如何正確選擇伺服電機和步進電機

來源：工業(yè)運動控制技術(shù)

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)進行人工設(shè)定而實現(xiàn)位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制等多種功能。那么關(guān)于伺服電機有哪些需要知道的呢？

1.如何正確選擇伺服電機和步進電機？

主要視具體應(yīng)用情況而定，簡單地說要確定：負載的性質(zhì)（如水平還是垂直負載等），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)此以確定電機和配用驅(qū)動器或控制器的型號。

2.選擇步進電機還是伺服電機系統(tǒng)？

其實，選擇什么樣的電機應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用情況而定，各有其特點。

3.如何配用步進電機驅(qū)動器？

根據(jù)電機的電流，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，可配用細分型驅(qū)動器。對于大轉(zhuǎn)矩電機，盡可能用高電壓型驅(qū)動器，以獲得良好的高速性能。

4.2相和5 相步進電機有何區(qū)別，如何選擇？

2 相電機成本低，但在低速時的震動較大，高速時的力矩下降快。5 相電機則振動較小，高速性能好，比 2 相電機的速度高30~50%，可在部分場合取代伺服電機。

5.何時選用直流伺服系統(tǒng)，它和交流伺服有何區(qū)別

直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低，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，但維護方便（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?？刂茝?fù)雜，容易實現(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。電機免維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。交流伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機，目前運動控制中一般都用同步電機，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(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)運行的應(yīng)用。

6.使用電機時要注意的問題？

上電運行前要作如下檢查：

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)場最好要考慮屏蔽問題（如采用雙絞線）；

3）不要開始時就把需要接的線全接上，只連成最基本的系統(tǒng)，運行良好后，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）開始運行的半小時內(nèi)要密切觀察電機的狀態(tài)，如運動是否正常，聲音和溫升情況，發(fā)現(xiàn)問題立即停機調(diào)整。

7.步進電機啟運行時有時還會失步，是什么問題？

進電機啟動運行時，有時動一下就不動了或原地來回動，運行時有時還會失步，一般要考慮以下方面作檢查：

1）電機力矩是否足夠大，能否帶動負載，因此我們一般推薦用戶選型時要選用力矩比實際需要大50%~100%的電機，因為步進電機不能過負載運行，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，最好從電機規(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）電機未固定好時，有時會出現(xiàn)此狀況，則屬于正常。因為，實際上此時造成了電機的強烈共振而導(dǎo)致進入失步狀態(tài)。電機必須固定好。

5）對于 5 相電機來說，相位接錯，電機也不能工作。

8.我想通過通訊方式直接控制伺服電機，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)，最好用伺服運動控制卡，一般它上面有DSP 和高速度的邏輯處理電路，以實現(xiàn)高速高精度的運動控制。如 S 加速、多軸插補等。

9.用開關(guān)電源給步進和直流電機系統(tǒng)供電好不好？

一般最好不要，特別是大力矩電機，除非選用比需要的功率大一倍以上的開關(guān)電源。因為，電機工作時是大電感型負載，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?？梢杂贸Ｒ?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電機，可以嗎？

可以，但需要另外的轉(zhuǎn)換模塊。

11.有一個的伺服電機帶編碼器反饋，可否用只帶測速機口的伺服驅(qū)動器控制？

可以，需要配一個編碼器轉(zhuǎn)測速機信號模塊。

12.伺服電機的碼盤部分可以拆開嗎？

禁止拆開，因為碼盤內(nèi)的石英片很容易破裂，且進入灰塵后，壽命和精度都將無法保證，需要專業(yè)人員檢修。

13.步進和伺服電機可以拆開檢修或改裝嗎？

不要，最好讓廠家去做，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，電機力矩大大下降。

14.伺服控制器能夠感知外部負載的變化嗎？

如遇到設(shè)定阻力時停止、返回或保持一定的推力跟進。

15.可以將國產(chǎn)的驅(qū)動器或電機和國外優(yōu)質(zhì)的電機或驅(qū)動器配用嗎？

原則上是可以的，但要搞清楚電機的技術(shù)參數(shù)后才能配用，否則會大大降低應(yīng)有的效果，甚至影響長期運行和壽命。最好向供應(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)動電機安全嗎？

正常來說這不是問題，只要電機在所設(shè)定的速度和電流極限值內(nèi)運行。因為電機速度與電機線電壓成正比，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，必須保證電機符合驅(qū)動器的最小電感系數(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的額定電流。

事實上，如果你能在你設(shè)計的裝置中讓電機跑地比較慢的話(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)運行會使得電刷運轉(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壽命。

另一方面，如果電機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>