伺服电机

文章作者:产品中心 上传时间:2020-03-15

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  伺服电机(servo motor )是指正在伺服体系中限度机器元件运转的动员机,是一种补助马达间接变速装配。

  伺服电机可使限度速率,地点精度极端精确,可能将电压信号转化为转矩和转速以驱动限度对象。伺服电机转子转速受输入信号限度,并能迅速反映,正在自愿限度体系中,用作实践元件,且具有机电时代常数小、线性度高、始动电压等性情,可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速率输出。分为直流和换取伺服电动机两大类,其重要特色是,当信号电压为零时无自转局面,转速跟着转矩的添补而匀速消浸。

  状况等输出被控量也许随同输入方向(或给定值)的苟且蜕变的自愿限度体系。伺服重要靠脉冲来定位,根基上可能如此领略,伺服电机摄取到1个脉冲,就会回旋1个脉冲对应的角度,从而告终位移,由于,伺服电机自身具备发出脉冲的功用,于是伺服电机每回旋一个角度,都市发出对应数目的脉冲,如此,和伺服电机授与的脉冲酿成了照应,或者叫闭环,如许一来,体系就会领略发了众少脉冲给伺服电机,同时又收了众少脉冲回来,如此,就也许很准确的限度电机的转动,从而告终准确的定位,可能抵达0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机本钱低,布局单纯,启动转矩大,调速鸿沟宽,限度容易,需求爱护,但爱护不轻易(换碳刷),爆发电磁滋扰,对情况有恳求。因而它可能用于对本钱敏锐的遍及工业和民用景象。

  无刷电机体积小,重量轻,功效大,呼应速,速率高,惯量小,转动光滑,力矩平静。限度庞杂,容易告终智能化,其电子换相办法精巧,可能方波换相或正弦波换相。电机免爱护,作用很高,运转温度低,电磁辐射很小,长命命,可用于各样情况。

  2、换取伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机运动限度中大凡都用同步电机,它的功率鸿沟大,可能做到很大的功率。大惯量,最高转动速率低,且跟着功率增大而迅速消浸。于是适合做低速稳定运转的操纵。

  3、伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器限度的U/V/W三相电酿成电磁场,转子正在此磁场的感化下转动,同时电机自带的编码器反应信号给驱动器,驱动器依据反应值与方向值实行斗劲,安排转子转动的角度。伺服电机的精度决断于编码器的精度(线数)。

  换取伺服电机和无刷直流伺服电机正在功用上的区别:换取伺服要好少许,由于是正弦波限度,转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服斗劲单纯,低贱。

  自从德邦MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部正在1978年汉诺威营业展览会

  上正式推出MAC永磁换取伺服电动机和驱动体系,这记号着此种新一代换取伺服工夫已进入适用化阶段。到20世纪80年代中后期,各公司都已有完善的系列产物。全盘伺装束配市集都转向了换取体系。早期的模仿体系正在诸如零漂、抗滋扰、牢靠性、精度和柔性等方面存正在亏欠,尚不行一律满意运动限度的恳求,近年来跟着微打点器、新型数字信号打点器(DSP)的操纵,产生了数字限度体系,限度局限可一律由软件实行,别离称为直流伺服体系、三相永磁换取伺服体系。

  高功能的电伺服体系众人采用永磁同步型换取伺服电动机,限度驱动器众采用迅速、精确定位的总共字地点伺服体系。典范临盆厂家如德邦西门子、美邦科尔摩根和日本松下及安川等公司。

  日本安川电机筑制所推出的小型换取伺服电动机和驱动器,此中D系列实用于数控机床(最高转速为1000r/min,力矩为0.25~2.8N.m),R系列实用于呆板人(最高转速为3000r/min,力矩为0.016~0.16N.m)。之后又推出M、F、S、H、C、G 六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机限度改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片限度,力矩振动由24%消浸到7%,并普及了牢靠性。如此,只用了几年时代酿成了八个系列(功率鸿沟为0.05~6kW)较完善的编制,满意了就业机器、搬运机构、焊接机器人、安装呆板人、电子部件、加工机器、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的分歧需求。

  以临盆机床数控装配而知名的日本发那科(Fanuc)公司,正在20世纪80年代中期也推出了S系列(13个规格)和L系列(5个规格)的永磁换取伺服电动机。L系列有较小的转动惯量和机器时代常数,实用于恳求稀少迅速呼应的地点伺服体系。

  日本其他厂商,比方:三菱电动机(HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列)、东芝精机(SM系列)、大隈铁工所(BL系列)、三洋电气(BL系列)、立石电机(S系列)等浩繁厂商也进入了永磁换取伺服体系的比赛队伍。

  德邦力士乐公司(Rexroth)的Indramat分部的MAC系列换取伺服电动机共有7个机座号92个规格。

  德邦西门子(Siemens)公司的IFT5系列三相永磁换取伺服电动机分为模范型和短型两大类,共8个机座号98种规格。据称该系列换取伺服电动机与相仿输功效矩的直流伺服电动机IHU系列比拟,重量惟有后者的1/2,配套的晶体管脉宽调制驱动器6SC61系列,最众的可供6个轴的电动机限度。

  德邦博世(BOSCH)公司临盆铁氧体永磁的SD系列(17个规格)和稀土永磁的SE系列(8个规格)换取伺服电动机和Servodyn SM系列的驱动限度器。

  美邦知名的伺装束配临盆公司Gettys曾一度行为Gould 电子公司一个分部(Motion Control Division),临盆M600系列的换取伺服电动机和A600 系列的伺服驱动器。后统一到AEG,光复了Gettys名称,推出A700总共字化的换取伺服体系。

  美邦A-B(ALLEN-BRADLEY)公司驱动分部临盆1326型铁氧体永磁换取伺服电动机和1391型换取PWM伺服限度器。电动机征求3个机座号共30个规格。

  I.D.(Industrial Drives)是美邦知名的科尔摩根(Kollmorgen)的工业驱动分部,伺服电机的结构伺服电机的结构曾临盆BR-210、BR-310、BR-510 三个系列共41个规格的无刷伺服电动机和BDS3型伺服驱动器。自1989年起推出了全新系列计划的掺鹣盗袛(Goldline)永磁换取伺服电动机,征求B(小惯量)、M(中惯量)和EB(防爆型)三大类,有10、20、40、60、80五种机座号,每大类有42个规格,统统采用钕铁硼永磁原料,力矩鸿沟为0.84~111.2N.m,功率鸿沟为0.54~15.7kW。配套的驱动器有BDS4(模仿型)、BDS5(数字型、含地点限度)和Smart Drive(数字型)三个系列,最大接连电流55A。Goldline系列代外了现代永磁换取伺服工夫最新水准。

  爱尔兰的Inland原为Kollmorgen正在海外的一个分部,现统一到AEG,以临盆直流伺服电动机、直流力矩电动机和伺服放大器而着名。临盆BHT1100、2200、3300三种机座号共17种规格的SmCo永磁换取伺服电动机和八种限度器。

  法邦Alsthom集团正在巴黎的Parvex工场临盆LC系列(长型)和GC系列(短型)换取伺服电动机共14个规格,并临盆AXODYN系列驱动器。

  原苏联为数控机床和呆板人伺服限度开拓了两个系列的换取伺服电动机。此中ДBy系列采用铁氧体永磁,有两个机座号,每个机座号有3种死心长度,各有两种绕组数据,共12个规格,接连力矩鸿沟为7~35N.m。2ДBy系列采用稀土永磁,6个机座号17个规格,力矩鸿沟为0.1~170N.m,配套的是3ДБ型限度器。

  近年日本松下公司推出的总共字型MINAS系列换取伺服体系,此中永磁换取伺服电动机有MSMA系列小惯量型,功率从0.03~5kW,共18种规格;中惯量型有MDMA、MGMA、MFMA三个系列,功率从0.75~4.5kW,共23种规格,MHMA系列大惯量电动机的功率鸿沟从0.5~5kW,有7种规格。

  韩邦三星公司近年开拓的总共字永磁换取伺服电动机及驱动体系,此中FAGA换取伺服电动机系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX众种型号,功率从15W~5kW。

  现正在常采用(Powerrate)这一归纳目标行为伺服电动机的品格因数,量度对照各样交直流伺服电动机和步进电动机的动态呼应功能。功率蜕变率流露电动机接连(额定)力矩和转子转动惯量之比。

  按功率蜕变率实行计较了解可知,永磁换取伺服电动机工夫目标以美邦I.D 的Goldline系列为最佳,德邦Siemens的IFT5系列次之。

  换取伺服电动机定子的构制根基上与电容分相式单相异步电动机好似.其定子上装有两个地点互差90°的绕组,一个是励磁绕组Rf,它永远接正在换取电压Uf上;另一个是限度绕组L,联接限度信号电压Uc。于是换取伺服电动机又称两个伺服电动机。

  换取伺服电动机的转子通俗做成鼠笼式,但为了使伺服电动机具有较宽的调速鸿沟、线性的机器性情,无“自转”局面和迅速呼应的功能,它与遍及电动机比拟,应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特色。操纵较众的转子布局有两种步地:一种是采用高电阻率的导电原料做成的高电阻率导条的鼠笼转子,为了减小转子的转动惯量,转子做得悠长;另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子,杯壁很薄,仅0.2-0.3mm,为了减小磁途的磁阻,要正在空心杯形转子内安置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小,反映赶速,况且运转稳定,因而被平凡采用。

  换取伺服电动机正在没有限度电压时,定子内惟有励磁绕组爆发的脉动磁场,转子静止不动。当有限度电压时,定子内便爆发一个回旋磁场,转子沿回旋磁场的对象回旋,正在负载恒定的情景下,电动机的转速随限度电压的巨细而蜕变,当限度电压的相位相反时,伺服电动机将反转。

  20世纪80年代以还,跟着集成电途、电力电子工夫和换取可变速驱动工夫的发扬,永磁换取伺服驱动工夫有清楚得的发扬,各邦知名电气厂商接踵推出各自的换取伺服电动机和伺服驱动器系列产物并连接完好和更新。换取伺服体系已成为现代高功能伺服体系的重要发扬对象,使从来的直流伺服面对被裁减的告急。90年代此后,寰宇各邦依然商品化了的换取伺服体系是采用总共字限度的正弦波电动机伺服驱动。换取伺服驱动装配正在传动范畴的发扬日初月异。

  换取伺服电动机的就业道理与分相式单相异步电动机固然好似,但前者的转子电阻比后者大得众,于是伺服电动机与单机异步电动机比拟,有三个明显特色:

  因为转子电阻大,与遍及异步电动机的转矩性情弧线比拟,有昭着的区别。它可使临界转差率S01,如此不光使转矩性情(机器性情)更挨近于线性,况且具有较大的起动转矩。因而,当定子一有限度电压,转子立地转动,即具有起动速、灵动度高的特色。

  平常运转的伺服电动机,只须失落限度电压,电机立地停滞运转。当伺服电动机失落限度电压后,它处于单相运转状况,因为转子电阻大,定子中两个相抵制象回旋的回旋磁场与转子感化所爆发的两个转矩性情(T1-S1、T2-S2弧线)以及合成转矩性情(T-S弧线)

  换取伺服电动机的输出功率大凡是0.1-100W。当电源频率为50Hz,电压有36V、110V、220、380V;当电源频率为400Hz,电压有20V、26V、36V、115V等众种。

  换取伺服电动机运转稳定、噪音小。但限度性情吵嘴线性,而且因为转子电阻大,损耗大,作用低,因而与同容量直流伺服电动机比拟,体积大、重量重,于是只实用于0.5-100W的小功率限度体系。

  正在限度卡上:选好限度办法;将PID参数清零;让限度卡上电时默认使能信号合上;将此状况生存,确保限度卡再次上电时即为此状况。

  正在伺服电机上:配置限度办法;配置使能由外部限度;编码器信号输出的齿轮比;配置限度信号与电机转速的比例相闭。大凡来说,提议使伺服就业中的最大计划转速对应9V的限度电压。例如,山洋是配置1V电压对应的转速,出厂值为500,借使你只盘算让电机正在1000转以下就业,那么,将这个参数配置为111。

  将限度卡断电,贯串限度卡与伺服之间的信号线。以下的线是必必要接的:限度卡的模仿量输出线、使能信号线、伺服输出的编码器信号线。复查接线没有毛病后,电机和限度卡(以及PC)上电。此时电机该当不动,况且可能用外力轻松转动,借使不是如此,检验使能信号的配置与接线。伺服电机的结构用外力转动电机,检验限度卡是否可能确切检测到电机地点的蜕变,不然检验编码器信号的接线、试对象

  看待一个闭环限度体系,借使反应信号的对象不确切,后坚定定是灾难性的。通过限度卡掀开伺服的使能信号。这时伺服该当以一个较低的速率转动,这即是传说中的“零漂”。大凡限度卡上都市有遏抑零漂的指令或参数。行使这个指令或参数,看电机的转速和对象是否可能通过这个指令(参数)限度。借使不行限度,检验模仿量接线及限度办法的参数配置。确认给出正数,电机正转,编码器计数添补;给出负数,电机反转转,编码器计数减小。借使电机带有负载,行程有限,不要采用这种办法。测试不要给过大的电压,提议正在1V以下。借使对象不相同,可能修削限度卡或电机上的参数,使其相同。

  正在闭环限度流程中,零漂的存正在会对限度恶果有必然的影响,最好将其遏抑住。行使限度卡或伺服上遏抑零飘的参数,提神安排,使电机的转速趋近于零。因为零漂自身也有必然的随机性,于是,不必恳求电机转速绝对为零。

  再次通过限度卡将伺服使能信号摊开,正在限度卡上输入一个较小的比例增益,至于众大算较小,这只可凭觉得了,借使实正在不宁神,就输入限度卡能承诺的最小值。将限度卡和伺服的使能信号掀开。这时,电机该当依然也许服从运动指令大致做出行动了。

  细调限度参数,确保电机服从限度卡的指令运动,这是必必要做的就业,而这局限就业,更众的是体验,这里只可从略了。

  步进电机行为一种开环限度的体系,和当代数字限度工夫有着性质的闭系。正在邦内的数字限度体系中,步进电机的操纵特别平凡。跟着总共字式换取伺服体系的产生,换取伺服电机也越来越众地操纵于数字限度体系中。为了顺应数字限度的发扬趋向,运动限度体系中众人采用步进电机或总共字式换取伺服电机行为实践电动机。固然两者正在限度办法上好似(脉冲串和对象信号),但正在行使功能和操纵景象上存正在着较大的差别。现就二者的行使功能作一斗劲。

  两相搀杂式步进电机步距角大凡为 1.8°、0.9°,五相搀杂式步进电机步距角大凡为0.72 °、0.36°。也有少许高功能的步进电机通细致分后步距角更小。如三洋公司(SANYO DENKI)临盆的二相搀杂式步进电机其步距角可通过拨码开闭配置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了两相和五相搀杂式步进电机的步距角。

  换取伺服电机的限度精度由电机轴后端的回旋编码器担保。以三洋总共字式换取伺服电机为例,看待带模范2000线编码器的电机而言,因为驱动器内部采用了四倍频工夫,其脉冲当量为360°/8000=0.045°。看待带17位编码器的电机而言,驱动器每摄取131072个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为360°/131072=0.0027466°,是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。

  步进电机正在低速时易产生低频振动局面。振动频率与负载情景和驱动器功能相闭,大凡以为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的就业道理所决断的低频振动局面看待呆板的平常运转极端晦气。当步进电机就业正在低速时,大凡应采用阻尼工夫来战胜低频振动局面,例如正在电机上加阻尼器,或驱动器上采用细分工夫等。

  换取伺服电机运转极端稳定,纵使正在低速时也不会产生振动局面。换取伺服体系具有共振遏抑功用,可涵盖机器的刚性亏欠,而且体系内部具有频率解析性能(FFT),可检测出机器的共振点,便于体系安排。伺服电机的结构

  步进电机的输功效矩随转速升高而消浸,且正在较高转速时会快速消浸,于是其最高就业转速大凡正在300~600RPM。换取伺服电机为恒力矩输出,即正在其额定转速(大凡为2000RPM或3000RPM)以内,都能输出额定转矩,正在额定转速以上为恒功率输出。

  步进电机大凡不具有过载本领。换取伺服电机具有较强的过载本领。以三洋换取伺服体系为例,它具有速率过载和转矩过载本领。其最大转矩为额定转矩的二到三倍,可用于战胜惯性负载正在启动刹那的惯性力矩。步进电机由于没有这种过载本领,正在选型时为了战胜这种惯性力矩,往往需求挑选较大转矩的电机,而呆板正在平常就业时间又不需求那么大的转矩,便产生了力矩糜费的局面。

  步进电机的限度为开环限度,启动频率过高或负载过大易产生丢步或堵转的局面,停滞时转速过高易产生过冲的局面,所认为担保其限度精度,应打点好升、降速题目。换取伺服驱动体系为闭环限度,驱动器可直接对电机编码器反应信号实行采样,内部组成地点环和速率环,大凡不会产生步进电机的丢步或过冲的局面,限度功能更为牢靠。

  步进电机从静止加快到就业转速(大凡为每分钟几百转)需求200~400毫秒。换取伺服体系的加快功能较好,以山洋400W换取伺服电机为例,从静止加快到其额定转速3000RPM仅需几毫秒,可用于恳求迅速启停的限度景象。

  综上所述,换取伺服体系正在很众功能方面都优于步进电机。但正在少许恳求不高的景象也常常用步进电机来做实践电动机。于是,正在限度体系的计划流程中要归纳商量限度恳求、本钱等众方面的身分,选用相宜的限度电机。

  三、计较负载惯量,惯量的立室,安川伺服电机为例,局限产物惯量立室可达50倍,但实质越小越好,如此对精度和呼应速率好。

  五、电缆选拔,编码器电缆双绞屏障的,看待安川伺服等日系产物绝对值编码器是6芯,增量式是4芯。

  动态制动器由动态制动电阻构成,正在打击、急停、电源断电时通过能耗制动缩短伺服电机的机器进给隔断。

  再生制动是指伺服电机正在减速或泊车时将制动爆发的能量通过逆变回途反应到直流母线,经阻容回途招揽。

  (1)再生制动必需正在伺服器平常就业时才起感化,正在打击、急停、电源断电时等情景下无法制动电机。动态制动器和电磁制动就业时不需电源。

  (2)再生制动的就业是体系自愿实行,而动态制动器和电磁制动的就业需外部继电器限度。

  (3)电磁制动大凡正在SV、OFF后启动,不然或者酿成放大器过载,动态制动器大凡正在SV、OFF或主回途断电后启动,不然或者酿成动态制动电阻过热。

  A:伺服电机可能用正在会受水或油滴侵袭的场合,可是它不是全防水或防油的。因而, 伺服电机不应该安置或行使正在水中或油侵的情况中。

  B:借使伺服电机贯串到一个减速齿轮,行使伺服电机时应该加油封,以制止减速齿轮的油进入伺服电机

  A:确保电缆不因外部弯曲力或自己重量而受到力矩或笔直负荷,特别是正在电缆出口处或贯串处。

  B:正在伺服电机转移的情景下,应把电缆(即是随电机摆设的那根)稳定地固定到一个静止的局限(相对电机),而且应该用一个装正在电缆支座里的附加电缆来拉长它,如此弯曲应力可能减到最小。

  A:确保正在装配和运转时加到伺服电机轴上的径向和轴向负载限度正在每种型号的规则值以内。

  B:正在装配一个刚性联轴器时要特别小心,稀少是过分的弯曲负载或者导致轴端和轴承的损坏或磨损

  C:最好用柔性联轴器,以便使径向负载低于承诺值,此物是专为高机器强度的伺服电机计划的。

  A:正在装配/拆卸耦合部件到伺服电机轴端时,不要用锤子直接敲打轴端。(锤子直接敲打轴端,伺服电机轴另一端的编码器要被敲坏)

  转动惯量小、启动电压低、空载电流小; 弃接触式换向体系,大大普及电机转速,最高转速高达100 000rpm;无刷伺服电机正在实践伺服限度时,无须编码器也可告终速率、地点、扭矩等的限度; 不存正在电刷磨损情景,除转速高以外,还具有寿命长、噪音低、无电磁滋扰等特色。

  直流伺服电机可操纵正在是火花机、机器手、准确的呆板等。可同时摆设2500P/R高了解度的模范编码器及测速器,更能加配减速箱、令机器筑造带来牢靠的精确性及高扭力。 调速性好,单元重量和体积下,输出功率最高,大于换取电机,更远远逾越步进电机。众级布局的力矩振动小。

  伺服电机正在紧闭的环内中行使。即是说它随时把信号传给体系,同时把体系给出的信号来修原来人的运转。

  1、精度:告终了地点,速率和力矩的闭环限度;战胜了步进电机失步的题目;

  3、顺应性:抗过载本领强,能秉承三倍于额定转矩的负载,对有刹那负载振动和恳求迅速起动的景象稀少实用;

  4、平静:低速运转稳定,低速运转时不会爆发相似于步进电机的步进运转局面。实用于有高速呼应恳求的景象;

  单纯点说即是:通常看到的那种遍及的电机,断电后它还会由于自己的惯性再转转瞬,然后停下。而伺服电机和步进电机是说停就停,说走就走,反映极速。但步进电机存正在失步局面。

  伺服电机的操纵范畴就太众了。只须是要有动力源的,况且对精度有恳求的大凡都或者涉及到伺服电机。如机床、印刷筑造、包装筑造、纺织筑造、激光加工筑造、呆板人、自愿化临盆线等对工艺精度、加就业用和就业牢靠性等恳求相对较高的筑造。

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