步进与伺服电机特性对比及选型简介

发布时间：

2025-05-24

步进电机的分类体系以相数架构为核心，现阶段市场主流集中于二相与五相机型。传统二相机型可实现每转400细分，而五相机型通过多相绕组控制，细分精度可达1000步/转。相较于二相产品，五相机型在动态响应速度和转矩波动抑制方面表现更优，其加速特性提升约30%，机械振动幅度降低20%以上。

电机分类与技术演进

步进电机

随着全数字控制技术的突破，交流伺服系统逐步取代传统驱动方案。当前运动控制系统主要采用步进电机与全数字伺服电机两类执行机构，二者虽均采用脉冲指令控制，但在性能边界和应用场景上存在显著差异。下文从多个维度对比两者性能差异：

核心技术指标对比

1. 控制精度层级

步进电机：二相机型标准步距角1.8°（200步/转），五相机型细化至0.36°（1000步/转）。高端机型如慢走丝专用电机实现0.09°细分，三相混合式机型支持八档步距角切换（0.036°-1.8°可调）。

二相步进电机

伺服系统：以某系列为例，配置2500线编码器配合四倍频技术，实现0.036°/脉冲的定位精度；17位绝对值编码器机型（131072分辨率）达到9.89角秒级控制精度，超步进系统655倍。

伺服电机

2. 转矩-转速特性

步进系统：输出转矩随转速升高呈指数衰减，典型工况下有效工作区间为300-600rpm。高速区转矩损失率超过60%，限制其在高速精密场合的应用。

伺服系统：采用永磁同步技术，在额定转速（2000-3000rpm）范围内保持恒定转矩输出，进入恒功率区后仍可维持90%以上扭矩能力。

3. 低频运行特性

步进系统：易发低频共振现象，空载起跳频率的半频段（约50-150Hz）易产生机械谐振。解决方案包括细分驱动改造（细分等级≥8）或加装机械阻尼机构。

伺服系统：集成数字滤波与主动降噪算法，通过FFT谐波分析实时补偿机械刚性缺陷。

4. 过载能力对比

步进系统：通常不具备过载能力，为客服惯性力矩需要在选型时选取转矩更大的电机，这样变造成了力矩的浪费。

伺服系统：典型过载倍数达300%，可在200ms内承受3倍额定转矩冲击，有效应对启动惯量负载。

5. 控制环路设计

开环架构：步进系统依赖前馈补偿，定位误差补偿量需预设10-15%。加减速曲线规划不当易引发失步（>2000rpm时风险剧增）。

闭环架构：伺服系统通过编码器闭环反馈，通过驱动器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，不易出现像步进电机那样过冲或者丢步的现象。

6. 动态响应性能

步进电机：百转加速时间典型值为200-400ms，从静止到到达工作转速的加速时间长。

伺服电机：同规格机型实现3ms级加速响应，几乎可以忽略不计，对于有着快速启停的控制场合有着很好的匹配性，这这对于机械设备以及自动化节拍有着非常重要的影响。