伺服電機(servo motor )是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉的發(fā)動機,是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度,位置精度非常準確,可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。
伺服電機轉子轉速受輸入信號控制,并能快速反應,在自動控制系統(tǒng)中,用作執(zhí)行元件,且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性,可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。
分為直流和交流伺服電動機兩大類,其主要特點是,當信號電壓為零時無自轉現(xiàn)象,轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。
伺服電機
1、伺服系統(tǒng)(servo mechanism)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(或給定值)的任意變化的自動控制系統(tǒng)。伺服主要靠脈沖來定位;
基本上可以這樣理解,伺服電機接收到1個脈沖,就會旋轉1個脈沖對應的角度,從而實現(xiàn)位移,因為,伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能,所以伺服電機每旋轉一個角度,都會發(fā)出對應數(shù)量的脈沖;
這樣,和伺服電機接受的脈沖形成了呼應,或者叫閉環(huán),如此一來,系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機,同時又收了多少脈沖回來,這樣,就能夠很精確的控制電機的轉動,從而實現(xiàn)精確的定位,可以達到0.001mm。
直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低,結構簡單,啟動轉矩大,調速范圍寬,控制容易,需要維護,但維護不方便(換碳刷),產生電磁干擾,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,響應快,速度高,慣量小,轉動平滑,力矩穩(wěn)定。
控制復雜,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。
2、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,較高轉動速度低,且隨著功率增大而快速降低。
因而適合做低速平穩(wěn)運行的應用。
3、伺服電機內部的轉子是永磁鐵,驅動器控制的U/V/W三相電形成電磁場,轉子在此磁場的作用下轉動;
同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器,驅動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較,調整轉子轉動的角度。
伺服電機的精度決定于編碼器的精度(線數(shù))。
交流伺服電機和無刷直流伺服電機在功能上的區(qū)別:
交流伺服要好一些,因為是正弦波控制,轉矩脈動小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡單,便宜。
一、電機編碼器報警
1、故障原因
?、俳泳€錯誤;
②電磁干擾;
③機械振動導致的編碼器硬件損壞;
?、墁F(xiàn)場環(huán)境導致的污染;
2、維修方法
?、贆z查接線并排除錯誤;
②檢查屏蔽是否到位,檢查布線是否合理并解決,必要時增加濾波器加以改
善;
?、蹤z查機械結構,并加以改進;
?、軝z查編碼器內部是否受到污染、腐蝕(粉塵、油污等),加強防護;
3、安裝及接線標準
①盡量使用原裝電纜;
?、诜蛛x電纜使其盡量遠離污染接線,特別是高污染接線;
③盡可能始終使用內部電源。如果使用開關電源,則應使用濾波器,確保電
源達到潔凈等級;
?、苁冀K將公共端接地;
⑤將編碼器外殼與機器結構保持絕緣并連接到電纜屏蔽層;
?、奕绻麩o法使編碼器絕緣,則可將電纜屏蔽層連接到編碼器外殼和驅動器框
架上的接地(或專用端子)。
二、電機斷軸
1、故障原因
①機械設計不合理導致徑向負載力過大;
?、谪撦d端卡死或者嚴重的瞬間過載;
?、垭姍C和減速機裝配時不同心;
2、維修方法
?、俸藢﹄姍C樣本中可承受的最大徑向負載力,改進機械設計;
?、跈z查負載端的運行情況,確認實際的工藝要求并加以改進;
③檢查負載運行是否穩(wěn)定,是否存在震動,并加以改進機械裝配精度。
三、電動機空載電流不平衡,三相相差大
1、故障原因
?、倮@組首尾端接錯;
?、陔娫措妷翰黄胶猓?br/> ?、劾@組存在匝間短路、線圈反接等故障。
2、維修方法
?、贆z查并糾正;
②測量電源電壓,設法消除不平衡;
?、巯@組故障。
四、電動機運行時響聲不正常有異響
1、故障原因
?、佥S承磨損或油內有砂粒等異物;
?、谵D子鐵芯松動;
?、圯S承缺油;
?、茈娫措妷哼^高或不平衡。
2、維修方法
?、俑鼡Q軸承或清洗軸承;
②檢修轉子鐵芯;
?、奂佑?;
?、軝z查并調整電源電壓
五、電動機起動困難,額定負載時,電動機轉速低于額定轉速較多
1、故障原因
?、匐娫措妷哼^低;
?、诿娼臃姍C誤接;
③轉子開焊或斷裂;
?、苻D子局部線圈錯接、接反;
?、坌迯碗姍C繞組時增加匝數(shù)過多;
?、蓦姍C過載。
2、維修方法
?、贉y量電源電壓,設法改善;
?、诩m正接法;
?、蹤z查開焊和斷點并修復;
?、懿槌稣`接處予以改正;
⑤恢復正確匝數(shù);
?、逌p載。
六、通電后電動機不能轉動,但無異響,也無異味和冒煙?
1、故障原因
①電源未通(至少兩相未通);
②熔絲熔斷(至少兩相熔斷);
?、圻^流繼電器調得過小;
?、芸刂圃O備接線錯誤。
2、維修方法
①檢查電源回路開關,熔絲、接線盒處是否有斷點,修復;
?、跈z查熔絲型號、熔斷原因,換新熔絲;
?、壅{節(jié)繼電器整定值與電動機配合;
④改正接線。
七、運行中電動機振動較大
1、故障原因
?、儆捎谀p軸承間隙過大;
?、跉庀恫痪鶆?;
?、坜D子不平衡;
?、苻D軸彎曲;
?、萋?lián)軸器(皮帶輪)同軸度過低。
2、維修方法
?、贆z修軸承,必要時更換;
②調整氣隙,使之均勻;
?、坌UD子動平衡;
?、苄V鞭D軸;
?、葜匦滦U?,使之符合規(guī)定。
八、通電后電機不轉有嗡嗡聲
1、故障原因
?、俎D子繞組有斷路(一相斷線)或電源一相失電;
?、诶@組引出線始末端接錯或繞組內部接反;
?、垭娫椿芈方狱c松動,接觸電阻大;
④電動機負載過大或轉子卡?。?br/> ?、蓦娫措妷哼^低;
⑥小型電動機裝配太緊或軸承內油脂過硬;
?、咻S承卡住。
2、維修方法
?、俨槊鲾帱c予以修復;
?、跈z查繞組極性;判斷繞組末端是否正確;
?、劬o固松動的接線螺絲,用萬用表判斷各接頭是否假接,予以修復;
?、軠p載或查出并消除機械故障;
?、輽z查是否把規(guī)定的面接法誤接;是否由于電源導線過細使壓降過大,予以
糾正;
?、拗匦卵b配使之靈活;更換合格油脂;
?、咝迯洼S承。
九、軸承過熱?
1、故障原因
?、倩^多或過少;
?、谟唾|不好含有雜質;
?、圯S承與軸頸或端蓋配合不當(過松或過緊);
?、茌S承內孔偏心,與軸相擦;
?、蓦妱訖C端蓋或軸承蓋未裝平;
?、揠妱訖C與負載間聯(lián)軸器未校正,或皮帶過緊;
?、咻S承間隙過大或過小;
?、嚯妱訖C軸彎曲。
2、維修方法
?、侔匆?guī)定加潤滑脂(容積的1/3-2/3);
?、诟鼡Q清潔的潤滑滑脂;
?、圻^松可用粘結劑修復,過緊應車,磨軸頸或端蓋內孔,使之適合;
?、苄蘩磔S承蓋,消除擦點;更多精彩內容請關注微信號技成培訓
⑤重新裝配;
⑥重新校正,調整皮帶張力;
?、吒鼡Q新軸承;
?、嘈U姍C軸或更換轉子。
十、電機過熱甚至冒煙?
1、故障原因
?、匐娫措妷哼^高;
?、陔娫措妷哼^低,電動機又帶額定負載運行,電流過大使繞組發(fā)熱;
③修理拆除繞組時,采用熱拆法不當,燒傷鐵芯;
?、茈妱訖C過載或頻繁起動;
?、蓦妱訖C缺相,兩相運行;
⑥重繞后定于繞組浸漆不充分;
⑦環(huán)境溫度高電動機表面污垢多,或通風道堵塞。
2、維修方法
?、俳档碗娫措妷海ㄈ缯{整供電變壓器分接頭);
?、谔岣唠娫措妷夯驌Q粗供電導線;
?、蹤z修鐵芯,排除故障;
?、軠p載;按規(guī)定次數(shù)控制起動;
?、莼謴腿噙\行;
⑥采用二次浸漆及真空浸漆工藝;
?、咔逑措妱訖C,改善環(huán)境溫度,采用降溫措施。
1、高效率化
盡管高效化一直都是伺服系統(tǒng)重要的發(fā)展課題,但是仍需要繼續(xù)加強。主要包括電機本身的高效率:比如永磁材料性能的改進和更好的磁鐵安裝結構設計;也包括驅動系統(tǒng)的高效率化:包括逆變器驅動電路的優(yōu)化,加減速運動的優(yōu)化,再生制動和能量反饋以及更好的冷卻方式等。
2、直接驅動
直接驅動包括采用盤式電機的轉臺伺服驅動和采用直線電機的線性伺服驅動,由于消除了中間機械傳動設備的(如齒輪箱)傳遞誤差,從而實現(xiàn)了高速化和高定位精度。而直線電機容易改變形狀的特點可以使采用線性直線機構的各種裝置實現(xiàn)小型化和輕量化。
3、高速、高精、高性能化
采用更高精度的編碼器,更高采樣精度和數(shù)據(jù)位數(shù)、速度更快的DSP,無齒槽效應的高性能旋轉電機、直線電機,以及應用自適應、人工智能等各種現(xiàn)代控制策略,不斷將伺服系統(tǒng)的基礎指標(控制速度、控制精度)提高。
4、一體化和集成化?
電動機、反饋、控制、驅動、通訊的縱向一體化成為當前小功率伺服系統(tǒng)的一個發(fā)展方向。有時我們稱這種集成了驅動和通訊的電機叫智能化電機,有時我們把集成了運動控制和通訊的驅動器叫智能化伺服驅動器。電機、驅動和控制的集成使三者從設計、制造到運行、維護都更緊密地融為一體。但是這種方式面臨更大的技術挑戰(zhàn)和工程師使用習慣的挑戰(zhàn),因此很難成為主流,在整個伺服市場中是一個很小的有特色的部分。
5、通用化
通用型驅動器配置有大量的參數(shù)和豐富的菜單功能,便于用戶在不改變硬件配置的條件下,方便地設置成V/F控制、無速度傳感器開環(huán)矢量控制、閉環(huán)磁通矢量控制、永磁無刷交流伺服電動機控制及再生單元等五種工作方式,適用于各種場合,可以驅動不同類型的電機,比如異步電機、永磁同步電機、無刷直流電機、步進電機,也可以適應不同的傳感器類型甚至無位置傳感器??梢允褂秒姍C本身配置的反饋構成半閉環(huán)控制系統(tǒng),也可以通過接口與外部的位置或速度或力矩傳感器構成高精度全閉環(huán)控制系統(tǒng)。
6、智能化?
現(xiàn)代交流伺服驅動器都具備參數(shù)記憶、故障自診斷和分析功能,絕大多數(shù)進口驅動器都具備負載慣量測定和自動增益調整功能,有的可以自動辨識電機的參數(shù),自動測定編碼器零位,有些則能自動進行振動抑止。將電子齒輪、電子凸輪、同步跟蹤、插補運動等控制功能和驅動結合在一起,對于伺服用戶來說,則提供了更好的體驗。
7、網(wǎng)絡化和模塊化
將現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)技術、甚至無線網(wǎng)絡技術集成到伺服驅動器當中,已經成為歐洲和美國廠商的常用做法?,F(xiàn)代工業(yè)局域網(wǎng)發(fā)展的重要方向和各種總線標準競爭的焦點就是如何適應高性能運動控制對數(shù)據(jù)傳輸實時性、可靠性、同步性的要求。隨著國內對大規(guī)模分布式控制裝置的需求上升,高檔數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)成功,網(wǎng)絡化數(shù)字伺服的開發(fā)已經成為當務之急。模塊化不僅指伺服驅動模塊、電源模塊、再生制動模塊、通訊模塊之間的組合方式,而且指伺服驅動器內部軟件和硬件的模塊化和可重用。
8、專用化和多樣化?
雖然市場上存在通用化的伺服產品系列,但是為某種特定應用場合專門設計制造的伺服系統(tǒng)比比皆是。利用磁性材料不同性能、不同形狀、不同表面粘接結構和嵌入式永磁轉子結構的電機出現(xiàn),分割式鐵芯結構工藝在日本的使用使永磁無刷伺服電機的生產實現(xiàn)了高效率、大批量和自動化,并引起國內廠家的研究。