《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 其他 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 如何正確選擇伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)
如何正確選擇伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)
摘要: 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(jī)和配用驅(qū)動器或控制器的型號
Abstract:
Key words :
[摘要]: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(jī)和配用驅(qū)動器或控制器的型號,。
[關(guān)鍵詞]:伺服電機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 控制器 PLC 人機(jī)界面 驅(qū)動器

1,、如何正確選擇伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)?
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(jī)和配用驅(qū)動器或控制器的型號,。

2、選擇步進(jìn)電機(jī)還是伺服電機(jī)系統(tǒng),?
其實(shí),,選擇什么樣的電機(jī)應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用情況而定,各有其特點(diǎn),。請見下表,,自然明白。
步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng) 伺服電機(jī)系統(tǒng)
力矩范圍 中小力矩(一般在20Nm以下) 小中大,,全范圍
速度范圍 低(一般在2000RPM以下,,大力矩電機(jī)小于1000RPM) 高(可達(dá)5000RPM),直流伺服電機(jī)更可達(dá)1~2萬轉(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(shí)有振動(但用細(xì)分型驅(qū)動器則可明顯改善) 好,運(yùn)行平滑
精度 一般較低,,細(xì)分型驅(qū)動時(shí)較高 高(具體要看反饋裝置的分辨率)
矩頻特性 高速時(shí),,力矩下降快 力矩特性好,特性較硬
過載特性 過載時(shí)會失步 可3~10倍過載(短時(shí))
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(yùn)行溫度高 一般
維護(hù)性 基本可以免維護(hù) 較好
價(jià)格 低 高

3、如何配用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器,?
根據(jù)電機(jī)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(shí),,可配用細(xì)分型驅(qū)動器,。對于大轉(zhuǎn)矩電機(jī),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(jī)有何區(qū)別,,如何選擇,?
2相電機(jī)成本低,但在低速時(shí)的震動較大,,高速時(shí)的力矩下降快,。5相電機(jī)則振動較小,高速性能好,,比2相電機(jī)的速度高30~50%,,可在部分場合取代伺服電機(jī)。

5,、何時(shí)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(jī)分為有刷和無刷電機(jī),。
有刷電機(jī)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(jī)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(shí)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(jī)免維護(hù),效率很高,,運(yùn)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(jī)也是無刷電機(jī),分為同步和異步電機(jī),,目前運(yùn)動控制中一般都用同步電機(jī),,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(yùn)行的應(yīng)用,。

6、使用電機(jī)時(shí)要注意的問題,?
上電運(yùn)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(cuò),驅(qū)動控制器上的電機(jī)型號或電流設(shè)定值是否合適(開始時(shí)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(shí)就把需要接的線全接上,,只連成最基本的系統(tǒng),,運(yùn)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(yùn)行的半小時(shí)內(nèi)要密切觀察電機(jī)的狀態(tài),如運(yùn)動是否正常,,聲音和溫升情況,,發(fā)現(xiàn)問題立即停機(jī)調(diào)整。

7,、步進(jìn)電機(jī)啟動運(yùn)行時(shí),,有時(shí)動一下就不動了或原地來回動,運(yùn)行時(shí)有時(shí)還會失步,,是什么問題,?
一般要考慮以下方面作檢查:
1)電機(jī)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(shí)要選用力矩比實(shí)際需要大50%~100%的電機(jī),因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)不能過負(fù)載運(yùn)行,,哪怕是瞬間,,都會造成失步,嚴(yán)重時(shí)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(jī)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(shí)間很短,,否則可能就不穩(wěn)定,甚至處于惰態(tài),。
4)電機(jī)未固定好時(shí),,有時(shí)會出現(xiàn)此狀況,則屬于正常,。因?yàn)?,?shí)際上此時(shí)造成了電機(jī)的強(qiáng)烈共振而導(dǎo)致進(jìn)入失步狀態(tài)。電機(jī)必須固定好,。
5)對于5相電機(jī)來說,,相位接錯(cuò),,電機(jī)也不能工作。

8,、我想通過通訊方式直接控制伺服電機(jī),,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(yùn)動控制卡,一般它上面有DSP和高速度的邏輯處理電路,,以實(shí)現(xiàn)高速高精度的運(yùn)動控制,。如S加速、多軸插補(bǔ)等,。

9,、用開關(guān)電源給步進(jìn)和直流電機(jī)系統(tǒng)供電好不好?
一般最好不要,,特別是大力矩電機(jī),,除非選用比需要的功率大一倍以上的開關(guān)電源。因?yàn)?,電機(jī)工作時(shí)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(hù)關(guān)斷,,且其精密的穩(wěn)壓性能又不需要,有時(shí)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4~20mA的直流電壓來控制步進(jìn)電機(jī),,可以嗎?
可以,,但需要另外的轉(zhuǎn)換模塊,。

11、我有一個(gè)的伺服電機(jī)帶編碼器反饋,,可否用只帶測速機(jī)口的伺服驅(qū)動器控制,?
可以,需要配一個(gè)編碼器轉(zhuǎn)測速機(jī)信號模塊。

12,、伺服電機(jī)的碼盤部分可以拆開嗎,?
禁止拆開,因?yàn)榇a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(jī)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(jī)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(jī)力矩大大下降,。

14,、幾臺伺服電機(jī)可以作同步運(yùn)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(shí)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(jī)和國外優(yōu)質(zhì)的電機(jī)或驅(qū)動器配用嗎?
原則上是可以的,,但要搞清楚電機(jī)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(yùn)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(jī)安全嗎?
正常來說這不是問題,,只要電機(jī)在所設(shè)定的速度和電流極限值內(nèi)運(yùn)行,。因?yàn)?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/電機(jī)速度" title="電機(jī)速度" target="_blank">電機(jī)速度與電機(jī)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(jī)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(jī)的額定電流。
事實(shí)上,,如果你能在你設(shè)計(jì)的裝置中讓電機(jī)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(yùn)行會使得電刷運(yùn)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(jī)壽命。 另一方面,,如果電機(jī)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(jī)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(jì)算此應(yīng)用所有的功率需求,,再增加5%。按I = P/V公式計(jì)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(jī)驅(qū)動器,,和有刷電機(jī)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(jī)驅(qū)動器,,和無刷電機(jī)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(bǔ)償模式 輸入命令控制電機(jī)速度,。IR補(bǔ)償模式可用于控制無速度反饋裝置電機(jī)的速度。驅(qū)動器會調(diào)整負(fù)載率來補(bǔ)償輸出電流的變動,。當(dāng)命令響應(yīng)為線性時(shí),,在力矩?cái)_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(jī)速度,。此模式利用電機(jī)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(yùn)動應(yīng)用,。
編碼器速度模式 輸入命令電壓控制電機(jī)速度,。此模式利用電機(jī)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(yùn)動控制,。
測速機(jī)模式 輸入命令電壓控制電機(jī)速度。此模式利用電機(jī)上模擬測速機(jī)來形成速度閉環(huán),。由于直流測速機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)動位置,。這其實(shí)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(jī)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(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?yàn)榻涣鞯墓搽妷翰⒉皇菍Υ蟮氐模谥绷骺偩€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(diǎn)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(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流過屏蔽層,。

21、減速器為什么不能和電機(jī)正好相配在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩點(diǎn)?
如果考慮到電機(jī)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(jì)每個(gè)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(jià)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(shí),,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(shí),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(jī)在一個(gè)方向上比另一個(gè)方向跑得快 無刷電機(jī)的相位搞錯(cuò) 檢測或查出正確的相位
在不用于測試時(shí),,測試/偏差開關(guān)打在測試位置 將測試/偏差開關(guān)打在偏差位置
偏差電位器位置不正確 重新設(shè)定
電機(jī)失速 速度反饋的極性搞錯(cuò) 可以嘗試以下方法:
①. 如果可能,將位置反饋極性開關(guān)打到另一位置,。(某些驅(qū)動器上可以)
②. 如使用測速機(jī),,將驅(qū)動器上的TACH+和TACH-對調(diào)接入。
③. 如使用編碼器,,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(shí),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(jī)不動 一個(gè)或多個(gè)方向的電機(jī)禁止動作 檢查+INHIBIT 和 ?INHIBIT 端口
命令信號不是對驅(qū)動器信號地的 將命令信號地和驅(qū)動器信號地相連
上電后,,驅(qū)動器的LED燈不亮 供電電壓太低,小于最小電壓值要求 檢查并提高供電電壓
當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí),, LED燈閃爍 HALL相位錯(cuò)誤 檢查電機(jī)相位設(shè)定開關(guān)(60°/120°)是否正確,。 多數(shù)無刷電機(jī)都是120°相差。
HALL傳感器故障 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)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 存在故障 原因: 過壓,、欠壓、短路,、過熱,、驅(qū)動器禁止、HALL無效

23,、何為負(fù)載率(duty cycle)?
負(fù)載率(duty cycle)是指電機(jī)在每個(gè)工作周期內(nèi)的工作時(shí)間/(工作時(shí)間+非工作時(shí)間)的比率,。如果負(fù)載率低,就允許電機(jī)以3倍連續(xù)電流短時(shí)間運(yùn)行,,從而比額定連續(xù)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生更大的力量,。

24、標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動電路可以用于直線電機(jī)嗎,?
一般都是可以的,。你可以把直線電機(jī)就當(dāng)作旋轉(zhuǎn)電機(jī),如直線步進(jìn)電機(jī),、有刷,、無刷和交流直線電機(jī)。具體請向供應(yīng)商咨詢,。

25,、直線電機(jī)是否可以垂直安裝,做上下運(yùn)動,?
可以,。根據(jù)用戶的要求,垂直安裝時(shí)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(gè)平臺上可以安裝多個(gè)動子嗎?
可以,。只要幾個(gè)動子之間不互相妨礙即可,。

27、是否可以將多個(gè)無刷電機(jī)的動子線圈安裝于同一個(gè)磁軌道上,?
可以,。只要幾個(gè)動子之間不互相妨礙即可。

28,、AMS的直線電機(jī)是否可以用于特殊環(huán)境,,如水濺、真空,、潔凈室,、輻射等環(huán)境,?
可以提供,。具體請與我們聯(lián)系,。

29、使用直線電機(jī)比滾珠絲桿的線性電機(jī)有何優(yōu)點(diǎn),?
由于定子和動子之間沒有機(jī)械連接,,所以消除了背隙、磨損,、卡死問題,,運(yùn)動更加平滑。突出了更高精度,、高速度,、高加速度、響應(yīng)快,、運(yùn)動平滑,、控制精度高、可靠性好體積緊湊,、外形高度低,、長壽命、免維護(hù)等特點(diǎn),。

30,、你們的滑臺可以做多個(gè)組合一起使用嗎?
是的,??梢越M合為XY, XZ, YZ, XYZ及其它靈活組合。

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),,未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載,。