何时应从步进电机转向伺服电机呢？

步进电机已在运动控制领域赢得了一席之地。 它们性能可靠、经济高效，适用于各种机器轴。 对于负载可预测的点对点运动，它们仍是明智的工程设计之选。

那么，何时应从步进电机转向伺服电机呢？ 答案是：当您的机器使用场景开始超出步进电机可靠运行的能力范围时。 现代机器所面临的要求已经发生了变化。 如今，机器人和内部物流设备对每根轴提出了更高的要求：更短的循环时间、更紧密的协调配合，以及在可变负载下的一致性能。 随着这些要求的提高，许多设计人员在考虑是否改用伺服电机时会陷入纠结。

让我们一起探讨步进电机向伺服电机转换的合理时机，以及转换过程中的注意事项。

您是否在努力突破步进电机的极限？

了解步进电机的工作原理以及它在哪些条件下会达到极限，这有助于您在设备停机或重复精度下降等情况出现之前，及时识别需要转换的时间点。 随着性能要求的提高，步进电机的三种局限性可能会随之浮现。

1. 转速更高时转矩下降。
   由于绕组电感和铁芯损耗，步进电机通常会在 1000 RPM 左右开始失去可用转矩。 在该转速范围内，步进电机可在紧凑的封装内提供强劲的转矩。 但一旦超越该范围，可用转矩就会快速下降，而这正是众多应用场景对于转矩需求最高的时候。
2. 无论负载如何，恒流驱动器都会发热。
   不论应用场景是否需要，步进电机都会消耗全额电流。 这会造成两种效率损失。 首先是热能损失，因为被浪费的能量转化成了热量。 其次是电能损失，因为消耗的功率超过了实际工作所需。 相比之下，伺服电机仅会消耗所需的电流。
3. 开环架构无法捕捉丢步问题。
   传统的开环步进电机会发送脉冲并假设电机会跟随这些脉冲。 在可变或动态的负载下，电机无法检出并纠正丢步。 目前已有闭环步进电机通过增加编码器来验证位置并纠正丢步。 然而，它仍然无法与真正的闭环伺服电机的动态响应能力相提并论。

价格适中的伺服电机如何缩小成本差距？

认为伺服电机对于中端轴来说设计过度且成本高昂的传统观点已经不再成立。 运动控制的经济性已然发生变化，尺寸适中的伺服平台如今能够提供更多价值。 它们具有更强的性能，降低了集成复杂度，并采用标准安装方式和现代工业连接方式，同时在价格方面也具有竞争力。 认为伺服电机对于中端轴来说设计过度且成本高昂的传统观点已经不再成立。 运动控制的经济性已然发生变化，尺寸适中的伺服平台如今能够提供更多价值。 它们具有更强的性能，降低了集成复杂度，并采用标准安装方式和现代工业连接方式，同时在价格方面也具有竞争力。 

采购成本之外的考量

通常，步进电机表面上看似更具性价比。 但是，一旦您将过度选型（为了达到峰值转矩）、更高的运行温度、能量损耗以及长期运行成本的影响等因素纳入考量，两种技术之间的成本差距就会缩小。 当您试图达到伺服级别的性能时，这一点尤为明显。

为何科尔摩根高效伺服电机可满足所有需求

对于需要闭环性能的成本敏感型轴来说，科尔摩根高效伺服运动控制系统是一种理想而实用的中间方案。 高效伺服电机具有高分辨率绝对反馈和多轴同步能力，可提供真正的闭环伺服性能，同时可有效扫除传统上制约伺服电机普及的诸多成本与复杂性难题。

• 以步进电机的价格获得伺服级的性能。 科尔摩根高效伺服系列不仅具有真正伺服系统才有的高精度、快速响应和高可靠性，同时与高端伺服电机相比可节省约 30% 的成本。 这有助于缩小步进和伺服解决方案之间的差距。
• 简化的安装与调试。 经过预先匹配的电机、驱动器和单电缆连接降低了布线和设置的复杂度。 自动电机识别和科尔摩根 Workbench 中的“快速设置”工作流可帮助您在 20 分钟内快速启动机器运行，即使对于伺服经验有限的团队也同样适用。
• 标配绝对反馈功能。 每一台电机都具有集成式 SFD-M 多圈绝对反馈功能，既消除了电池维护需求，同时又能在多个电力循环中保留位置信息。
• 支持随时交付，无需等待。 长久以来，步进电机的一大优势便是其供货能力和交付速度。 科尔摩根高效伺服系列同样达到了这一标准。 凭借充足的库存、较短的交付周期以及对 EtherCAT®、EtherNet/IP™ 和 PROFINET® 的支持，科尔摩根高效伺服系列使您能够在各种机器设计中更轻松地实现伺服技术的标准化。

对于因成本计算结果不佳而推迟选用伺服技术的 OEM 机器制造商，科尔摩根高效伺服系列将彻底改变这一局面。 

从步进电机转向伺服电机的六个信号

单个信号通常不足以成为转换的理由。 在更多的时候，多个信号会共同出现并指向相同的结论。

信号 1：转速和转矩需求日益上升

相比于步进电机，伺服电机的转速高出两到四倍，同时可在更宽的范围内保持一致的转矩输出。 随着转速和转矩要求的提高，步进电机的可用性能窗口在不断收窄。 为了弥补这一点，机器制造商通常需要选择更大规格的电机，从而在更高的转速下维持转矩，而这同样增加了发热和能耗。 如果为了满足性能目标而不得不过度选型，那么也许是时候考虑选用能够更加高效提供所需转速和转矩的伺服电机了。

信号 2：您需要真正的闭环反馈功能

当质量、精度或过程控制需要实时掌握轴的真实位置时，开环运行便不足以满足需求了。 如果您为了安心已在步进电机上安装了编码器，那么该架构实际上已经说明了是时候考虑真正的闭环伺服电机了。

信号 3：在高负载周期下或峰值工作点运行

步进电机必须在其连续转矩能力范围内运行。 它没有可供调用的短期备用转矩，这可能会加速热退化并在连续工作的场景中限制机器的有效运行时间。

相比之下，伺服电机可在 1-5 秒的短时间内提供峰值转矩然后恢复连续运行，整个过程始终保持在热限值之内。 如要通过步进电机达到同样的效果，就必须选择更大规格的电机，使峰值需求落在其连续额定值范围内。 相反，伺服电机则可根据实际负载特点进行优化。在机器空间受限时，这通常能够实现更加小巧、轻便的安装方案，并提供更大的灵活性。

信号 4：惯量比和可变负载

步进电机适用于负载可预测且惯量比适中的情况。 随着负载变化性上升（方向变换、物料重量变化、惯性增加），开环系统会失去重复精度并面临失步风险。 通过正确的调优和耦合，伺服电机可处理高达约 100 倍转子惯量的惯量比，并随着工况变化即时修正。

信号 5：为实现多轴协调进行扩展

同步一台机器上的多台步进电机会增加协调成本和故障点。 步进电机仅限于点对点运动，各轴之间仅可实现伪协调。 当您需要在多轴之间实现紧密同步的运动时，采用基于现代工业协议的伺服原生架构，能以较低的集成复杂度满足这一需求。

自信迈向伺服技术

从步进电机到伺服电机的转换很少源于单一故障。 它往往呈现出一系列征兆：转矩随着转速上升而下降；为了满足峰值需求而过度选型；在可变负载下重复精度下滑。 当这些信号叠加出现时，伺服技术便成为了一种更合适的选择，而价格适中的伺服电机则成为了恰到好处的解决方案。

如果您准备探索向伺服系统过渡的方案，我们的运动控制专家将随时帮助您为机器构建合适的解决方案。