機(jī)床)，占比達(dá)20.4%，其次是電子制造設(shè)備、包裝機(jī)械、紡織機(jī)械、工業(yè)機(jī)器人、塑料機(jī)械等行業(yè)，比重分別為16.5%、12.6%、12.1%、8.7%、8.2%。

　　伺服電機(jī)系系統(tǒng)

　　有數(shù)據(jù)表明，未來(lái)在新一代的機(jī)電裝備中，隨著各關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，雖然未來(lái)5年的增速會(huì)放緩，但仍將緩慢增長(zhǎng)。至2026年，伺服電機(jī)行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)225億元。

　　伺服電機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模

　　那么，步進(jìn)電機(jī)與伺服電機(jī)之間有什么本質(zhì)不同呢?同為伺服電機(jī)家族里的同步和異步電機(jī)是怎么區(qū)分的呢?

　　步進(jìn)電機(jī)與伺服電機(jī)

　　步進(jìn)電機(jī)

　　是一種具有“高精度定位運(yùn)行” 的同步電動(dòng)機(jī)。它的驅(qū)動(dòng)器根據(jù)從控制器所輸出的脈沖信號(hào)來(lái)控制電動(dòng)機(jī)步進(jìn)同步，以設(shè)計(jì)的步距角(分辨率)來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)。它的特點(diǎn)是：僅用控制器、驅(qū)動(dòng)器、電動(dòng)機(jī)以開(kāi)環(huán)控制方式，就可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的、高精度定位運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)。

　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在本體結(jié)構(gòu)上的最大特征，是在組裝了線圈的定子內(nèi)側(cè)、轉(zhuǎn)子的外側(cè)有“小齒”，并在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部組裝了永磁鐵。

　　伺服電機(jī)

　　伺服電機(jī)本體搭載旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器(編碼器)，向驅(qū)動(dòng)器反饋電動(dòng)機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)位置/轉(zhuǎn)速。驅(qū)動(dòng)器通過(guò)演算從控制器發(fā)出的脈沖信號(hào)(位置指令/速度指令)與反饋信號(hào)(當(dāng)前位置/速度)的誤差，將此誤差控制為0，進(jìn)行電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的控制。通過(guò)使用電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、編碼器構(gòu)成閉環(huán)控制，可以進(jìn)行高精度定位運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)。

　　在本體結(jié)構(gòu)上，伺服電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)機(jī)的尾部搭載旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器(編碼器等)，來(lái)檢測(cè)位置和速度。

　　此外，在以下幾個(gè)方面，也是首選伺服電機(jī)的重大理由：

　　在功率輸出的選型上也有很大的不同。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與AC伺服電動(dòng)機(jī)因構(gòu)造的不同以及使用場(chǎng)合的不同，對(duì)應(yīng)選型的功率規(guī)格也不同。當(dāng)有高輸出功率的必要時(shí)，如功率超過(guò)100W時(shí)，通常首選AC伺服電動(dòng)機(jī)。

　　轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性和定位時(shí)間不同。定位距離短，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)根據(jù)收到的脈沖信號(hào)同步旋轉(zhuǎn)，低轉(zhuǎn)速領(lǐng)域內(nèi)轉(zhuǎn)矩大(起動(dòng)/減速時(shí)響應(yīng)性優(yōu)越)，伺服電動(dòng)機(jī)動(dòng)作會(huì)較脈沖信號(hào)延遲(受積存脈沖的影響)，低轉(zhuǎn)速領(lǐng)域內(nèi)比步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩小。定位距離長(zhǎng)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在高速領(lǐng)域內(nèi)比伺服電動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，伺服電動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速領(lǐng)域內(nèi)比步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩大(高速性能優(yōu)越)。

　　在停止精度的差異大。因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜止角度誤差受小齒的加工精度的影響，在小齒齒距為7.2°周期時(shí)有誤差減少的傾向(因勵(lì)磁相完全相同，所以不受定子小齒的誤差影響)。所以，以7.2°為單位進(jìn)行定位時(shí)，靜止角度誤差也變小。伺服電動(dòng)機(jī)停止位置精度，受編碼器的分辨率和編碼器與電動(dòng)機(jī)組裝精度的影響。所以，若只將編碼器調(diào)整為高分辨率的話，定位精度不會(huì)提升。

　　同步性方面。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)因?yàn)槭情_(kāi)環(huán)控制，與輸入的脈沖進(jìn)行同步運(yùn)行。只要脈沖指令同步輸入，就可以進(jìn)行多臺(tái)電動(dòng)機(jī)幾乎相同的運(yùn)行。伺服電動(dòng)機(jī)因?yàn)槭情]環(huán)控制，相對(duì)脈沖指令發(fā)生遲延?？刂贫嗯_(tái)電動(dòng)機(jī)時(shí)，因遲延時(shí)間各不相同，有互相干擾運(yùn)行不穩(wěn)定情況的發(fā)生。

　　那么，都是伺服電機(jī)的伺服同步電機(jī)(永磁同步)和異步電機(jī)之間，又有什么不同呢?

　　伺服電機(jī)分類

　　如果我們僅從電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況來(lái)觀察，也可以很容易得出以下簡(jiǎn)單易懂的結(jié)論。

　　異步伺服電機(jī)

　　三相交流異步電機(jī)

　　同步伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)

　　1、控制速度不同

　　同步伺服電機(jī)控制速度快，從發(fā)動(dòng)到額外轉(zhuǎn)速只需幾毫秒，而相同情況下異步電機(jī)卻需求幾秒鐘。

　　2、發(fā)動(dòng)扭矩不同

　　同步伺服電機(jī)較異步伺服電機(jī)發(fā)動(dòng)扭矩大，能夠帶動(dòng)大慣量的物體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。

　　3、功率密度不同

　　相同功率規(guī)模下，同步伺服電機(jī)能夠把體積做得更小、重量做得更輕。

　　4、運(yùn)轉(zhuǎn)效率不同

　　同步伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率高， 可支撐低速長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)，異步伺服電機(jī)支撐高速長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　5、斷電時(shí)情況不同

　　同步伺服電機(jī)斷電無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，可快速控制中止動(dòng)作，異步伺服電機(jī)斷電有自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

　　伺服同步與異步伺服的區(qū)別示意

　　總之，由于伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象;伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件時(shí)具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。因此，伺服電機(jī)系統(tǒng)在精度、矩頻、過(guò)載等性能上的優(yōu)勢(shì)，比步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)具有更廣的應(yīng)用范圍，在機(jī)床工具、紡織機(jī)械、印刷機(jī)械和包裝機(jī)械以及新一代的機(jī)器人、新能源汽車、光伏風(fēng)電等清潔能源裝備等工業(yè)母機(jī)領(lǐng)域，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。