埃斯顿伺服电机技术解答

伺服电机技术解答三相交流永磁同步伺服电机简称交流伺服电机（ACservermotor)或伺服电机，由于它具有高响应、高精度、运行平稳、恒转矩输出、能过载、低噪声、结构简介、可靠性高、免维护等优点，是目前旋转电机中最佳的控制电机。本章以EDB驱动器和其配套伺服电机为例，简述伺服电机在应用中的有关问题及注意事宜，其原则和方法同样适用于其它型号的驱动器配伺服电机。伺服电机选型：伺服电机的选型是多个因素综合考虑、合理选择的过程，一般应着重注意这几个参数的选择：电机的额定转矩、电机运行的最高转速、负载惯量及电机转子惯量、加减速时所需要的过载能力、电机起停频率等。通过机械传动机构加在电机上的负载有二种，即负载转矩和负载惯量。负载转矩如由下图运动方式形成：则：图中Ta为因加速时间t1形成的加速转矩，Tb为由于减速时间t3形成的制动转矩，Tf为在t2时间内产生的负载转矩，T0为在停止时间t4产生的锁定转矩，n为工作时电机的转速。Ta、Tb、Tf、T0、n均为通过机械传动装置折算到电机轴上的参数。Ta、Tb可参见下式确定：式中：Jm—电机转子惯量（），Jl—折算到电机轴上的负载惯量（），t单位：sec，n单位：rpm，Ta、Tf单位：Nm。由下式确定一个周期电机转矩的均方根值：确定预选电机的额定转矩大于Trms值；确定预选电机的额定转速大于实际运行的最高转转速；其过载转矩大于Ta、Tb中最大值，即可选定伺服电机。加在电机轴上的负载惯量，对伺服电机的灵敏度及快速移动、精确定位有很大的影响。较大的负载惯量，当指令速度发生变化时，电机达到指令速度的时间会较长；多轴同时运动时，会使形成的轨迹偏离指令轨迹过大，造成较大的误差。所以，选择机械传动机械，使折算到电机轴上的负载惯量合适，是伺服电机选型中重要的过程。机械传动不仅要满足脉冲当量、转矩（功率）放大等技术要求，更要注重负载惯量与电机的适配。负载惯量是否与电机相适配的标准，是指负载惯量折算到电机轴上的负载惯量Jl，其数值与电机转子惯量的倍数关系。最佳的倍数关系是，折算到电机轴上的负载惯量Jl，与选用的电机转子惯量（Jm）相当，即：Jl=Jm依据这个倍数关系，机械传动比的最佳比例为：式中：n—电机轴的转数，nl0—实际负载轴的转数，Jl0—实际负载惯量，Jm—电机转子惯量。在实际应用中，机械传动比不容易满足Jl=Jm惯量比的倍数关系，但一般不要超过5倍的倍数关系。Jl值过大，不仅使Ta、Tb、Trms值增大，电机选定的额定转矩大，还会使起停频率受到影响。Jl与电机起停关系参见下表所示：埃斯顿公司的EDB系列伺服电机，有相同的功率等级但转矩惯量转速都不相同，其设计意图就是给客户在负载惯量方面有所选择。不同转子惯量的伺服电机见下表：功率1KW法兰转矩转速惯量EMJ-10APA803.1830000.19EMG-10APA1304.73200010.0EML-10APA1309.55100019.0附：园柱体的转动惯量可由下式计算：式中：D—园柱体直径（cm），L—园柱体长度（cm），J—园柱体转动惯量（)，因钢的比重，同时，故对于钢园柱体可近拟计算如下：综上所述，合理地确定指标参数，综合机械传动装置设计，可选择高性价比的伺服电机与适配的伺服驱动器。埃斯顿公司的选型彩页，正是基于公司对客户使用环境和使用条件长期调查分析，为客户提出的合理配置的全套产品。伺服电机安装：伺服电机采用立式方形凸缘安装方式，通过法兰盘和止口固定在机械装置上。电机轴伸标准形式为光轴，客户可通过弹性联接器或涨紧套，与负载相联。如果电机轴伸端安装刚性联轴器时，应确保安装电机的法兰盘止口与平面垂直，同时应确保法兰盘与刚性联轴器同心，以防损坏和磨损电机的轴伸端和轴承。电机轴伸采用光轴形式，是因为电机尾部装有光电编码器，利用弹性联接器或涨紧套来与负载联接，可避免重力敲打轴伸端，保护编码器。我们也可为客户提供其它形式的轴伸，但请注意：伺服电机尾部装有光电编码器，在安装或拆卸联接器时，严禁用锤子重力直接敲打电机轴伸端，以防光电编码器损坏。伺服电机安装的光电编码器，编码器的信号与安装的机械位置、角度有严格的要求，客户不要自行装卸编码器。伺服电机有二个插座，插座出线方向可朝几个方向，如插头出线方式朝后、插头出线方式前后、插头出线方式朝一边，客户可依据实际情况，改变插头出线方向。改变插头出线方向的方法，是打开插头外壳，将外壳的定位槽定位于插头本体不同的角度上，即可改变插头出线方向。伺服电机接线：伺服电机4芯插头（UVWFG）应严格与驱动器相应端口相接。伺服电机改变旋转方向，必须通过改变驱动器方向命令来实现，不能象普通异步电机改变电机接线，来改变电机旋转方向。PE端应与驱动器的PE端相接，不可省略。伺服电机9芯插头连接线（编码器插头），使用优质的双绞屏蔽线，每对双绞线接相应编码器差分输出的+、-端。驱动器为编码器提供+5V电源，光电编码器最大工作电流为250mA。编码器连线不应和电机连线同走一个线槽或将它们捆扎在一起，以防电机连线对编码器信号干扰。伺服电机的转矩与转速关系：埃斯顿提供的选型彩页里T-S图反映了电机转速与转矩的关系。A区为连续工作区，B区为电机短时工作区（过载）。B区最大值除以A区最大值即为该配置的过载倍数。制动器：制动器仅是在电机失电（断电）的情况下，保持电机位置，防止移位的制动装置。制动器必须在电机已停止运行后才能制动！电机在运行时，制动器制动会急剧降低制动器的寿命，甚至会立即烧毁制动器。请注意：制动器的制动力有限，并有动作时间要求。制动器上电（不制动）时序的前提是，电机已通电锁住，在这种情况下，才能上电使制动器不制动；制动器断电（制动）时序的前提是，电机已停止运行并仍在通电，在这种情况下，才能断电使制动器制动，再断开电机（驱动器）的电源。电机一旦出现故障，驱动器立即报警，并切断供给电机的电源，电机将不得电。建议客户使用驱动器的BRK控制端，来制动器进行控制。请注意：BRK信号只能用来控制中继，然后中继控制制动器的电源通断。相关问答：1.伺服电机会丢步或走不准吗？伺服电机是通过编码器的反馈，被驱动器进行闭环控制的。驱动器每接收到一个脉冲命令后，驱使电机旋转一个角度，并通过编码器检查电机是否按命令旋转到了给定的角度，如果电机没有按给定的命令旋转，驱动器会立即报警；同时驱动器对编码器在线按约定的编码器参数进行检查，一旦编码器信号出现异常，驱动器会立即报警。所以，当驱动器工作正常时（不报警），伺服电机不可能丢步或走不准。2.当机械运动装置运行的尺寸不对时，如何确定问题所在？埃斯顿伺服驱动器提供了完善的监视方式，通过监视方式可方便地找出问题所在。当机械运动装置运行的尺寸不对时，主要问题集中在三个方面：上位机发出的命令正确与否和驱动器命令接收的正确与否；机械间隙；驱动器参数及电子此轮比的设定正确与否。UN009=伺服电机实际运转脉冲数低位，UN=013为上位机实际发送脉冲数低位。如果上位机在N个脉冲发完后，UN=009和UN013显示的数据一致但实际运行结果不正确，则说明可能是上位机发出的脉冲有错误，或者驱动器没有收到全部的脉冲，甚至由于干扰多收了脉冲。检查上位机，检查信号线，检查驱动器，最后检查机械是否是间隙造成的实际距离不对。如果上位机在N个脉冲发完后，UN009和UN013显示的数据是不一致的，则可以检查1CN信号线是否接线正确是否存在干扰如未用屏蔽双绞线，检查2CN编码器线是否正确是否存在干扰如强弱电未分开，检查机械部分是否存在问题造成伺服电机未完全走完或跳跃多走了，最后应检查电子齿轮比设定对否。3.伺服电机编码器A、B、C信号起什么作用？伺服电机编码器提供的A、B、C信号，是提供给驱动器，用于测量电机转速和转角的。A、B信号每转脉冲数（线数）是一样的2500，C信号每转一个脉冲，为基准信号。驱动器提供与伺服电机同步的A、B、C信号，供客户使用，其波形图如下：伺服电机编码器信号均为差分输出方式。差分输出方式是一种适用于长线驱动，并且抗干扰能力强的电路形式。EDB驱动器A、B信号均为差分输出方式，C信号输出有差分与集电极开路输出二种方式。请按输出方式接线及确定接收信号的器件。4.伺服电机“零点”是什么含义？伺服电机是采用矢量控制原理来进行控制和驱动的。所以编码器在电机轴上的安装角度我们称为零点。不同系列的伺服电机角度值是不一样的。伺服电机的零点如果误差太大，轻者电机无功电流增大，转矩并未与电流的增大而增大，电机表现转矩不够（无力），重者电机不能运行（A12报警）。所以，请客户不要自行调整编码器的机械安装位置与角度。5.伺服电机的动力电缆线的UVW线为何要与驱动器的U、V、W端子相对应连接？伺服电机的绕组引线与电机的零点有关，与驱动器反馈极性有关，如不对应相接，或者电机不运行A04报警（零点不对），或者电机会产生飞车A03报警（由负反馈变成正反馈）。所以，必须与驱动器相应端子连接。6.编码器线数为2500线，为何伺服电机的分辩率为0.036度？由于EDB系列伺服驱动器采用了四倍频技术，使编码器的脉冲数倍频至10000，所以，伺服电机的分辩率为0.036度。7.型号代码参数与伺服电机的关系EDB系列伺服电机内即驱动器的型号代码参数中电机型号，应是当前控制的电机型号，否则电机的运行效果会不佳。电机型号选择参是PN218，驱动型号参数选择是PN223。8.驱动器对电机的控制方式主要有几种？EDB系列伺服驱动对伺服电机的三种主要的控制方式为：位置控制、速度控和转矩控制。位置控制方式的特点，是驱动器对电机的转速、转角和转矩均于控制，上位机对驱动器发脉冲串进行转速与转角的控制，输入的脉冲频率控制电机的转速，输入的脉冲个数控制电机旋转的角度。脉冲频率f与电机转速n（rpm）、脉冲个数P与电机旋转角度ß的关系参见下式：式中：G—电子齿轮比速度控制方式的特点，是驱动器仅对电机的转速和转矩进行控制，电机的转角由上位机取驱动器反馈的A、B、C编码器信号进行控制，上位机对驱动器发出的是模拟量（电压）信号，范围为+10V～-10V，正电压控制电机正转，负电压控制电机反转，电压值的大小决定电机的转数。转矩控制方式的特点，是驱动器仅对电机的转矩进行控制，电机输出的转矩不在随负载变，只听从于输入的转矩命令，上位机对驱动器发出的是模拟量（电压）信号，范围为+10V～-10V，正电压控制电机正转，负电压控制电机反转，电压值的大小决定电机输出的转矩。电机的转速与转角由上位机控制。9.什么是电子齿轮比？脉冲当量：数控装置的一个最小数字单位对应的机械装置设定的长度或角度，即一个脉冲对应长度和角度是多少，称为脉冲当量。当机械装置的传动比不能满足数控装置脉冲当量的要求时，EDB系列伺服驱动器可提供电子齿轮比，来配合数控装置与机械传动比之间的关系，满足数控装置所需要的脉冲当量。它起到了一个输入与输出变比的作用。电子齿轮比仅在位置控制中起作用。电子齿轮比设置方法，请参见EDB使用说明书。10.驱动器输入的工作电压，是用三相AC220V，还是单相AC220V？EDB伺服驱动器的工作电压为AC200V。驱动器在配置小转矩的伺服电机时（5Nm以下或功率段1KW以下)，可采用单相AC220V电源对驱动器供电，但驱动器驱动大转矩的伺服电机时，必须要三相AC200V-230V电源对驱动器供电。为了提高驱动器工作的可靠性及防止驱动器对数控装置的干扰，请客户采用变压器，对驱动器提供三相AC200V电源。11.伺服驱动器速度环、位置环参数调整的原则是什么？伺服电机使用效果如何，除了与电机和驱动器的性能有关外，驱动器参数的调整也是一个十分关键的因素。伺服驱动器主要的性能参数调整有三个：速度环比例增益、速度环积分时间常数、位置环比例增益。EDB伺服驱动器相应的参数编号为：速度环比例增益（PN013）、速度环积分时间常数（PN014）及位置环比例增益（PN015）。速度环比例增益、积分时间常数仅对电机在运行时（有速度）起作用。速度环比例增益的大小，影响电机速度的响应快慢，速度环积分时间常数的大小，影响电