如何正確選擇步進(jìn)電機和伺服電機

1、如何正確選擇伺服電機和步進(jìn)電機2009-02-2313:23如何正確選擇伺服電機和步1,如何正確選擇伺服電機和步進(jìn)電機?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)?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。請見下表, 自 然明白。步進(jìn)電機系統(tǒng) 伺服電機系統(tǒng)力矩范圍 中小力矩(一般在 20

2、Nm 以下 小中大,全范圍速度范圍 低 (一般在 2000RPM 以下, 大力矩電機小于 1000RPM 高 (可 達(dá) 5000RPM,直流伺服電機更可達(dá) 12萬轉(zhuǎn)/分控制方式 主要是位置控制 多樣化智能化的控制方式, 位置/轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩 方式平滑性 低速時有振動(但用細(xì)分型驅(qū)動器則可明顯改善 好, 運行平 滑精度 一般較低,細(xì)分型驅(qū)動時較高 高(具體要看反饋裝置的分辨率 矩頻特性 高速時,力矩下降快 力矩特性好,特性較硬過載特性 過載時會失步 可 310倍過載(短時反饋方式 大多數(shù)為開環(huán)控制,也可接編碼器,防止失步 閉環(huán)方式, 編 碼器反饋編碼器類型 -光電型旋轉(zhuǎn)編碼器(增量型/絕對值型, 旋

3、轉(zhuǎn)變壓器型 響應(yīng)速度 一般 快耐振動 好 一般(旋轉(zhuǎn)變壓器型可耐振動溫升 運行溫度高 一般維護(hù)性 基本可以免維護(hù) 較好價格 低 高3,如何配用步進(jìn)電機驅(qū)動器?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?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 3050%,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?直流伺服電機分為有刷和無刷電機

4、。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(hù), 但維護(hù)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。控制復(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(hù),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。

5、6,使用電機時要注意的問題?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

6、: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。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

7、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)

8、 電 源的過載性能不好, 會保護(hù)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?？梢杂贸Ｒ?guī)的環(huán)形或 R 型變壓器變壓的直流電源。10,我想用±10V或 420mA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,我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

9、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,幾臺伺服電機可以作同步運行嗎?我們的產(chǎn)品是可以的。15,伺服控制器能夠感知外部負(fù)載的變化嗎?我們的產(chǎn)品是可以的,如遇到設(shè)定阻力時停止、返回或保持一定的推力跟進(jìn)。 16,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。17,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

10、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。18, 我如何為我的應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)墓╇婋娫?推薦選擇電源電壓值比最大

11、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。19,對于伺服驅(qū)動器我可以選擇那種工作方式?請見下表(以下模式并不全部存在于所有型號的驅(qū)動器中開環(huán)模式 輸入命令電壓控制驅(qū)動器的輸出負(fù)載率。此模式用于無刷電機驅(qū) 動器,和有刷電機驅(qū)動器的電壓模式相同。電壓模式 輸入命令電壓控制驅(qū)動器的輸出電壓。此模式用于有刷電機驅(qū)動 器,和無刷

12、電機驅(qū)動器的開環(huán)模式相同。電流模式(力矩模式 輸入命令電壓控制驅(qū)動器的輸出電流(力矩。驅(qū)動 器調(diào)整負(fù)載率以保持命令電流值。 如果驅(qū)動器可以速度或位置環(huán)工作, 一般都含 有此模式。IR 補償模式 輸入命令控制電機速度。 IR 補償模式可用于控制無速度反饋裝 置電機的速度。 驅(qū)動器會調(diào)整負(fù)載率來補償輸出電流的變動。 當(dāng)命令響應(yīng)為線性 時,在力矩擾動情況下,此模式的精度就比不上閉環(huán)速度模式了。Hall 速度模式 輸入命令電壓控制電機速度。此模式利用電機上 hall 傳感 器的頻率來形成速度閉環(huán)。 由于 hall 傳感器的低分辨率, 此模式一般不用于低 速運動應(yīng)用。編碼器速度模式 輸入命令電壓控制電機

13、速度。此模式利用電機上編碼器脈 沖的頻率來形成速度閉環(huán)。 由于編碼器的高分辨率, 此模式可用于各種速度的平 滑運動控制。測速機模式 輸入命令電壓控制電機速度。此模式利用電機上模擬測速機來 形成速度閉環(huán)。 由于直流測速機的電壓為模擬連續(xù)性, 此模式適合很高精度的速 度控制。當(dāng)然,在低速情況下,它也容易受到干擾。模擬位置環(huán)模式(ANP模式 輸入命令電壓控制電機的轉(zhuǎn)動位置。這其實是 一種在模擬裝置中提供位置反饋的變化的速度模式 (如可調(diào)電位器、 變壓器等 。 在此模式下, 電機速度正比于位置誤差。 且具有更快速的響應(yīng)和更小的穩(wěn)態(tài)誤差。20,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(

14、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)生電流。 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

15、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。 21， 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。 22，我如何選擇使用行星減速器還是正齒輪減速器? 行星減速器一般用于在有限的空間里需要較高的轉(zhuǎn)矩時，即小體積大轉(zhuǎn)矩，而且 它的可靠性和壽命都比正齒輪減速器要好。正齒輪減速器則用于較低的電流消 耗，低噪音和高效率低成

16、本應(yīng)用。 部分伺服驅(qū)動器故障檢查方法參考: 現(xiàn)象 可能原因 糾正方法 示波器檢查驅(qū)動器的電流監(jiān)控輸出端時，發(fā)現(xiàn)它全為噪聲，無法讀出 電流 監(jiān)控輸出端沒有與交流電源相隔離（變壓器） 可以用直流電壓表檢測觀察 電機在一個方向上比另一個方向跑得快 查出正確的相位 無刷電機的相位搞錯 檢測或 在不用于測試時，測試/偏差開關(guān)打在測試位置 位置 偏差電位器位置不正確 電機失速 1. 以） 2. 重新設(shè)定 將測試/偏差開關(guān)打在偏差 速度反饋的極性搞錯 可以嘗試以下方法： 如果可能，將位置反饋極性開關(guān)打到另一位置。（某些驅(qū)動器上可 如使用測速機，將驅(qū)動器上的 TACH+和 TACH-對調(diào)接入。 3. 如使用編

17、碼器，將驅(qū)動器上的 ENC A 和 ENC B 對調(diào)接入。 4. 如在 HALL 速度模式下，將驅(qū)動器上的 HALL-1 和 HALL-3 對調(diào)，再將 Motor-A 和 Motor-B 對調(diào)接好。 編碼器速度反饋時，編碼器電源失電 檢查連接 5V 編碼器電源。確保該電源 能提供足夠的電流。如使用外部電源，確保該電壓是對驅(qū)動器信號地的。 LED 燈是綠的,但是電機不動 +INHIBIT 和 INHIBIT 端口 命令信號不是對驅(qū)動器信號地的 上電后，驅(qū)動器的 LED 燈不亮 查并提高供電電壓 一個或多個方向的電機禁止動作 檢查 將命令信號地和驅(qū)動器信號地相連 供電電壓太低，小于最小電壓值要求

18、檢 當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時， LED 燈閃爍 HALL 相位錯誤 檢查電機相位設(shè)定開關(guān) (60°/120°是否正確。 多數(shù)無刷電機都是 120°相差。 HALL 傳感器故障 當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時檢測 Hall A, Hall B, Hall C 的電壓。電 壓值應(yīng)該在 5VDC 和 0 之間。 LED 燈始終保持紅色 器禁止、HALL 無效 存在故障 原因: 過壓、欠壓、短路、過熱、驅(qū)動 23， 何為負(fù)載率(duty cycle? 負(fù)載率(duty cycle是指電機在每個工作周期內(nèi)的工作時間/（工作時間+非工作 時間）的比率。如果負(fù)載率低，就允許電機以 3 倍連續(xù)電流短時間運行，從而比 額定連續(xù)運行時產(chǎn)生更大的力量。 24，標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動電路可以用于直線電機嗎？ 一般都是可以的。你可以把直線電機就當(dāng)作旋轉(zhuǎn)電機，如直線步進(jìn)電機、有刷、 無刷和交流直線電機。具體請向供應(yīng)商咨詢。 25，直線電機是否可以垂直安裝，做上下運動？ 可以。根據(jù)用戶的要求，垂直安裝時我們可以加裝動子滑塊平衡裝置或加裝導(dǎo)軌 抱閘剎車。 26，在同一個平臺上可以安裝多個動子嗎？ 可以。只要幾個動子之間不互相