伺服行業(yè)技術(shù)|關(guān)于伺服電機的21個關(guān)鍵問題

工業(yè)機器人電動伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)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(qū)動器,，可通過對其內(nèi)部功能參數(shù)進(jìn)行人工設(shè)定而實現(xiàn)位置控制,、速度控制、轉(zhuǎn)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(yīng)用情況而定，簡單地說要確定：負(fù)載的性質(zhì)（如水平還是垂直負(fù)載等）,，轉(zhuǎn)矩,、慣量、轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qū)動器或控制器的型號,。

2.選擇步進(jìn)電機還是伺服電機系統(tǒng),？

答：其實，選擇什么樣的電機應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用情況而定,，各有其特點,。

3.如何配用步進(jìn)電機驅(qū)動器？

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

4. 2相和5相步進(jìn)電機有何區(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(jié)構(gòu)簡單,，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)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(yīng)快,，速度高，慣量小,，轉(zhuǎn)動平滑,，力矩穩(wěn)定?？刂茝?fù)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(zhuǎn)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(yīng)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(qū)動模塊的損壞）,；對于直流輸入的 +/- 極性一定不能接錯,，驅(qū)動控制器上的電機型號或電流設(shè)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(nèi)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(diào)整。

7.步進(jìn)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(fù)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(jìn)電機不能過負(fù)載運行,，哪怕是瞬間，都會造成失步,，嚴(yán)重時停轉(zhuǎn)或不規(guī)則原地反復(fù)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(dǎo)通,，輸入的頻率是否過高,，導(dǎo)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(qū)動器,。微信號技成培訓(xùn)值得你關(guān)注。

3）啟動頻率是否太高,，在啟動程序上是否設(shè)置了加速過程,，最好從電機規(guī)定的啟動頻率內(nèi)開始加速到設(shè)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(dǎo)致進(jìn)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(yīng)速度要求不太高的應(yīng)用,。如果要求快速的響應(yīng)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(guān)電源給步進(jìn)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(guān)電源。因為,，電機工作時是大電感型負(fù)載,，會對電源端形成瞬間的高壓。而開關(guān)電源的過載性能不好,，會保護關(guān)斷，且其精密的穩(wěn)壓性能又不需要,，有時可能造成開關(guān)電源和驅(qū)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(jìn)電機,，可以嗎？

可以，但需要另外的轉(zhuǎn)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(qū)動器控制？

可以,，需要配一個編碼器轉(zhuǎn)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(nèi)的石英片很容易破裂,，且進(jìn)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(jìn)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(shè)備很難安裝回原樣，電機的轉(zhuǎn)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(fù)載的變化嗎,？

如遇到設(shè)定阻力時停止、返回或保持一定的推力跟進(jìn),。

15.可以將國產(chǎn)的驅(qū)動器或電機和國外優(yōu)質(zhì)的電機或驅(qū)動器配用嗎,？

原則上是可以的，但要搞清楚電機的技術(shù)參數(shù)后才能配用,，否則會大大降低應(yīng)有的效果,，甚至影響長期運行和壽命。最好向供應(yīng)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(qū)動電機安全嗎,？

正常來說這不是問題，只要電機在所設(shè)定的速度和電流極限值內(nèi)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(qū)動器等故障,。

此外,，必須保證電機符合驅(qū)動器的最小電感系數(shù)要求，而且還要確保所設(shè)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(shè)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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩及速度,，過度驅(qū)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(yīng)用選擇適當(dāng)?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(nèi)的電壓降而不同,。驅(qū)動器的電流值應(yīng)該足夠傳送應(yīng)用所需的能量。記住驅(qū)動器的輸出電壓值與供電電壓不同,， 因此驅(qū)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(yīng)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(nèi)的電壓降而不同,。驅(qū)動器的電流值應(yīng)該足夠傳送應(yīng)用所需的能量,。記住驅(qū)動器的輸出電壓值與供電電壓不同， 因此驅(qū)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(yīng)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(qū)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(qū)動器中

19.驅(qū)動器和系統(tǒng)如何接地,？

a. 如果在交流電源和驅(qū)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(dǎo)致設(shè)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(qū)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(qū)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(nèi)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(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩，許多減速比會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過減速器的轉(zhuǎn)矩等級,。

如果我們要設(shè)計每個減速器來匹配滿轉(zhuǎn)矩,，減速器的內(nèi)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(guān)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(yīng) 用來確定具體運動參數(shù)等技術(shù)條件,，這些參數(shù)要符合您的實際需要,，既要滿足應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(fù)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(shù)的機電一體化產(chǎn)品，我們在設(shè)計制造時需要從機械結(jié)構(gòu),、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(yīng)的組成電機,、驅(qū)動控制器和反饋裝置,，以及不同精度等級的導(dǎo)軌、絲桿,、支撐座和其它機械系統(tǒng),，使之達(dá)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(dāng)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(yīng)的提高,。