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伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)用及對比
伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)你真的會用嗎？
電動伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)為三個閉環(huán)控制，即電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)。一般情況下，對于交流伺服驅(qū)動器，可通過對其內(nèi)部功能參數(shù)進(jìn)行人工設(shè)定而實(shí)現(xiàn)位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制等多種功能。那么關(guān)于伺服電機(jī)有哪些需要知道的呢？
1如何正確選擇伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)？
答：主要視具體應(yīng)用情況而定，簡單地說要確定：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)動器或控制器的型號。
2選擇步進(jìn)電機(jī)還是伺服電機(jī)系統(tǒng)？
答：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)。
3如何配用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器？
答：根據(jù)電機(jī)的電流，配用大于或等于此電流的驅(qū)動器。如果需要低振動或高精度時，可配用細(xì)分型驅(qū)動器。對于大轉(zhuǎn)矩電機(jī)，盡可能用高電壓型驅(qū)動器，以獲得良好的高速性能。
42相和5 相步進(jìn)電機(jī)有何區(qū)別，如何選擇？
答：2 相電機(jī)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(jī)則振動較小，高速性能好，比 2 相電機(jī)的速度高30~50% ，可在部分場合取代伺服電機(jī)。
5何時選用直流伺服系統(tǒng)，它和交流伺服有何區(qū)別？
答：直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)。
有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(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(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，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，長壽命，可用于各種環(huán)境。
交流伺服電機(jī)也是無刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動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，gao轉(zhuǎn)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(yùn)行的應(yīng)用。
6使用電機(jī)時要注意的問題？
答：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)動模塊的損壞）；對于直流輸入的 +/- 極性一定不能接錯，驅(qū)動控制器上的電機(jī)型號或電流設(shè)定值是否合適（開始時不要太大）；
2）控制信號線接牢靠，工業(yè)現(xiàn)場hao要考慮屏蔽問題（如采用雙絞線）；
3）不要開始時就把需要接的線全接上，只連成基本的系統(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)行的半小時內(nèi)要密切觀察電機(jī)的狀態(tài)，如運(yùn)動是否正常，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)啟運(yùn)行時有時還會失步，是什么問題？
進(jìn)電機(jī)啟動運(yùn)行時，有時動一下就不動了或原地來回動，運(yùn)行時有時還會失步，一般要考慮以下方面作檢查：
1）電機(jī)力矩是否足夠大，能否帶動負(fù)載，因此我們一般推薦用戶選型時要選用力矩比實(shí)際需要大50%~100% 的電機(jī)，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)不能過負(fù)載運(yùn)行，哪怕是瞬間，都會造成失步，嚴(yán)重時停轉(zhuǎn)或不規(guī)則原地反復(fù)動。
2）上位控制器來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)動器。
3）啟動頻率是否太高，在啟動程序上是否設(shè)置了加速過程，hao從電機(jī)規(guī)定的啟動頻率內(nèi)開始加速到設(shè)定頻率，哪怕加速時間很短，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，有時會出現(xiàn)此狀況，則屬于正常。因?yàn)椋瑢?shí)際上此時造成了電機(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）對于 5 相電機(jī)來說，相位接錯，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)，gao用伺服運(yùn)動控制卡，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hao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)椋姍C(jī)工作時是大電感型負(fù)載，會對電源端形成瞬間的高壓。而開關(guān)電源的過載性能不好，會保護(hù)關(guān)斷，且其精密的穩(wěn)壓性能又不需要，有時可能造成開關(guān)電源和驅(qū)動器的損壞。可以用常規(guī)的環(huán)形或R 型變壓器變壓的直流電源。
10用±10V或4~20mA的直流電壓來控制步進(jìn)電機(jī)，可以嗎？
可以，但需要另外的轉(zhuǎn)換模塊。
11有一個的伺服電機(jī)帶編碼器反饋，可否用只帶測速機(jī)口的伺服驅(qū)動器控制？
可以，需要配一個編碼器轉(zhuǎn)測速機(jī)信號模塊。
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，gao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伺服控制器能夠感知外部負(fù)載的變化嗎？
如遇到設(shè)定阻力時停止、返回或保持一定的推力跟進(jìn)。
15可以將國產(chǎn)的驅(qū)動器或電機(jī)和國外的電機(jī)或驅(qū)動器配用嗎？
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，否則會大大降低應(yīng)有的效果，甚至影響長期運(yùn)行和壽命。hao向供應(yīng)商咨詢后再決定。
16使用大于額定電壓值的直流電源電壓驅(qū)動電機(jī)安全嗎？
正常來說這不是問題，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引起過速，但可能發(fā)生驅(qū)動器等故障。
此外，必須保證電機(jī)符合驅(qū)動器的小電感系數(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的電機(jī)壽命。
另一方面，如果電機(jī)大小的性能的要求需要額外的轉(zhuǎn)矩及速度，過度驅(qū)動電機(jī)也是可以的，但會犧牲產(chǎn)品的使用壽命。
17如何為應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)墓╇婋娫矗?/strong>
推薦選擇電源電壓值比大所需的電壓高 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)動器的輸出電壓值與供電電壓不同，因此驅(qū)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(yīng)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。
推薦選擇電源電壓值比大所需的電壓高 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)動器的輸出電壓值與供電電壓不同，因此驅(qū)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(yīng)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。
18對于伺服驅(qū)動器我可以選擇那種工作方式？
不同的模式并不全部存在于所有型號的驅(qū)動器中
19驅(qū)動器和系統(tǒng)如何接地？
a.如果在交流電源和驅(qū)動器直流總線（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的地接大地，這可能會導(dǎo)致設(shè)備損壞和人員傷害。因?yàn)榻涣鞯墓搽妷翰⒉皇菍Υ蟮氐模谥绷骺偩€地和大地之間可能會有很高的電壓。
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)生流。
c.為了保持命令參考電壓的恒定，要將驅(qū)動器的信號地接到控制器的信號地。 它也會接到外部電源的地，這將影響到控制器和驅(qū)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(nèi)部的參考電位點(diǎn)上。這個點(diǎn)取決于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(diǎn)接地使得地電流不會流過屏蔽層。
20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)過減速器的大連續(xù)轉(zhuǎn)矩，許多減速比會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過減速器的轉(zhuǎn)矩等級。
如果我們要設(shè)計每個減速器來匹配滿轉(zhuǎn)矩，減速器的內(nèi)部齒輪會有太多組合 ( 體積較大、材料多 ) 。
這樣會使得產(chǎn)品價格高，且違反了產(chǎn)品的“高性能、小體積”原則。
21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，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，低噪音和率低成本應(yīng)用。
22何為負(fù)載率 ？
負(fù)載率 (duty cycle) 是指電機(jī)在每個工作周期內(nèi)的工作時間 / （工作時間 + 非工作時間）的比率。如果負(fù)載率低，就允許電機(jī)以3 倍連續(xù)電流短時間運(yùn)行，從而比額定連續(xù)運(yùn)行時產(chǎn)生更大的力量。
23標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動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、無刷和交流直線電機(jī)。具體請向供應(yīng)商咨詢。
24直線電機(jī)是否可以垂直安裝，做上下運(yùn)動？
可以。根據(jù)用戶的要求，垂直安裝時我們可以加裝動子滑塊平衡裝置或加裝導(dǎo)軌抱閘剎車。
25在同一個平臺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。
26是否可以將多個無刷電機(jī)的動子線圈安裝于同一個磁軌道上？
可以。只要幾個動子之間不互相妨礙即可。
27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(hù)等特點(diǎn)。