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(shù)進行人工設定而實現(xiàn)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(jù)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(jù)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(jù)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(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)，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(xiàn)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?？梢杂贸Ｒ?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(chǎn)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(shù)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(shù)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(chǎn)品的使用壽命。

17.如何為應用選擇適當?shù)墓╇婋娫矗?/p>

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(shù)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(chǎn)生的地回路很容易受噪音影響而在不同的參考點上產(chǎn)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(chǎn)生的經(jīng)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(chǎn)品價格高，且違反了產(chǎn)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(chǎn)品？其成本是如何計算的？

選擇致動執(zhí)行器類產(chǎn)品關鍵要看您對運動參數(shù)有什么樣的要求，可以根據(jù)您需要的應 用來確定具體運動參數(shù)等技術條件，這些參數(shù)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(shù)倍于標準型產(chǎn)品。舉例來說，如果0.1mm精度夠用的話，就不要選0.01mm的參數(shù)。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(shù)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(chǎn)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(shù)，可謂牽一發(fā)動全身的產(chǎn)品。當然，您有高要求的產(chǎn)品需要，我們還是可以滿足，只是成本會相應的提高。