通常，我們會在半導體加工機械中采用步進電機并且已經取得了極大的成功。但是，我們正在尋求能夠削減成本的方案。我聽說，采用一些新型VFD結合標準感應電機的方案能夠在到達與步進系統相同性能的前提下縮減成本。請問各位是否具有相關的使用經驗？如果有的話，這樣做的優勢和劣勢各是什么呢？

回答

問題接踵而至

在確定哪種技術最具有價值時，我們必須對問題作全面的考慮。在性價比方面，步進電機毫無疑問是無可匹敵的，其單位體積的售價往往低于30美元。然而，如果我們沒有認真地選擇與之配套的驅動器，那么很可能會增加整個系統的價格。于是，第一個問題就出現。

1）

你的系統包含了幾根轉軸？如果轉軸數目多于一根，那么你可以購置一套直流輸入的步進電機和驅動器。這兩者的組合能夠將價格控制在單位體積150美元以下。市面上現成的交流逆變器需要接入交流電源。價格方面，這樣一款交流逆變器與交流輸入的步進驅動器不相上下，但相比于直流輸入步進驅動器更昂貴一些。因此，如果系統包含了多根轉軸，那么步進電機可能是一種更經濟的選擇。如果你非要選擇一臺交流輸入驅動器，那么另一個問題將會隨之產生。

2）

你僅僅希望精確地控制速度，還是需要控制速度和/或位置呢？步進電機和驅動器在速度和位置的精確控制方面都相當出色。如果你的應用中需要精確控制位置或速度——尤其是在低速的情況下——那么步進系統將會為你提供足夠的支持。相反，交流電機則無法勝任這一角色。

3）

如果你希望將電機的速度準確維持在一個恒定值，那么有一類步進電機的衍生品——交流同步電機——可能會比上面提到的所有技術更具有價格優勢。

簡而言之，如果你需要將驅動器接入交流電源并且控制速度，那么交流逆變器與步進驅動器在成本方面將是不相上下的。否則的話，步進驅動器和電機仍然是你最理想的選擇。

Scott Evans，商務部總監

Kollmorgen，www.kollmorgen.com步進電機與其他類型電機的最大區別是：轉子位置被預先設定。在運轉過程中，轉子只能旋轉到一些不連續的角度或弧度。這種運動被稱為“步進”。步進電機的運轉是重復而且可預測的。一些高性能低慣性交流感應電機會采用傾斜轉子的設計，這主要是為了防止低速情況下出現“卡齒”現象，這種現象也被稱為“步進”。步進電機中“步進”的概念與之不同，它的“卡齒”或“步進”是預先設定的。如今，驅動器和步進電機在設計方面都兼顧了超低頻率下的工作情況，能夠防止電機在低頻工作時出現不連續的轉動。一般而言，交流電機和驅動器能夠以1Hz的頻率或每秒30轉的速度保證一臺四極機械平穩旋轉。

Mark Kenyon，產品市場經理

LV Drives，ABB，www.abb.comVFD不適合作位置控制

步進電機適用于運動控制“食物鏈”的最底層——位置控制。在位移運動控制方面，我們找不到比步進電機和控制器更廉價的解決方案了。控制器可能簡單到一塊芯片，那些用于控制大功率電機的控制器也只是一個50美元的模塊而已。VFD就其本質而言并不是面向位置控制的，因此如果用它來實現位置控制要必須在感應電機中增加反饋回路以及一個額外的控制層。這樣做勢必會增加現金投入以及配置的復雜性，最終導致總成本上升。即使這樣，變頻驅動器可能仍舊無法出色地完成這些任務。VFD最多只能在一些非常特殊的應用中節省綜合成本，而且只適合驅動大功率設備（>1馬力）。但是這樣做帶來的復雜性可能讓你日后追悔莫及。

Robert Bigler，CEO

Animatics，www.animatics.com

低頻工作

步進系統依舊當仁不讓

與自動化領域面臨的大多數問題一樣，只有在面對一個具體的應用時，我們才能給出最佳的方案。如果你需要構建一套速度監控系統，那么VFD的優勢在于：一方面能夠將速度精確地維持在設定值附近，即使在低速情況下也是如此，另一方面能夠提供極具競爭力的價格。VFD的生產廠商數目龐大，其中大多數都能夠提供高質量的產品。于是，工程師在設計系統時就擁有了極大的靈活性。有些生產商會在他們的VFD中提供基本的位置控制功能，但是這一功能不太可能出現在低端機型中。

對于那些預算較寬裕的運動控制而言，步進系統依舊是當仁不讓的首選。業內當前的趨勢是將步進電機、驅動器（有時還包括運動控制器）集成在一個封裝內。這樣做不僅節省了硬性成本，而且由于沒有安裝、布線以及面板空間方面的任何要求，能夠節省下這些軟性成本。步進電機的優勢尚不僅限于此，它正在蠶食著許多原先屬于伺服電機的應用市場。

總而言之，你的應用決定了你的選擇。在低成本的速度控制中，VFD是一種極為現實的選擇。在位置控制中，步進技術依舊是最具性價比的解決方案。

Clark Hummel，工程應用經理

Intelligent Motion Systems，www.imshome.com扭矩丟失和震動

步進電機屬于同步電機的一種，這意味著它會嚴格根據接收到的電信號運轉。于是，用戶不需要借助反饋信號就能夠控制步進電機的位置。步進電機的控制系統由定位系統和放大器兩部分組成，后者向步進電機傳送脈沖信號。舉例而言，如果用戶希望將機械移動100英尺，那么對于一臺每接收1024個脈沖會移動一英尺的步進電機而言，他需要通過控制系統發送102400（1024×100）個脈沖信號。

步進電機的缺點主要體現在兩方面：容易失去扭矩和產生震動。如果負載超出范圍，那么電機可能會“罷工”，即喪失產生扭矩的能力，從而導致停轉和錯位。當這一情況出現時，系統需要“回歸”到一個能夠被識別的位置。另外，步進電機非連續運轉的特點還會導致震動現象。

用戶在考慮是否應該采用VFD時，需要了解應用中是否需要精確的位置控制。在要求高精度位置控制的應用中，用戶需要采用具有位置指令集以及反饋能力的高性能VFD。這類VFD能夠以編碼反饋的方式對一臺標準的感應電機作定位。

位置指令集包括了定位命令、加速速率、最大速度以及減速速率。有了這些命令，驅動器就能保證電機以希望的速度、在正確的位置運轉。安裝了編碼器后，變頻電機就不會像步進電機那樣出現罷工現象了。相反，它在遇到類似情況時會進入失速狀態但不偏離實際位置。

VFD同樣能夠為你省錢。如果用戶準確地將電機速度和負載要求進行匹配，那么VFD可以降低能耗、改善流程的性能并且保護設備。

Todd R.Jaremko，高級項目支持工程師

Rockwell Automation，www.rockwellautomation.com