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伺服电机与步进电机概念、区别、应用、常见问题汇总


作者:上海福赞电机科技有限公司

2018-03-27


电动伺服系统的一般结构为三个闭环控制,即电流环、速度环和位置环。一般情况下,对于交流伺服驱动器,可通过对其内部功能参数进行人工设定而实现位置控制、速度控制、转矩控制等多种功能。那么关于伺服电机有哪些需要知道的呢?

1、如何正确选择伺服电机和步进电机?
答:主要视具体应用情况而定,简单地说要确定:负载的性质(如水平还是垂直负载等),转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求,上位控制要求(如对端口界面和通讯方面的要求),主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。供电电源是直流还是交流电源,或电池供电,电压范围。据此以确定电机和配用驱动器或控制器的型号。
2、选择步进电机还是伺服电机系统?
答:其实,选择什么样的电机应根据具体应用情况而定,各有其特点。
3、如何配用步进电机驱动器?
答:根据电机的电流,配用大于或等于此电流的驱动器。如果需要低振动或高精度时,可配用细分型驱动器。对于大转矩电机,尽可能用高电压型驱动器,以获得良好的高速性能。

编码器的组成
4、2相和5 相步进电机有何区别,如何选择?
答:2 相电机成本低,但在低速时的震动较大,高速时的力矩下降快。 5 相电机则振动较小,高速性能好,比 2 相电机的速度高30~50% ,可在部分场合取代伺服电机。
5、何时选用直流伺服系统,它和交流伺服有何区别?
答:直流伺服电机分为有刷和无刷电机。
有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。
无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。
交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。
6、使用电机时要注意的问题?
答:上电运行前要作如下检查:
1)电源电压是否合适(过压很可能造成驱动模块的损坏);对于直流输入的 +/- 极性一定不能接错,驱动控制器上的电机型号或电流设定值是否合适(开始时不要太大);
2)控制信号线接牢靠,工业现场要考虑屏蔽问题(如采用双绞线);
3)不要开始时就把需要接的线全接上,只连成基本的系统,运行良好后,再逐步连接。
4)一定要搞清楚接地方法,还是采用浮空不接。
5)开始运行的半小时内要密切观察电机的状态,如运动是否正常,声音和温升情况,发现问题立即停机调整。
7、步进电机启运行时有时还会失步,是什么问题?
进电机启动运行时,有时动一下就不动了或原地来回动,运行时有时还会失步,一般要考虑以下方面作检查:
1)电机力矩是否足够大,能否带动负载,因此我们一般推荐用户选型时要选用力矩比实际需要大50%~100% 的电机,因为步进电机不能过负载运行,哪怕是瞬间,都会造成失步,严重时停转或不规则原地反复动。
2)上位控制器来的输入走步脉冲的电流是否够大(一般要 >10mA ),以使光耦稳定导通,输入的频率是否过高,导致接收不到,如果上位控制器的输出电路是CMOS 电路,则也要选用 CMOS 输入型的驱动器。
3)启动频率是否太高,在启动程序上是否设置了加速过程,从电机规定的启动频率内开始加速到设定频率,哪怕加速时间很短,否则可能就不稳定,甚至处于惰态。
4)电机未固定好时,有时会出现此状况,则属于正常。因为,实际上此时造成了电机的强烈共振而导致进入失步状态。电机必须固定好。
5)对于 5 相电机来说,相位接错,电机也不能工作。
8、我想通过通讯方式直接控制伺服电机,可以吗?
可以的,也比较方便,只是速度问题,用于对响应速度要求不太高的应用。如果要求快速的响应控制参数,用伺服运动控制卡,一般它上面有DSP 和高速度的逻辑处理电路,以实现高速高精度的运动控制。如 S 加速、多轴插补等。
9、用开关电源给步进和直流电机系统供电好不好?
一般不要,特别是大力矩电机,除非选用比需要的功率大一倍以上的开关电源。因为,电机工作时是大电感型负载,会对电源端形成瞬间的高压。而开关电源的过载性能不好,会保护关断,且其精密的稳压性能又不需要,有时可能造成开关电源和驱动器的损坏。可以用常规的环形或R 型变压器变压的直流电源。
10、用±10V或4~20mA的直流电压来控制步进电机,可以吗?
可以,但需要另外的转换模块。
11、有一个的伺服电机带编码器反馈,可否用只带测速机口的伺服驱动器控制?
可以,需要配一个编码器转测速机信号模块。
12、伺服电机的码盘部分可以拆开吗?
禁止拆开,因为码盘内的石英片很容易破裂,且进入灰尘后,寿命和精度都将无法保证,需要专业人员检修。
13、步进和伺服电机可以拆开检修或改装吗?
不要,让厂家去做,拆开后没有专业设备很难安装回原样,电机的转定子间的间隙无保证。磁钢材料的性能被破坏,甚至造成失磁,电机力矩大大下降。
14、伺服控制器能够感知外部负载的变化吗?
如遇到设定阻力时停止、返回或保持一定的推力跟进。

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