如何正確選擇步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)

1、如何正確選擇伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)2009-02-2313:23如何正確選擇伺服電機(jī)和步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(jiǎn)單地說(shuō)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(duì)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(dòng)器或控制 器 的型號(hào)。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(qǐng)見(jiàn)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 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(jī)小于 1000RPM 高 (可 達(dá) 5000RPM,直流伺服電機(jī)更可達(dá) 12萬(wàn)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(dòng)(但用細(xì)分型驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(guò)載特性 過(guò)載時(shí)會(huì)失步 可 310倍過(guò)載(短時(shí)反饋方式 大多數(shù)為開(kāi)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(duì)值型, 旋

3、轉(zhuǎn)變壓器型 響應(yīng)速度 一般 快耐振動(dòng) 好 一般(旋轉(zhuǎn)變壓器型可耐振動(dòng)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(dòng)器?根據(jù)電機(jī)的電流, 配用大于或等于此電流的驅(qū)動(dòng)器。 如果需要低振動(dòng)或高精度時(shí), 可配用細(xì)分型驅(qū)動(dòng)器。 對(duì)于大轉(zhuǎn)矩電機(jī),盡可能用高電壓型驅(qū)動(dòng)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(dòng)較大,高速時(shí)的力矩下降快。5相電機(jī)則振 動(dòng)較小,高速性能好,比 2相電機(jī)的速度高 3050%,可在部分場(chǎng)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(wú)刷電機(jī)

4、。有刷電機(jī)成本低,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,啟動(dòng)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(duì)環(huán)境有要求。因此它可以用于對(duì)成本 敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。無(wú)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(dòng)平滑,力矩 穩(wěn)定。控制復(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(zhǎng)壽命,可用于 各種環(huán)境。交流伺服電機(jī)也是無(wú)刷電機(jī), 分為同步和異步電機(jī), 目前運(yùn)動(dòng)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(dòng)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。

5、6,使用電機(jī)時(shí)要注意的問(wèn)題?上電運(yùn)行前要作如下檢查:1電源電壓是否合適(過(guò)壓很可能造成驅(qū)動(dòng)模塊的損壞;對(duì)于直流輸入的+/-極性一定不能接錯(cuò), 驅(qū)動(dòng)控制器上的電機(jī)型號(hào)或電流設(shè)定值是否合適 (開(kāi)始時(shí)不 要太大;2控制信號(hào)線接牢靠,工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最好要考慮屏蔽問(wèn)題(如采用雙絞線;3不要開(kāi)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(kāi)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(dòng)是否正常,聲音和溫升 情況,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題立即停機(jī)調(diào)整。7,步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行時(shí),有時(shí)動(dòng)一下就不動(dòng)了或原地來(lái)回動(dòng),運(yùn)行時(shí)有時(shí)還會(huì) 失步,是什么問(wèn)題?一般要考慮以下方面作檢查

6、:1電機(jī)力矩是否足夠大,能否帶動(dòng)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(guò)負(fù)載運(yùn)行,哪怕是瞬 間,都會(huì)造成失步,嚴(yán)重時(shí)停轉(zhuǎn)或不規(guī)則原地反復(fù)動(dòng)。2上位控制器來(lái)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(guò)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(dòng)器。3啟動(dòng)頻率是否太高,在啟動(dòng)程序上是否設(shè)置了加速過(guò)程,最好從電機(jī)規(guī)定的 啟動(dòng)頻率內(nèi)開(kāi)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(huì)出現(xiàn)此狀況,則屬于

7、正常。因?yàn)?實(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(duì)于 5相電機(jī)來(lái)說(shuō),相位接錯(cuò),電機(jī)也不能工作。8, 我想通過(guò)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(wèn)題,用于對(duì)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(dòng)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(dòng)控制。如 S 加速、多軸插補(bǔ)等。9, 用開(kāi)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(kāi)關(guān)電 源。 因?yàn)? 電機(jī)工作時(shí)是大電感型負(fù)載, 會(huì)對(duì)電源端形成瞬間的高壓。 而開(kāi)關(guān)

8、 電 源的過(guò)載性能不好, 會(huì)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(kāi)關(guān)電源和驅(qū)動(dòng)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(lái)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(cè)速機(jī)口的伺服驅(qū)動(dòng)器控 制?可以,需要配一個(gè)編碼器轉(zhuǎn)測(cè)速機(jī)信號(hào)模塊。12, 伺服電機(jī)的碼盤部分可以拆開(kāi)嗎?禁止拆開(kāi), 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(wú) 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(kāi)檢修或改裝嗎?不要, 最好讓廠家去做,拆開(kāi)后沒(méi)有專業(yè)設(shè)備

9、很難安裝回原樣, 電機(jī)的轉(zhuǎn)定子間 的間隙無(wú)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(tái)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(guó)產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)器或電機(jī)和國(guó)外優(yōu)質(zhì)的電機(jī)或驅(qū)動(dòng)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(huì)大大降低應(yīng)有 的效果,甚至影響長(zhǎng)期運(yùn)行和壽命。最好向供應(yīng)商咨詢后再?zèng)Q定。17,使用大于額定電壓值的直流電源電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)安全嗎?正常來(lái)說(shuō)這不是問(wèn)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)殡姍C(jī) 速

10、度與電機(jī)線電壓成正比, 因此選擇某種電源電壓不會(huì)引起過(guò)速, 但可能發(fā)生 驅(qū) 動(dòng)器等故障。 此外, 必須保證電機(jī)符合驅(qū)動(dòng)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(huì)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(zhǎng)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(guò)度驅(qū)動(dòng)電機(jī) 也是可以的,但會(huì)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(dòng)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(dòng) 器的輸出電壓值與供電電壓不同, 因此驅(qū)動(dòng)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(duì)于伺服驅(qū)動(dòng)器我可以選擇那種工作方式?請(qǐng)見(jiàn)下表(以下模式并不全部存在于所有型號(hào)的驅(qū)動(dòng)器中開(kāi)環(huán)模式 輸入命令電壓控制驅(qū)動(dòng)器的輸出負(fù)載率。此模式用于無(wú)刷電機(jī)驅(qū) 動(dòng)器,和有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電壓模式相同。電壓模式 輸入命令電壓控制驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓。此模式用于有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器,和無(wú)刷

12、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的開(kāi)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(dòng)器的輸出電流(力矩。驅(qū)動(dòng) 器調(diào)整負(fù)載率以保持命令電流值。 如果驅(qū)動(dòng)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(wú)速度反饋裝 置電機(jī)的速度。 驅(qū)動(dòng)器會(huì)調(diào)整負(fù)載率來(lái)補(bǔ)償輸出電流的變動(dòng)。 當(dāng)命令響應(yīng)為線性 時(shí),在力矩?cái)_動(dòng)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(lái)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(dòng)應(yīng)用。編碼器速度模式 輸入命令電壓控制電機(jī)

13、速度。此模式利用電機(jī)上編碼器脈 沖的頻率來(lái)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(dòng)控制。測(cè)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(cè)速機(jī)來(lái) 形成速度閉環(huán)。 由于直流測(cè)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(dòng)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(dòng)器和系統(tǒng)如何接地?a. 如果在交流電源和驅(qū)動(dòng)器直流總線(

14、如變壓器之間沒(méi)有隔離的話,不要將 直流總線的非隔離端口或非隔離信號(hào)的地接大地, 這可能會(huì)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?duì)大地的, 在直流總線地和大地之間可能會(huì)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(hào)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(dòng)器的信號(hào)地接到控制器的信號(hào)地。 它也會(huì)接到外部電源的地，這將影響到控制器和驅(qū)動(dòng)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

15、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(huì)流過(guò)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(guò)減速器的最大連續(xù)轉(zhuǎn)矩， 許多減速比會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)減速 器的轉(zhuǎn)矩等級(jí)。 如果我們要設(shè)計(jì)每個(gè)減速器來(lái)匹配滿轉(zhuǎn)矩，減速器的內(nèi)部齒輪 會(huì)有太多組合(體積較大、材料多。 這樣會(huì)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

16、本應(yīng)用。 部分伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)器的電流監(jiān)控輸出端時(shí)，發(fā)現(xiàn)它全為噪聲，無(wú)法讀出 電流 監(jiān)控輸出端沒(méi)有與交流電源相隔離（變壓器） 可以用直流電壓表檢測(cè)觀察 電機(jī)在一個(gè)方向上比另一個(gè)方向跑得快 查出正確的相位 無(wú)刷電機(jī)的相位搞錯(cuò) 檢測(cè)或 在不用于測(cè)試時(shí)，測(cè)試/偏差開(kāi)關(guān)打在測(cè)試位置 位置 偏差電位器位置不正確 電機(jī)失速 1. 以） 2. 重新設(shè)定 將測(cè)試/偏差開(kāi)關(guān)打在偏差 速度反饋的極性搞錯(cuò) 可以嘗試以下方法： 如果可能，將位置反饋極性開(kāi)關(guān)打到另一位置。（某些驅(qū)動(dòng)器上可 如使用測(cè)速機(jī)，將驅(qū)動(dòng)器上的 TACH+和 TACH-對(duì)調(diào)接入。 3. 如使用編

17、碼器，將驅(qū)動(dòng)器上的 ENC A 和 ENC B 對(duì)調(diào)接入。 4. 如在 HALL 速度模式下，將驅(qū)動(dòng)器上的 HALL-1 和 HALL-3 對(duì)調(diào)，再將 Motor-A 和 Motor-B 對(duì)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(duì)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)地的。 LED 燈是綠的,但是電機(jī)不動(dòng) +INHIBIT 和 INHIBIT 端口 命令信號(hào)不是對(duì)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)地的 上電后，驅(qū)動(dòng)器的 LED 燈不亮 查并提高供電電壓 一個(gè)或多個(gè)方向的電機(jī)禁止動(dòng)作 檢查 將命令信號(hào)地和驅(qū)動(dòng)器信號(hào)地相連 供電電壓太低，小于最小電壓值要求

18、檢 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， LED 燈閃爍 HALL 相位錯(cuò)誤 檢查電機(jī)相位設(shè)定開(kāi)關(guān) (60°/120°是否正確。 多數(shù)無(wú)刷電機(jī)都是 120°相差。 HALL 傳感器故障 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)檢測(cè) 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(wú)效 存在故障 原因: 過(guò)壓、欠壓、短路、過(guò)熱、驅(qū)動(dòng) 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(dòng)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(wú)刷和交流直線電機(jī)。具體請(qǐng)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(dòng)？ 可以。根據(jù)用戶的要求，垂直安裝時(shí)我們可以加裝動(dòng)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(tái)上可以安裝多個(gè)動(dòng)子嗎？ 可以。只要幾個(gè)動(dòng)子之間不互相