在自动化控制系统中，步进电机和伺服电机作为两种常见的执行电机，虽控制方式相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场景上存在显著差异。本文将深入解析二者的区别，并提供实用的选型指南。

一、步进驱动与伺服驱动的六大区别

1、 控制精度不同

步进电机的控制精度取决于其步距角。两相混合式步进电机步距角一般为1.8°（每转200步），五相混合式步进电机步距角通常为0.72°（每转500步）。

一些高性能步进电机提供更小的步距角，如0.09°，甚至可通过拨码开关设置为多种步距角。而交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证，具有更高的精度和稳定性。

2、 低频特性不同

步进电机在低速时易出现低频振动现象，这是其工作原理决定的固有特性。这种振动对机器正常运行不利，常需要采用阻尼技术或驱动器细分技术来克服。

相比之下，交流伺服电机运行平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。伺服系统还具有共振抑制功能，可弥补机械刚性不足，并通过频率解析功能检测系统的共振点，便于调整。

3、 矩频特性不同

步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，因此其最高工作转速通常在300-600rpm范围内。

交流伺服电机则为恒力矩输出，在其额定转速（一般为2000rpm或3000rpm）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。

4、过载能力不同

步进电机一般不具有过载能力，而交流伺服电机则具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例，其最大转矩可达额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。

步进电机因缺乏过载能力，在选型时往往需要选取较大转矩的电机以克服惯性力矩，导致机器在正常工作期间出现力矩浪费的现象。

5、运行性能不同

步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转现象，停止时转速过高易出现过冲现象，因此需要妥善处理升、降速问题以保证控制精度。

交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现丢步或过冲现象，控制性能更为可靠。

6、加速性能不同

步进电机从静止加速到工作转速（通常为每分钟几百转）需要200-400毫秒。而交流伺服系统的加速性能要好得多，以松下400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000rpm仅需几毫秒，适用于需要快速启停的控制场合。

二、实际应用如何选型？

1、如何选择伺服电机和步进电机？

选型主要依据具体应用需求而定，需考虑以下因素：

· 负载性质（水平还是垂直负载等）

· 转矩、惯量、转速、精度、加减速要求

· 上位控制要求（端口界面和通讯方面）

· 主要控制方式（位置、转矩还是速度方式）

· 供电电源（直流或交流，电压范围）

根据上述因素综合判断，确定适合的电机和配用驱动器或控制器的型号。

2、如何配用步进电机驱动器？

· 根据电机的电流，配用大于或等于此电流的驱动器

· 需要低振动或高精度时，可配用细分型驱动器

· 对于大转矩电机，尽可能采用高电压型驱动器，以获得更好的高速性能

3、 2相和5相步进电机如何选择？

· 2相电机成本低，但在低速时振动较大，高速时力矩下降快

· 5相电机振动较小，高速性能好，比2相电机的速度高30-50%，可在部分场合取代伺服电机

4、直流伺服与交流伺服的区别如何选择？

直流伺服电机分为有刷和无刷两种：

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，但需要维护（更换碳刷），会产生电磁干扰。适用于对成本敏感的普通工业和民用场合。

无刷电机体积小、重量轻、出力大、响应快、速度高、惯量小、转动平滑、力矩稳定。电机免维护、效率高、运行温度低、电磁辐射小、寿命长，可用于各种环境。

交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机。运动控制中多采用同步电机，其功率范围大，可做到很大功率，但大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低，适合低速平稳运行的应用。

三、使用电机注意事项

上电运行前请务必检查：

1、电源电压是否合适（过压很可能损坏驱动模块）；直流输入的+/-极性绝不能接错；驱动控制器上的电机型号或电流设定值是否合适（开始时不宜过大）

2、控制信号线连接牢靠，工业现场最好考虑屏蔽问题（如采用双绞线）

3、初始不要连接所有线，只构成最基本的系统，运行良好后再逐步连接

4、明确接地方法，或采用浮空不接

5、 开始运行半小时内密切观察电机状态，包括运动是否正常、声音和温升情况，发现问题立即停机调整

总结

步进电机和伺服电机各有优势，适用于不同场景。步进系统成本低、控制简单，适用于精度和速度要求不高的场合；伺服系统性能优越、可靠性高，适用于高精度、高速度、高过载能力的应用场景。根据实际需求和经济考量做出合理选择，才能最大化系统价值。