如何正確選擇伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)
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(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
過載特性 過載時(shí)會(huì)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/值型)，旋轉(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30~50%，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)。
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?？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(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，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。
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(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(開始時(shí)不要太大)；
2)控制信號(hào)線接牢靠，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)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(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(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%~99%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(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)置了加速過程，從電機(jī)規(guī)定的啟動(dòng)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(huì)出現(xiàn)此狀況，則屬于正常。因?yàn)椋瑢?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，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(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)，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， 用開關(guān)電源給步進(jìn)和直流電機(jī)系統(tǒng)供電好不好？
一般不要，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(huì)對(duì)電源端形成瞬間的高壓。而開關(guān)電源的過載性能不好，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4~20mA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(wú)法保證，需要專業(yè)人員檢修。
13，步進(jìn)和伺服電機(jī)可以拆開檢修或改裝嗎？
不要，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(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。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)殡姍C(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(huì)引起過速，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)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(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)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(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(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)過減速器的連續(xù)轉(zhuǎn)矩，許多減速比會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過減速器的轉(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 無(wú)刷電機(jī)的相位搞錯(cuò) 檢測(cè)或查出正確的相位
在不用于測(cè)試時(shí)，測(cè)試/偏差開關(guān)打在測(cè)試位置 將測(cè)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(dòng)器上可以)
2. 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) 一個(gè)或多個(gè)方向的電機(jī)禁止動(dòng)作 檢查+INHIBIT 和 –INHIBIT 端口
命令信號(hào)不是對(duì)驅(qū)動(dòng)器信號(hào)地的 將命令信號(hào)地和驅(qū)動(dòng)器信號(hào)地相連
上電后，驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(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 存在故障 原因: 過壓、欠壓、短路、過熱、驅(qū)動(dòng)器禁止、HALL無(wú)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(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)子之間不互相妨礙即可。
27，是否可以將多個(gè)無(wú)刷電機(jī)的動(dòng)子線圈安裝于同一個(gè)磁軌道上？
可以。只要幾個(gè)動(dòng)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(qǐng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)平滑、控制精度高、可靠性好體積緊湊、外形高度低、長(zhǎng)壽命、免維護(hù)等特點(diǎn)。
30，你們的滑臺(tái)可以做多個(gè)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。
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