伺服行業(yè)技術|關于伺服電機的21個關鍵問題

工業(yè)機器人電動伺服系統(tǒng)的一般結構為三個閉環(huán)控制，即電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)。一般情況下，對于交流伺服驅動器，可通過對其內部功能參數進行人工設定而實現位置控制、速度控制、轉矩控制等多種功能。

1.如何正確選擇伺服電機和步進電機？

答：主要視具體應用情況而定，簡單地說要確定：負載的性質（如水平還是垂直負載等），轉矩、慣量、轉速、精度、加減速等要求，上位控制要求（如對端口界面和通訊方面的要求），主要控制方式是位置、轉矩還是速度方式。供電電源是直流還是交流電源，或電池供電，電壓范圍。據此以確定電機和配用驅動器或控制器的型號。

2.選擇步進電機還是伺服電機系統(tǒng)？

答：其實，選擇什么樣的電機應根據具體應用情況而定，各有其特點。

3.如何配用步進電機驅動器？

答：根據電機的電流，配用大于或等于此電流的驅動器。如果需要低振動或高精度時，可配用細分型驅動器。對于大轉矩電機，盡可能用高電壓型驅動器，以獲得良好的高速性能。

4. 2相和5相步進電機有何區(qū)別，如何選擇？

答：2相電機成本低，但在低速時的震動較大，高速時的力矩下降快。5相電機則振動較小，高速性能好，比2相電機的速度高30~50% ，可在部分場合取代伺服電機。

5.何時選用直流伺服系統(tǒng)，它和交流伺服有何區(qū)別？

答：直流伺服電機分為有刷和無刷電機。

有刷電機成本低，結構簡單，啟動轉矩大，調速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護方便（換碳刷），產生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。

無刷電機體積小，重量輕，出力大，響應快，速度高，慣量小，轉動平滑，力矩穩(wěn)定。控制復雜，容易實現智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機免維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。

交流伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機，目前運動控制中一般都用同步電機，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運行的應用。

6.使用電機時要注意的問題？

答：上電運行前要作如下檢查：

1） 電源電壓是否合適（過壓很可能造成驅動模塊的損壞）；對于直流輸入的 +/- 極性一定不能接錯，驅動控制器上的電機型號或電流設定值是否合適（開始時不要太大）；

2） 控制信號線接牢靠，工業(yè)現場最好要考慮屏蔽問題（如采用雙絞線）；

3） 不要開始時就把需要接的線全接上，只連成最基本的系統(tǒng)，運行良好后，再逐步連接。

4） 一定要搞清楚接地方法，還是采用浮空不接。

5） 開始運行的半小時內要密切觀察電機的狀態(tài)，如運動是否正常，聲音和溫升情況，發(fā)現問題立即停機調整。

7.步進電機啟動運行時，有時動一下就不動了或原地來回動，運行時有時還會失步，是什么問題？

一般要考慮以下方面作檢查：

1） 電機力矩是否足夠大，能否帶動負載，因此我們一般推薦用戶選型時要選用力矩比實際需要大 50%~100% 的電機，因為步進電機不能過負載運行，哪怕是瞬間，都會造成失步，嚴重時停轉或不規(guī)則原地反復動。

2） 上位控制器來的輸入走步脈沖的電流是否夠大（一般要 >10mA ），以使光耦穩(wěn)定導通，輸入的頻率是否過高，導致接收不到，如果上位控制器的輸出電路是CMOS 電路，則也要選用 CMOS 輸入型的驅動器。微信號技成培訓值得你關注。

3）啟動頻率是否太高，在啟動程序上是否設置了加速過程，最好從電機規(guī)定的啟動頻率內開始加速到設定頻率，哪怕加速時間很短，否則可能就不穩(wěn)定，甚至處于惰態(tài)。

4） 電機未固定好時，有時會出現此狀況，則屬于正常。因為，實際上此時造成了電機的強烈共振而導致進入失步狀態(tài)。電機必須固定好。

5）對于 5 相電機來說，相位接錯，電機也不能工作。

8.我想通過通訊方式直接控制伺服電機，可以嗎？

可以的，也比較方便，只是速度問題，用于對響應速度要求不太高的應用。如果要求快速的響應控制參數，最好用伺服運動控制卡，一般它上面有DSP 和高速度的邏輯處理電路，以實現高速高精度的運動控制。如 S 加速、多軸插補等。

9.用開關電源給步進和直流電機系統(tǒng)供電好不好？

一般最好不要，特別是大力矩電機，除非選用比需要的功率大一倍以上的開關電源。因為，電機工作時是大電感型負載，會對電源端形成瞬間的高壓。而開關電源的過載性能不好，會保護關斷，且其精密的穩(wěn)壓性能又不需要，有時可能造成開關電源和驅動器的損壞。可以用常規(guī)的環(huán)形或R 型變壓器變壓的直流電源。

10.想用±10V或4~20mA的直流電壓來控制步進電機，可以嗎？

可以，但需要另外的轉換模塊。

11.有一個的伺服電機帶編碼器反饋，可否用只帶測速機口的伺服驅動器控制？

可以，需要配一個編碼器轉測速機信號模塊。

12.伺服電機的碼盤部分可以拆開嗎？

禁止拆開，因為碼盤內的石英片很容易破裂，且進入灰塵后，壽命和精度都將無法保證，需要專業(yè)人員檢修。

13.步進和伺服電機可以拆開檢修或改裝嗎？

不要，最好讓廠家去做，拆開后沒有專業(yè)設備很難安裝回原樣，電機的轉定子間的間隙無法保證。磁鋼材料的性能被破壞，甚至造成失磁，電機力矩大大下降。

14.伺服控制器能夠感知外部負載的變化嗎？

如遇到設定阻力時停止、返回或保持一定的推力跟進。

15.可以將國產的驅動器或電機和國外優(yōu)質的電機或驅動器配用嗎？

原則上是可以的，但要搞清楚電機的技術參數后才能配用，否則會大大降低應有的效果，甚至影響長期運行和壽命。最好向供應商咨詢后再決定。

16.使用大于額定電壓值的直流電源電壓驅動電機安全嗎？

正常來說這不是問題，只要電機在所設定的速度和電流極限值內運行。因為電機速度與電機線電壓成正比，因此選擇某種電源電壓不會引起過速，但可能發(fā)生驅動器等故障。

此外，必須保證電機符合驅動器的最小電感系數要求，而且還要確保所設定的電流極限值小于或等于電機的額定電流。

事實上，如果你能在你設計的裝置中讓電機跑地比較慢的話 ( 低于額定電壓 ) ，這是很好的。

以較低的電壓 ( 因此比較低的速度 ) 運行會使得電刷運轉反彈較少，而且電刷 / 換向器磨損較小，比較低的電流消耗和比較長的電機壽命。

另一方面，如果電機大小的限制和性能的要求需要額外的轉矩及速度，過度驅動電機也是可以的，但會犧牲產品的使用壽命。

17.如何為應用選擇適當的供電電源？

推薦選擇電源電壓值比最大所需的電壓高 10%-50% 。此百分比因 Kt， Ke， 以及系統(tǒng)內的電壓降而不同。驅動器的電流值應該足夠傳送應用所需的能量。記住驅動器的輸出電壓值與供電電壓不同， 因此驅動器輸出電流也與輸入電流不相同。為確定合適的供電電流，需要計算此應用所有的功率需求，再增加 5% 。按 I = P/V 公式計算即可得到所需電流值。

推薦選擇電源電壓值比最大所需的電壓高 10%-50% 。此百分比因 Kt， Ke， 以及系統(tǒng)內的電壓降而不同。驅動器的電流值應該足夠傳送應用所需的能量。記住驅動器的輸出電壓值與供電電壓不同， 因此驅動器輸出電流也與輸入電流不相同。為確定合適的供電電流，需要計算此應用所有的功率需求，再增加 5% 。按 I = P/V 公式計算即可得到所需電流值。

18.對于伺服驅動器我可以選擇那種工作方式？

不同的模式并不全部存在于所有型號的驅動器中

19.驅動器和系統(tǒng)如何接地？

a. 如果在交流電源和驅動器直流總線（如變壓器）之間沒有隔離的話，不要將直流總線的非隔離端口或非隔離信號的地接大地，這可能會導致設備損壞和人員傷害。因為交流的公共電壓并不是對大地的，在直流總線地和大地之間可能會有很高的電壓。

b. 在多數伺服系統(tǒng)中，所有的公共地和大地在信號端是接在一起的。多種連接大地方式產生的地回路很容易受噪音影響而在不同的參考點上產生流。

c. 為了保持命令參考電壓的恒定，要將驅動器的信號地接到控制器的信號地。它也會接到外部電源的地，這將影響到控制器和驅動器的工作（如：編碼器的5V電源）。

d.屏蔽層接地是比較困難的，有幾種方法。正確的屏蔽接地處是在其電路內部的參考電位點上。這個點取決于噪聲源和接收是否同時接地，或者浮空。要確保屏蔽層在同一個點接地使得地電流不會流過屏蔽層。

20.減速器為什么不能和電機正好相配在標準轉矩點？

如果考慮到電機產生的經過減速器的最大連續(xù)轉矩，許多減速比會遠遠超過減速器的轉矩等級。

如果我們要設計每個減速器來匹配滿轉矩，減速器的內部齒輪會有太多組合 ( 體積較大、材料多 ) 。

這樣會使得產品價格高，且違反了產品的“高性能、小體積”原則。

21.如何選用電動缸、滑臺、精密平臺類產品？其成本是如何計算的？

選擇致動執(zhí)行器類產品關鍵要看您對運動參數有什么樣的要求，可以根據您需要的應 用來確定具體運動參數等技術條件，這些參數要符合您的實際需要，既要滿足應用要求并留有余地，也不要提得太高，否則其成本可能會數倍于標準型產品。舉例來說，如果0.1mm精度夠用的話，就不要選0.01mm的參數。其它如負載能力、速度等也是如此。

另外一個給用戶的選型建議是，如果不是必須，推拉力或負重、速度、定位精度這三個主要參數不要同時要求很高，因為致動執(zhí)行器是一個高精度高技術的機電一體化產品，我們在設計制造時需要從機械結構、電氣性能、材料特性、材質和處理方法等多方面考慮并選擇相應的組成電機、驅動控制器和反饋裝置，以及不同精度等級的導軌、絲桿、支撐座和其它機械系統(tǒng)，使之達到需要的整體運動參數，可謂牽一發(fā)動全身的產品。當然，您有高要求的產品需要，我們還是可以滿足，只是成本會相應的提高。