200710081625如何正確選擇步進、伺服電機-錡鋒國際

如何正確選擇步進、伺服電機


1. 如何正確選擇步進電機和伺服電機?
  主要視具體應用情況而定,簡單說要確定︰負載的性質(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),主要控制模式是位置、轉矩還是速度模式。供電電源是直流還是交流電源,或電池供電,電壓範圍。以此確定電機和配用驅動器或控制單元的型號。

2. 選擇步進電機還是伺服電機系統?
其實,選擇什麼樣的電機應根據具體應用情況而定,各有其特點。見下表即明白。

步進電機系統
力矩範圍:中小力矩(一般在20Nm以下)
速度範圍:低(一般在2000 RPM以下,大力矩電機小於1000 RPM)
控製方式:主要是位置控製
平滑性:低速時有振動(但用細分型驅動器則可明顯改善)
精度:一般較低,細分型驅動時較高
矩頻特性:高速時,力矩下降快
過載特性:過載時會失步
反饋方式:大多數為開環控製,也可接編碼器,防止失步
編碼器類型:光電型旋轉編碼器(增量型/絕對值型)
響應速度:一般
耐振動:好
溫升:運行溫度高
維護性:基本可以免維護
價格:低

伺服電機系統
力矩範圍:小中大,全範圍
速度範圍:高(可達5000RPM),直流伺服電機更可達1~2萬轉/分
控製方式:多樣智慧化控製方式,位置/轉速/轉矩方式
平滑性:好,運行平滑
精度:高(具體要看反饋裝置的分辨率)
矩頻特性:力矩特性好,特性較硬
過載特性:可3~10倍過載(短時)
反饋方式:閉環方式,編碼器反饋
編碼器類型:旋轉變壓器型
響應速度:快
耐振動:一般(旋轉變壓器型可耐振動)
溫升:一般
維護性:較好
價格:高

3. 如何配用步進電機驅動器?
  根據電機的電流,配用大於或等於此電流的驅動器。如果需要低振動或高精度時,可配用細分型驅動器。對於大轉矩電機,儘可能用高電壓型驅動器,以獲得良好的高速性能。

4.「2相」和「5相」步進電機有何區別,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,它和交流伺服有何區別?
  直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低,架構簡單,啟動轉矩大,調速範圍寬,控制容易,需要維護,但維護方便(換碳刷),產生電磁干擾,對環境有要求。因此它可以用於對成本敏感的普通工業和民用場合。
無刷電機體積小,重量輕,出力大,附應快,速度高,慣量小,轉動平滑,力矩穩定。控制複雜,容易實現智能化,其電子換相模式靈活,可以方波換相或正弦波換相。電機免維護,效率很高,營運溫度低,電磁輻射很小,長壽命,可用於各種環境。
  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,它的功率範圍大,可以做到很大的功率。大慣量,最高轉動速度低,且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩營運的應用。

6. 使用電機時要注意的問題?
上電運作前要作如下檢查︰
 1. 電源電壓是否合適(過壓很可能造成驅動模塊的損壞);對於直流輸入的+/-極性一定不能接錯,驅動控制單元上的電機型號或電流設定值是否合適(開始時不要太大);
 2. 控制信號線接牢靠,工業現場最好要考慮屏蔽問題(如採用雙絞線);
 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,營運良好後,再逐步連接。
 4. 一定要搞清楚接地方法,還是採用浮空不接。
 5. 開始營運的半小時內要密切觀察電機的狀態,如運動是否正常,聲音和溫升情況,發現問題立即停機調整。

7. 步進電機啟動營運時,有時動一下就不動了或原地來回動,營運時有時還會失步,是什麼問題?
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,因為步進電機不能過負載營運,哪怕是瞬間,都會造成失步,嚴重時停轉或不規則原地反覆動。
 2. 上位控制單元來的輸入走步脈波的電流是否夠大(一般要>10mA),以使光耦穩定導通,輸入的頻率是否過高,導致接收不到,如果上位控制單元的輸出電路是CMOS電路,則也要選用CMOS輸入型的驅動器。
 3. 啟動頻率是否太高,在啟動程式上是否設定了加速過程,最好從電機規定的啟動頻率內開始加速到設定頻率,哪怕加速時間很短,否則可能就不穩定,甚至處於惰態。
 4. 電機未固定好時,有時會出現此狀況,則屬於正常。因為,實際上此時造成了電機的強烈共振而導致進入失步狀態。電機必須固定好。
 5. 對於5相電機來說,相位接錯,電機也不能工作。

8. 若想透過通訊模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,用於對附應速度要求不太高的應用。如果要求快速的附應控制參數,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,以實現高速高精度的運動控制。如S加速、多軸插補等。

9. 用開關電源給步進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關電源。因為,電機工作時是大電感型負載,會對電源端形成瞬間的高壓。而開關電源的過載性能不好,會保護關斷,且其精密的穩壓性能又不需要,有時可能造成開關電源和驅動器的損壞。可以用常規的環形或R型變壓器變壓的直流電源。

10. 若想用±10V或4~20mA的直流電壓來控制步進電機,可以嗎?
  可以,但需要另外的轉換模塊。

11. 若有一個的伺服電機帶編碼器回饋,可否用只帶測速機口的伺服驅動器控制?
  可以,需要配一個編碼器轉測速機信號模塊。

12. 伺服電機的碼盤部分可以拆開嗎?
  禁止拆開,因為碼盤內的石英片很容易破裂,且進入灰塵後,壽命和精度都將無法保證,需要專業人員檢修。

13. 步進和伺服電機可以拆開檢修或改裝嗎?
  不要,最好讓廠家去做,拆開後沒有專業設備很難安裝回原樣,電機的轉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. 幾台伺服電機可以作同步營運嗎?
  視各廠商產品而定,一般幾近可以。

15. 伺服控制單元能夠感知外部負載的變化嗎?
  視各廠商產品而定,如遇到設定阻力時停止、返回或保持一定的推力跟進。

16. 可以將國產的驅動器或電機和國外優質的電機或驅動器配用嗎?
  原則上是可以的,但要搞清楚電機的技術參數後才能配用,否則會大大降低應有的效果,甚至影響長期營運和壽命。最好向供應商咨詢後再決定。

17. 使用大於額定電壓值的直流電源電壓驅動電機安全嗎?
  正常來說這不是問題,只要電機在所設定的速度和電流極限值內營運。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,但可能發生驅動器等故障。此外, 必須保證電機符合驅動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於或等於電機的額定電流。
  事實上,如果你能在你設計的裝置中讓電機跑地比較慢的話 (低於額定電壓),這是很好的。 以較低的電壓 (因此比較低的速度) 營運會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,過度驅動電機也是可以的,但會犧牲產品的使用壽命。

18. 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。驅動器的電流值應該足夠傳送應用所需的能量。記住驅動器的輸出電壓值與供電電壓不同,因此驅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. 對於伺服驅動器可以選擇那種工作模式?
  請見下表(以下模式並不全部存在於所有型號的驅動器中)
開環模式 輸入命令電壓控制驅動器的輸出負載率。此模式用於無刷電機驅動器,和有刷電機驅動器的電壓模式相同。電壓模式 輸入命令電壓控制驅動器的輸出電壓。此模式用於有刷電機驅動器,和無刷電機驅動器的開環模式相同。
  電流模式(力矩模式) 輸入命令電壓控制驅動器的輸出電流(力矩)。驅動器調整負載率以保持命令電流值。如果驅動器可以速度或位置環工作,一般都含有此模式。IR補償模式 輸入命令控制電機速度。IR補償模式可用於控制無速度回饋裝置電機的速度。驅動器會調整負載率來補償輸出電流的變動。當命令附應為線性時,在力矩擾動情況下,此模式的精度就比不上閉環速度模式了。
  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。 由於hall傳感器的低分辨率,此模式一般不用於低速運動應用。編碼器速度模式 輸入命令電壓控制電機速度。此模式利用電機上編碼器脈波的頻率來形成速度閉環。由於編碼器的高分辨率,此模式可用於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。此模式利用電機上類比測速機來形成速度閉環。由於直流測速機的電壓為類比連續性,此模式適合很高精度的速度控制。當然,在低速情況下,它也容易受到干擾。
  類比位置環模式(ANP 模式) 輸入命令電壓控制電機的轉動位置。這其實是一種在類比裝置中提供位置回饋的變化的速度模式(如可調電位器、變壓器等)。在此模式下,電機速度正比於位置誤差。且具有更快速的附應和更小的穩態誤差。

20. 驅動器和系統如何接地?
 a. 如果在交流電源和驅動器直流匯流排(如變壓器)之間沒有隔離的話,不要將直流匯流排的非隔離端口或非隔離信號的地接大地,這可能會導致設備損壞和人員害怕。因為交流的公共電壓並不是對大地的,在直流匯流排地和大地之間可能會有很高的電壓。
 b. 在多數伺服系統中,所有公共地和大地在信號端是接在一起的。多種連接大地模式產生的地回路很容易受噪音影響而在不同的參考點上產生電流。
 c. 為了保持命令參考電壓的恆定,要將驅動器的信號地接到控制單元的信號地。 它也會接到外部電源的地,這將影響到控制單元和驅動器的工作(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部的參考電位點上。這個點取決於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。

21. 減速器為什麼不能和電機正好相配在標準轉矩點?
  如果考慮到電機產生的經過減速器的最大連續轉矩,許多減速比會遠遠超過減速器的轉矩等級。 如果我們要設計每個減速器來匹配滿轉矩,減速器的內部齒輪會有太多組合(體積較大、材料多)。 這樣會使得產品價格高,且違反了產品的"高性能、小體積"原則。

22. 我如何選擇使用減速器還是正齒輪減速器?
  減速器一般用於在有限的空間裡需要較高的轉矩時,即小體積大轉矩,而且它的可靠性和壽命都比正齒輪減速器要好。正齒輪減速器則用於較低的電流消耗,低噪音和高效率低成本應用。
部分伺服驅動器故障檢查方法參考:
  現象可能原因糾正方法,示波器檢查驅動器的電流監控輸出端時,發現它全為噪聲,無法讀出電流監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 無刷電機的相位搞錯 檢測或查出正確的相位在不用於測試時,測試/偏差開關打在測試位置 將測試/偏差開關打在偏差位置偏差電位器位置不正確重新設定電機失速速度反饋的極性搞錯可以嘗試以下方法︰
1. 如果可能,將位置反饋極性開關打到另一位置。(某些驅動器上可以)
2. 如使用測速機,將驅動器上的TACH+和TACH-對調接入。
3. 如使用編碼器,將驅動器上的ENC A和ENC B對調接入。
4. 如在HALL速度模式下,將驅動器上的HALL-1和HALL-3對調,再將Motor-A和Motor-B對調接好。
編碼器速度回饋時,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,確保該電壓是對驅動器信號地的。
LED燈是綠的,但是電機不動 一個或多個方向的電機禁止動作檢查+INHIBIT 和 INHIBIT端口命令信號不是對驅動器信號地的將命令信號地和驅動器信號地相連上電後,驅動器的LED燈不亮供電電壓太低,小於最小電壓值要求檢查並提高供電電壓當電機轉動時,LED燈閃爍 HALL相位錯誤檢查電機相位設定開關(60°/120°)是否正確。多數無刷電機都是120°相差。HALL傳感器故障 當電機轉動時檢測Hall A, Hall B, Hall C的電壓。電壓值應該在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、驅動器禁止、HALL無效。

23. 何為負載率(Duty Cycle)?
  負載率(Duty Cycle)是指電機在每個工作週期內的工作時間/(工作時間+非工作時間)的比率。如果負載率低,就允許電機以3倍連續電流短時間營運,從而比額定連續營運時產生更大的力量。

24. 標準旋轉電機的驅動電路可以用於直線電機嗎?
  一般都是可以的。你可以把直線電機就當作旋轉電機,如直線步進電機、有刷、無刷和交流直線電機。具體請向供應商咨詢。

25. 直線電機是否可以垂直安裝,做上下運動?
  可以。根據客戶的需求,垂直安裝時可以加裝動子滑塊平衡裝置或加裝導軌抱閘剎車。

26. 在同一個平台上可以安裝多個動子嗎?
  可以。只要幾個動子之間不互相妨礙即可。

27. 是否可以將多個無刷電機的動子線圈安裝於同一個磁軌道上?
  可以。只要幾個動子之間不互相妨礙即可。

28. AMS的直線電機是否可以用於特殊環境,如水濺、真空、潔淨室、輻射等環境?
  廠商可以提供。具體可與購買廠商聯繫。

29. 使用直線電機比滾珠絲杆的線性電機有何優點?
  由於定子和動子之間沒有機械連接,所以消除了背隙、磨損、卡死問題,運動更加平滑。突出了更高精度、高速度、高加速度、附應快、運動平滑、控制精度高、可靠性好體積緊湊、外形高度低、長壽命、免維護等特點。

30. 滑台可以做多個組合一起使用嗎?
  是的。可以組合為XY, XZ, YZ, XYZ及其它靈活組合。


    <文章為版主個人創作,嚴禁他人隨意轉載。>
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