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直流伺服电机的结构性能优化特点 如何使用伺服电机常见的故障

文章来源: 上传时间:2020-02-14 浏览次数:
文章摘要:以实例解析如何实现PLC控制伺服电机运用方式1. 脉冲序列版本(集成了脉冲,模拟量,USS/MODBUS)2. PROFINET通讯版本SINAMICS V90 脉冲版本可以实现内部定位块功能,同时具

        以实例解析如何实现PLC控制伺服电机运用方式1. 脉冲序列版本(集成了脉冲,模拟量,USS/MODBUS)2. PROFINET通讯版本SINAMICS V90 脉冲版本可以实现内部定位块功能,同时具有脉冲位置控制,速度控制,力矩控制模式。下图所示为脉冲串指令速度控制模式(PTI)下的默认接口定义,符合标准的应用习惯。同时只允许使用一个脉冲输入通道,其他控制信号也可以自由分配到数字量输入和输出端子上,请参见操作手册。数字量输入,支持NPN和PNP两种类型。接线图中的24V电源如下:1、用于SINAMICS V90的24V电源。所有的PTO信号都必须连接至使用同一24V电源的控制器,如SINAMICS V90。2、隔离的数字量输入电源,可使用控制器电源。3、隔离的数字量输出电源,可使用控制器电源。SINAMICS V90 伺服驱动电机抱闸信号(仅用于 SINAMICS V90 200 V 驱动)。SINAMICS V90 200 V 驱动需要使用外部继电器来连接电机抱闸。SINAMICS V90 脉冲序列版本的系统接线图SINAMICS V90 PROFINET 版本的系统接线图1、SIMOTICS S-1FL6 低惯量电机 SH20、SH30 及SH40 使用电缆型连接器。2、此处所展示的抱闸电缆连接仅适用于 V90 400 V 驱动。V90 200 V 驱动需要使用外部继电器来连接电机抱闸电缆。3、SINAMICS V90 PTI 驱动必须通过设定值电缆连接继电器,而 SINAMICS V90 PROFINET 驱动通过 I/O 电缆连接继电器。4、必须使用 I/O 电缆来实现 SINAMICS V90 PROFINET 200 V 驱动的抱闸控制,并实现除 PROFINET 通讯之外需要额外 DI/DO 的应用。根据以上可知,PLC控制伺服电机运用到的方式有以下三种:1、转矩控制转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小,具体表现为例如10V对应5Nm的话,当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm:如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转,外部负载等于2.5Nm时电机不转,大于2.5Nm时电机反转(通常在有重力负载情况下产生)。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小,也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。2、位置控制位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小,通过脉冲的个数来确定转动的角度,也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制,所以一般应用于定位装置。3、速度模式通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制,在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位,但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。

        交流伺服电机技术行业应用趋势 自动控制系统不仅在理论上飞速发展,在其应用器件上也日新月异。模块化、数字化、高精度、长寿命的器件每隔3~5年就有更新换代的产品面市。传统的交流伺服电机特性软,并且其输出特性不是伺服电机单值的;步进电机一般为开环控制而无法准确定位,电动机本身还有速度谐振区,pwm调速系统对位置跟踪性能较差,变频调速较简单但精度有时不够,直流电机伺服系统以其优良的性能被广泛的应用于位置随动系统中,但其也有缺点,例如结构复杂,在超低速时死区矛盾突出,并且换向刷会带来噪声和维护保养问题。目前,新型的永磁交流伺服电机发展迅速,尤其是从方波控制发展到正弦波控制后,系统性能更好,它调速范围宽,尤其是低速性能优越。 交直流伺服电机系统 功率驱动:对于在雷达上经常使用的直流伺服系统的驱动电动机功率放大部分,当天线重量轻,转速慢,驱动功率较小时,一般为几十瓦,可以直接用直流电源控制电动机。当驱动功率要求在近千瓦或千瓦以上时,选择驱动方案,也即放大直流电动机的电枢电流,就是设计伺服系统的重要部分。大功率直流电源目前采用较多的有:晶体管功放、晶闸管功放和电机放大机等等。对于千瓦级的晶体管功放使用的较少。可控硅技术在上世纪60~70年代初得到快速的发展和广泛的应用,但因当时的各方面原因,如可靠性等,不少产品放弃了可控硅控制。目前的集成驱动模块一般都为晶体管或晶闸管制造。电机放大机是传统的直流伺服电机的功放装置,因其控制简单,结实耐用,目前的新型号的雷达产品上仍有采用。 下面主要以放大电机为例,和交流伺服电机比较其优缺点。 放大电机常称为扩大机,一般是用交流异步感应电动机拖动串联的两级直流发电机组,以此来实现直流控制。两组控制绕组,每组的输入阻抗为几千欧,若串接使用输入阻抗约10千欧,伺服电机一般为互补平衡对称输入,当系统输入不为零时打破其平衡,使放大电机有输出信号。当输入电流为十几到几十毫安时其输出可达100v以上的直流电压和几安到几十安的电流,直接接到直流伺服电机的电枢绕组上。其主要缺点是体积重量大,非线性度,尤其在零点附近不是很好,这对于要求高的系统需要仔细处理。 而交流伺服电机都配有专门的驱动器,它在体积和重量上远小于同功率的放大电机,它靠内部的晶体管或晶闸管组成的开关电路,根据伺服电机内的光电编码器或霍尔器件判断转子当时的位置,决定驱动电机的a、b、c三相应输出的状态,因此它的效率和平稳性都很好。所以不像控制放大电机需要做专门的功放电路。这种电机一般都为永磁式的,驱动器产生的a、b、c三相变化的电流控制电机转动,因此称为交流伺服电机;驱动器输入的控制信号可以是脉冲串,也可以是直流电压信号(一般为±10v),所以也有将其称为直流无刷电动机。 两种电机的简单试验比较 对两种电机作过简单的试验比较:只要将系统原先的直流误差信号直接接入交流伺服驱动器的模拟控制输入端,用交流伺服电机和它的驱动器代替原先的差分功放、电机放大机和直流伺服电机,而控制部分和测角元件等均不变,简单比较两种方案的输出特性。

        交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。电动机在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。又称执行电动机,在自动控制系统中,用作执行元件,把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。伺服电机分为直流和交流伺服电动机两大类。其主要特点是:当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩的增加而匀速下降;其作用:可使控制速度,位置精度非常准确。直流伺服电机分为无刷和有刷电机。1、有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护方便,产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本较高的普通工业和民用场合。2、无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动伺服电机器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度。伺服驱动器输出端必定为多相输出,以便形成旋转磁场,所以必定为三相输出电压,再加上接地线。伺服电机控制器的电源线规格必须与电机容量相匹配。较大功率电机的驱动器输入电源为三相电源,小功率电机的驱动器可接单相电源运行。伺服驱动器输出线通常由用户自行接线,供应商只提供正确的接线说明。encoder编码器的接线较为专业,可由厂家接线测试无误后交货,避免不必要的故障发生。接线时,输出电压的相序必须正确;否则,伺服电机旋转方向并不会反向旋转,而是根本无法旋转,因驱动器输出相序与编码器旋转方向是匹配的,不可任意变动。绝对不可将市用电源直接接上电机,否则只会造成损坏。

        1)附近有振动设备采用各种防振措施,保证伺服驱动器不受振动影响,振动保证在 0.5G(4.9m/S) 以下。2)附近有发热设备在高温条件下工作,会使其寿命明显缩短,并会产生故障。所以应保证伺服驱动器在热对流和热辐射的条件下周围温度在55℃以下。3)伺服驱动器在恶劣环境使用在恶劣环境使用时,接触腐蚀性气体、潮湿、金属粉尘、水以及加工液体,会使驱动器发生故障。所以在安装时,须保证驱动器的工作环境。4)电气控制柜内的安装电气控制柜内部电气设备的发热以及控制柜内的散热条件,伺服电机驱动器周围的温度将会不断升高,所以在考虑驱动器的冷,却以及控制柜内的配置情况,保证驱动器周围温度在55℃ 以下,相对湿度90以下。长期安,全工作温度在45℃以下。5)伺服驱动器附近有干扰设备对伺服驱动器的电源线以及控制线有很大的干扰影响,使驱动器产生误动作。可以加入噪声滤波器以及其,他各种抗干扰措施,保证驱动器的正常工作。注意加入噪声滤波器后,漏电流会增大,为了避免这个毛病,可以使用隔离变压器。特别注意,驱动器的控制信号线很容易受到干扰,要有合理的走线和屏,蔽措施。



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