21個(gè)有關(guān)伺服電機的問(wèn)題想當工程師的你一定得知道
工業(yè)機器人電動(dòng)伺服系統的一般結構為三個(gè)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(dòng)器，可通過(guò)對其內部功能參數進(jìn)行人工設定而實(shí)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(jìn)電機？
答：主要視具體應用情況而定，簡(jiǎn)單地說(shuō)要確定：負載的性質(zhì)（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(dòng)器或控制器的型號。
2.選擇步進(jìn)電機還是伺服電機系統？
答：其實(shí)，選擇什么樣的電機應根據具體應用情況而定，各有其特點(diǎn)。
3.如何配用步進(jìn)電機驅動(dòng)器？
答：根據電機的電流，配用大于或等于此電流的驅動(dòng)器。如果需要低振動(dòng)或高精度時(shí)，可配用細分型驅動(dòng)器。對于大轉矩電機，盡可能用高電壓型驅動(dòng)器，以獲得良好的高速性能。
4. 2相和5相步進(jìn)電機有何區別，如何選擇？
答：2相電機成本低，但在低速時(shí)的震動(dòng)較大，高速時(shí)的力矩下降快。5相電機則振動(dòng)較小，高速性能好，比2相電機的速度高30~50% ，可在部分場(chǎng)合取代伺服電機。
5.何時(shí)選用直流伺服系統，它和交流伺服有何區別？
答：直流伺服電機分為有刷和無(wú)刷電機。
有刷電機成本低，結構簡(jiǎn)單，啟動(dòng)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(chǎng)合。
無(wú)刷電機體積小，重量輕，出力大，響應快，速度高，慣量小，轉動(dòng)平滑，力矩穩定?？刂茝碗s，容易實(shí)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(cháng)壽命，可用于各種環(huán)境。
交流伺服電機也是無(wú)刷電機，分為同步和異步電機，目前運動(dòng)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(dòng)速度低，且隨著(zhù)功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩運行的應用。
6.使用電機時(shí)要注意的問(wèn)題？
答：上電運行前要作如下檢查：
1） 電源電壓是否合適（過(guò)壓很可能造成驅動(dòng)模塊的損壞）；對于直流輸入的 +/- 極性一定不能接錯，驅動(dòng)控制器上的電機型號或電流設定值是否合適（開(kāi)始時(shí)不要太大）；
2） 控制信號線(xiàn)接牢靠，工業(yè)現場(chǎng)最好要考慮屏蔽問(wèn)題（如采用雙絞線(xiàn)）；
3） 不要開(kāi)始時(shí)就把需要接的線(xiàn)全接上，只連成最基本的系統，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(kāi)始運行的半小時(shí)內要密切觀(guān)察電機的狀態(tài)，如運動(dòng)是否正常，聲音和溫升情況，發(fā)現問(wèn)題立即停機調整。
7.步進(jìn)電機啟動(dòng)運行時(shí)，有時(shí)動(dòng)一下就不動(dòng)了或原地來(lái)回動(dòng)，運行時(shí)有時(shí)還會(huì )失步，是什么問(wèn)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(dòng)負載，因此我們一般推薦用戶(hù)選型時(shí)要選用力矩比實(shí)際需要大 50%~100% 的電機，因為步進(jìn)電機不能過(guò)負載運行，哪怕是瞬間，都會(huì )造成失步，嚴重時(shí)停轉或不規則原地反復動(dòng)。
2） 上位控制器來(lái)的輸入走步脈沖的電流是否夠大（一般要 >10mA ），以使光耦穩定導通，輸入的頻率是否過(guò)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(dòng)器。微信號技成培訓值得你關(guān)注。
3）啟動(dòng)頻率是否太高，在啟動(dòng)程序上是否設置了加速過(guò)程，最好從電機規定的啟動(dòng)頻率內開(kāi)始加速到設定頻率，哪怕加速時(shí)間很短，否則可能就不穩定，甚至處于惰態(tài)。
4） 電機未固定好時(shí)，有時(shí)會(huì )出現此狀況，則屬于正常。因為，實(shí)際上此時(shí)造成了電機的強烈共振而導致進(jìn)入失步狀態(tài)。電機必須固定好。
5）對于 5 相電機來(lái)說(shuō)，相位接錯，電機也不能工作。
8.我想通過(guò)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(wèn)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(dòng)控制卡，一般它上面有DSP 和高速度的邏輯處理電路，以實(shí)現高速高精度的運動(dòng)控制。如 S 加速、多軸插補等。
9.用開(kāi)關(guān)電源給步進(jìn)和直流電機系統供電好不好？
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(kāi)關(guān)電源。因為，電機工作時(shí)是大電感型負載，會(huì )對電源端形成瞬間的高壓。而開(kāi)關(guān)電源的過(guò)載性能不好，會(huì )保護關(guān)斷，且其精密的穩壓性能又不需要，有時(shí)可能造成開(kāi)關(guān)電源和驅動(dòng)器的損壞?？梢杂贸Ｒ幍沫h(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(lái)控制步進(jìn)電機，可以嗎？
可以，但需要另外的轉換模塊。
11.有一個(gè)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(dòng)器控制？
可以，需要配一個(gè)編碼器轉測速機信號模塊。
12.伺服電機的碼盤(pán)部分可以拆開(kāi)嗎？
禁止拆開(kāi)，因為碼盤(pán)內的石英片很容易破裂，且進(jìn)入灰塵后，壽命和精度都將無(wú)法保證，需要專(zhuān)業(yè)人員檢修。
13.步進(jìn)和伺服電機可以拆開(kāi)檢修或改裝嗎？
不要，最好讓廠(chǎng)家去做，拆開(kāi)后沒(méi)有專(zhuān)業(yè)設備很難安裝回原樣，電機的轉定子間的間隙無(wú)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(shí)停止、返回或保持一定的推力跟進(jìn)。
15.可以將國產(chǎn)的驅動(dòng)器或電機和國外優(yōu)質(zhì)的電機或驅動(dòng)器配用嗎？
原則上是可以的，但要搞清楚電機的技術(shù)參數后才能配用，否則會(huì )大大降低應有的效果，甚至影響長(cháng)期運行和壽命。最好向供應商咨詢(xún)后再決定。
16.使用大于額定電壓值的直流電源電壓驅動(dòng)電機安全嗎？
正常來(lái)說(shuō)這不是問(wèn)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(xiàn)電壓成正比，因此選擇某種電源電壓不會(huì )引起過(guò)速，但可能發(fā)生驅動(dòng)器等故障。
此外，必須保證電機符合驅動(dòng)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(shí)上，如果你能在你設計的裝置中讓電機跑地比較慢的話(huà) ( 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(huì )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(cháng)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(guò)度驅動(dòng)電機也是可以的，但會(huì )犧牲產(chǎn)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， 以及系統內的電壓降而不同。驅動(dòng)器的電流值應該足夠傳送應用所需的能量。記住驅動(dòng)器的輸出電壓值與供電電壓不同， 因此驅動(dòng)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， 以及系統內的電壓降而不同。驅動(dòng)器的電流值應該足夠傳送應用所需的能量。記住驅動(dòng)器的輸出電壓值與供電電壓不同， 因此驅動(dòng)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(dòng)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(dòng)器中
19.驅動(dòng)器和系統如何接地？
a. 如果在交流電源和驅動(dòng)器直流總線(xiàn)（如變壓器）之間沒(méi)有隔離的話(huà)，不要將直流總線(xiàn)的非隔離端口或非隔離信號的地接大地，這可能會(huì )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(xiàn)地和大地之間可能會(huì )有很高的電壓。
b. 在多數伺服系統中，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(diǎn)上產(chǎn)生流。
c. 為了保持命令參考電壓的恒定，要將驅動(dòng)器的信號地接到控制器的信號地。它也會(huì )接到外部電源的地，這將影響到控制器和驅動(dòng)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(diǎn)上。這個(gè)點(diǎn)取決于噪聲源和接收是否同時(shí)接地，或者浮空。要確保屏蔽層在同一個(gè)點(diǎn)接地使得地電流不會(huì )流過(guò)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(diǎn)？
如果考慮到電機產(chǎn)生的經(jīng)過(guò)減速器的最大連續轉矩，許多減速比會(huì )遠遠超過(guò)減速器的轉矩等級。
如果我們要設計每個(gè)減速器來(lái)匹配滿(mǎn)轉矩，減速器的內部齒輪會(huì )有太多組合 ( 體積較大、材料多 ) 。
這樣會(huì )使得產(chǎn)品價(jià)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(dòng)缸、滑臺、精密平臺類(lèi)產(chǎn)品？其成本是如何計算的？
選擇致動(dòng)執行器類(lèi)產(chǎn)品關(guān)鍵要看您對運動(dòng)參數有什么樣的要求，可以根據您需要的應 用來(lái)確定具體運動(dòng)參數等技術(shù)條件，這些參數要符合您的實(shí)際需要，既要滿(mǎn)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(huì )數倍于標準型產(chǎn)品。舉例來(lái)說(shuō)，如果0.1mm精度夠用的話(huà)，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(gè)給用戶(hù)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(gè)主要參數不要同時(shí)要求很高，因為致動(dòng)執行器是一個(gè)高精度高技術(shù)的機電一體化產(chǎn)品，我們在設計制造時(shí)需要從機械結構、電氣性能、材料特性、材質(zhì)和處理方法等多方面考慮并選擇相應的組成電機、驅動(dòng)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，使之達到需要的整體運動(dòng)參數，可謂牽一發(fā)動(dòng)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(mǎn)足，只是成本會(huì )相應的提高。
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