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伺服电机

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伺服电机

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  伺服电机(servo motor )是指正在伺服编制中局限机器元件运转的策划机,是一种补助马达间接变速装配。

  伺服电机可使局限速率,职位精度额外确凿,能够将电压信号转化为转矩和转速以驱动局限对象。伺服电机转子转速受输入信号局限,并能疾速反响,正在主动局限编制中,用作履行元件,且具有机电时代常数小、线性度高、始动电压等特质,可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速率输出。分为直流和调换伺服电动机两大类,其厉重特征是,当信号电压为零时无自转气象,转速跟着转矩的加添而匀速低落。

  形态等输出被控量也许尾随输入宗旨(或给定值)的放肆蜕变的主动局限编制。伺服厉重靠脉冲来定位,根本上能够如许通晓,伺服电机回收到1个脉冲,就会盘旋1个脉冲对应的角度,从而完毕位移,由于,伺服电机自己具备发出脉冲的功效,是以伺服电机每盘旋一个角度,都市发出对应数目的脉冲,如许,和伺服电机担当的脉冲造成了照应,或者叫闭环,云云一来,编制就会清晰发了众少脉冲给伺服电机,同时又收了众少脉冲回来,如许,就也许很无误的局限电机的转动,从而完毕无误的定位,能够抵达0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机本钱低,构造大略,启动转矩大,调速范畴宽,局限容易,需求爱护,但爱护未便当(换碳刷),发作电磁搅扰,对境况有恳求。因而它能够用于对本钱敏锐的通常工业和民用地方。

  无刷电机体积小,重量轻,效率大,相应疾,速率高,惯量小,转动腻滑,力矩稳固。局限庞杂,容易完毕智能化,其电子换相体例天真,能够方波换相或正弦波换相。电机免爱护,效能很高,运转温度低,电磁辐射很小,长命命,可用于各类境况。

  2、调换伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机运动局限中平常都用同步电机,它的功率范畴大,能够做到很大的功率。大惯量,最高转动速率低,且跟着功率增大而疾速下降。于是适合做低速安定运转的运用。

  3、伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器局限的U/V/W三相电造成电磁场,转子正在此磁场的功用下转动,同时电机自带的编码器反应信号给驱动器,驱动器按照反应值与宗旨值举办斗劲,调度转子转动的角度。伺服电机的精度决策于编码器的精度(线数)。

  调换伺服电机和无刷直流伺服电机正在功效上的区别:调换伺服要好极少,由于是正弦波局限,转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服斗劲大略,低廉。

  自从德邦MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部正在1978年汉诺威营业展览会

  上正式推出MAC永磁调换伺服电动机和驱动编制,这符号着此种新一代调换伺服手艺已进入适用化阶段。到20世纪80年代中后期,各公司都已有完好的系列产物。一切伺装束配商场都转向了调换编制。早期的模仿编制正在诸如零漂、抗搅扰、牢靠性、精度和柔性等方面存正在不够,尚不行全体知足运动局限的恳求,近年来跟着微管制器、新型数字信号管制器(DSP)的运用,显现了数字局限编制,局限局部可全体由软件举办,别离称为直流伺服编制、三相永磁调换伺服编制。

  高本能的电伺服编制公众采用永磁同步型调换伺服电动机,局限驱动器众采用疾速、确凿定位的全豹字职位伺服编制。类型出产厂家如德邦西门子、伺服电机的结构美邦科尔摩根和日本松下及安川等公司。

  日本安川电机修制所推出的小型调换伺服电动机和驱动器,个中D系列实用于数控机床(最高转速为1000r/min,力矩为0.25~2.8N.m),R系列实用于呆板人(最高转速为3000r/min,力矩为0.016~0.16N.m)。之后又推出M、F、S、H、C、G 六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机局限改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片局限,力矩颠簸由24%下降到7%,并提升了牢靠性。如许,只用了几年时代造成了八个系列(功率范畴为0.05~6kW)较完好的编制,知足了事业机器、搬运机构、焊接机器人、装置呆板人、电子部件、加工机器、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的分歧需求。

  以出产机床数控装配而知名的日本发那科(Fanuc)公司,正在20世纪80年代中期也推出了S系列(13个规格)和L系列(5个规格)的永磁调换伺服电动机。L系列有较小的转动惯量和机器时代常数,伺服电机的结构实用于恳求十分疾速相应的职位伺服编制。

  日本其他厂商,比如:三菱电动机(HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列)、东芝精机(SM系列)、大隈铁工所(BL系列)、三洋电气(BL系列)、立石电机(S系列)等稠密厂商也进入了永磁调换伺服编制的逐鹿队伍。

  德邦力士乐公司(Rexroth)的Indramat分部的MAC系列调换伺服电动机共有7个机座号92个规格。

  德邦西门子(Siemens)公司的IFT5系列三相永磁调换伺服电动机分为圭表型和短型两大类,共8个机座号98种规格。据称该系列调换伺服电动机与雷同输效率矩的直流伺服电动机IHU系列比拟,重量唯有后者的1/2,配套的晶体管脉宽调制驱动器6SC61系列,最众的可供6个轴的电动机局限。

  德邦博世(BOSCH)公司出产铁氧体永磁的SD系列(17个规格)和稀土永磁的SE系列(8个规格)调换伺服电动机和Servodyn SM系列的驱动局限器。

  美邦知名的伺装束配出产公司Gettys曾一度行动Gould 电子公司一个分部(Motion Control Division),出产M600系列的调换伺服电动机和A600 系列的伺服驱动器。后统一到AEG,复原了Gettys名称,推出A700全豹字化的调换伺服编制。

  美邦A-B(ALLEN-BRADLEY)公司驱动分部出产1326型铁氧体永磁调换伺服电动机和1391型调换PWM伺服局限器。电动机征求3个机座号共30个规格。

  I.D.(Industrial Drives)是美邦知名的科尔摩根(Kollmorgen)的工业驱动分部,曾出产BR-210、BR-310、BR-510 三个系列共41个规格的无刷伺服电动机和BDS3型伺服驱动器。自1989年起推出了全新系列计划的掺鹣盗袛(Goldline)永磁调换伺服电动机,征求B(小惯量)、M(中惯量)和EB(防爆型)三大类,有10、20、40、60、80五种机座号,每大类有42个规格,所有采用钕铁硼永磁原料,力矩范畴为0.84~111.2N.m,功率范畴为0.54~15.7kW。配套的驱动器有BDS4(模仿型)、BDS5(数字型、含职位局限)和Smart Drive(数字型)三个系列,最大一连电流55A。Goldline系列代外了今世永磁调换伺服手艺最新程度。

  爱尔兰的Inland原为Kollmorgen正在外洋的一个分部,现统一到AEG,以出产直流伺服电动机、直流力矩电动机和伺服放大器而有名。出产BHT1100、2200、3300三种机座号共17种规格的SmCo永磁调换伺服电动机和八种局限器。

  法邦Alsthom集团正在巴黎的Parvex工场出产LC系列(长型)和GC系列(短型)调换伺服电动机共14个规格,并出产AXODYN系列驱动器。

  原苏联为数控机床和呆板人伺服局限开辟了两个系列的调换伺服电动机。个中ДBy系列采用铁氧体永磁,有两个机座号,每个机座号有3种死心长度,各有两种绕组数据,共12个规格,一连力矩范畴为7~35N.m。2ДBy系列采用稀土永磁,6个机座号17个规格,力矩范畴为0.1~170N.m,配套的是3ДБ型局限器。

  近年日本松下公司推出的全豹字型MINAS系列调换伺服编制,个中永磁调换伺服电动机有MSMA系列小惯量型,功率从0.03~5kW,共18种规格;中惯量型有MDMA、MGMA、MFMA三个系列,功率从0.75~4.5kW,共23种规格,MHMA系列大惯量电动机的功率范畴从0.5~5kW,有7种规格。

  韩邦三星公司近年开辟的全豹字永磁调换伺服电动机及驱动编制,个中FAGA调换伺服电动机系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX众种型号,功率从15W~5kW。

  现正在常采用(Powerrate)这一归纳目标行动伺服电动机的品德因数,量度比照各类交直流伺服电动机和步进电动机的动态相应本能。功率蜕变率外现电动机一连(额定)力矩和转子转动惯量之比。

  按功率蜕变率举办估计打算剖释可知,永磁调换伺服电动机手艺目标以美邦I.D 的Goldline系列为最佳,德邦Siemens的IFT5系列次之。

  调换伺服电动机定子的构制根本上与电容分相式单相异步电动机相同.其定子上装有两个职位互差90°的绕组,一个是励磁绕组Rf,它永远接正在调换电压Uf上;另一个是局限绕组L,联接局限信号电压Uc。是以调换伺服电动机又称两个伺服电动机。

  调换伺服电动机的转子往往做成鼠笼式,但为了使伺服电动机具有较宽的调速范畴、线性的机器特质,无“自转”气象和疾速相应的本能,它与通常电动机比拟,应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特征。运用较众的转子构造有两种体式:一种是采用高电阻率的导电原料做成的高电阻率导条的鼠笼转子,为了减小转子的转动惯量,转子做得修长;另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子,杯壁很薄,仅0.2-0.3mm,为了减小磁途的磁阻,要正在空心杯形转子内安排固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小,反响急迅,况且运转安定,因而被寻常采用。

  调换伺服电动机正在没有局限电压时,定子内唯有励磁绕组发作的脉动磁场,转子静止不动。当有局限电压时,定子内便发作一个盘旋磁场,转子沿盘旋磁场的对象盘旋,正在负载恒定的情形下,电动机的转速随局限电压的巨细而蜕变,政府限电压的相位相反时,伺服电动机将反转。

  20世纪80年代此后,跟着集成电途、电力电子手艺和调换可变速驱着手艺的成长,永磁调换伺服驱着手艺有了特出的成长,各邦知名电气厂商接踵推出各自的调换伺服电动机和伺服驱动器系列产物并持续完整和更新。调换伺服编制已成为今世高本能伺服编制的厉重成长对象,使原先的直流伺服面对被镌汰的风险。90年代自此,全邦各邦曾经商品化了的调换伺服编制是采用全豹字局限的正弦波电动机伺服驱动。调换伺服驱动装配正在传动范围的成长日初月异。

  调换伺服电动机的事业道理与分相式单相异步电动机固然相同,但前者的转子电阻比后者大得众,是以伺服电动机与单机异步电动机比拟,有三个明显特征:

  因为转子电阻大,与通常异步电动机的转矩特质弧线比拟,有分明的区别。它可使临界转差率S01,如许不光使转矩特质(机器特质)更亲密于线性,况且具有较大的起动转矩。因而,当定子一有局限电压,转子顿时转动,即具有起动疾、机警度高的特征。

  寻常运转的伺服电动机,只须落空局限电压,电机顿时撒手运转。当伺服电动机落空局限电压后,它处于单相运转形态,因为转子电阻大,定子中两个相抗议象盘旋的盘旋磁场与转子功用所发作的两个转矩特质(T1-S1、T2-S2弧线)以及合成转矩特质(T-S弧线)

  调换伺服电动机的输出功率平常是0.1-100W。当电源频率为50Hz,电压有36V、110V、220、380V;当电源频率为400Hz,电压有20V、26V、36V、115V等众种。

  调换伺服电动机运转安定、噪音小。但局限特质好坏线性,而且因为转子电阻大,损耗大,效能低,因而与同容量直流伺服电动机比拟,体积大、重量重,是以只实用于0.5-100W的小功率局限编制。

  正在局限卡上:选好局限体例;将PID参数清零;让局限卡上电时默认使能信号闭塞;将此形态生存,确保局限卡再次上电时即为此形态。

  正在伺服电机上:修立局限体例;修立使能由外部局限;编码器信号输出的齿轮比;修立局限信号与电机转速的比例相合。平常来说,提议使伺服事业中的最大计划转速对应9V的局限电压。好比,山洋是修立1V电压对应的转速,出厂值为500,若是你只预备让电机正在1000转以下事业,那么,将这个参数修立为111。

  将局限卡断电,相连局限卡与伺服之间的信号线。以下的线是必必要接的:局限卡的模仿量输出线、使能信号线、伺服输出的编码器信号线。复查接线没有谬误后,电机和局限卡(以及PC)上电。此时电机该当不动,况且能够用外力轻松转动,若是不是如许,检讨使能信号的修立与接线。用外力转动电机,检讨局限卡是否能够确切检测到电机职位的蜕变,不然检讨编码器信号的接线、试对象

  看待一个闭环局限编制,若是反应信号的对象不确切,后果必定是灾难性的。通过局限卡掀开伺服的使能信号。这时伺服该当以一个较低的速率转动,这即是传说中的“零漂”。平常局限卡上都市有贬抑零漂的指令或参数。利用这个指令或参数,看电机的转速和对象是否能够通过这个指令(参数)局限。若是不行局限,检讨模仿量接线及局限体例的参数修立。确认给出正数,电机正转,编码器计数加添;给出负数,电机反转转,编码器计数减小。若是电机带有负载,行程有限,不要采用这种体例。测试不要给过大的电压,提议正在1V以下。若是对象纷歧律,能够窜改局限卡或电机上的参数,使其一律。

  正在闭环局限进程中,零漂的存正在会对局限成就有必定的影响,最好将其贬抑住。利用局限卡或伺服上贬抑零飘的参数,留心调度,使电机的转速趋近于零。因为零漂自己也有必定的随机性,是以,不必恳求电机转速绝对为零。

  再次通过局限卡将伺服使能信号铺开,正在局限卡上输入一个较小的比例增益,至于众大算较小,这只可凭感触了,若是实正在不宁神,就输入局限卡能答允的最小值。将局限卡和伺服的使能信号掀开。这时,电机该当曾经也许服从运动指令大致做出举动了。

  细调局限参数,确保电机服从局限卡的指令运动,这是必必要做的事业,而这局部事业,更众的是经历,这里只可从略了。

  步进电机行动一种开环局限的编制,和新颖数字局限手艺有着性质的合联。正在邦内的数字局限编制中,步进电机的运用很是寻常。跟着全豹字式调换伺服编制的显现,调换伺服电机也越来越众地运用于数字局限编制中。为了适宜数字局限的成长趋向,运动局限编制中公众采用步进电机或全豹字式调换伺服电机行动履行电动机。固然两者正在局限体例上相同(脉冲串和对象信号),但正在利用本能和运用地方上存正在着较大的差别。现就二者的利用本能作一斗劲。

  两相混淆式步进电机步距角平常为 1.8°、0.9°,五相混淆式步进电机步距角平常为0.72 °、0.36°。也有极少高本能的步进电机通细致分后步距角更小。如三洋公司(SANYO DENKI)出产的二相混淆式步进电机其步距角可通过拨码开合修立为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了两相和五相混淆式步进电机的步距角。

  调换伺服电机的局限精度由电机轴后端的盘旋编码器保障。以三洋全豹字式调换伺服电机为例,看待带圭表2000线编码器的电机而言,因为驱动器内部采用了四倍频手艺,其脉冲当量为360°/8000=0.045°。看待带17位编码器的电机而言,驱动器每回收131072个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为360°/131072=0.0027466°,是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。

  步进电机正在低速时易显现低频振动气象。振动频率与负载情形和驱动器本能相合,平常以为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的事业道理所决策的低频振动气象看待呆板的寻常运转额外倒霉。当步进电机事业正在低速时,平常应采用阻尼手艺来征服低频振动气象,好比正在电机上加阻尼器,或驱动器上采用细仳离艺等。

  调换伺服电机运转额外安定,尽管正在低速时也不会显现振动气象。调换伺服编制具有共振贬抑功效,可涵盖机器的刚性不够,而且编制内部具有频率解析性能(FFT),可检测出机器的共振点,便于编制调度。

  步进电机的输效率矩随转速升高而低落,且正在较高转速时会快速低落,是以其最高事业转速平常正在300~600RPM。调换伺服电机为恒力矩输出,即正在其额定转速(平常为2000RPM或3000RPM)以内,都能输出额定转矩,正在额定转速以上为恒功率输出。

  步进电机平常不具有过载才力。调换伺服电机具有较强的过载才力。以三洋调换伺服编制为例,它具有速率过载和转矩过载才力。其最大转矩为额定转矩的二到三倍,可用于征服惯性负载正在启动刹时的惯性力矩。步进电机由于没有这种过载才力,正在选型时为了征服这种惯性力矩,往往需求采纳较大转矩的电机,而呆板正在寻常事业时代又不需求那么大的转矩,便显现了力矩华侈的气象。

  步进电机的局限为开环局限,启动频率过高或负载过大易显现丢步或堵转的气象,伺服电机的结构撒手时转速过高易显现过冲的气象,所认为保障其局限精度,应管制好升、降速题目。调换伺服驱动编制为闭环局限,驱动器可直接对电机编码器反应信号举办采样,内部组成职位环和速率环,平常不会显现步进电机的丢步或过冲的气象,局限本能更为牢靠。

  步进电机从静止加快到事业转速(平常为每分钟几百转)需求200~400毫秒。调换伺服编制的加快本能较好,以山洋400W调换伺服电机为例,从静止加快到其额定转速3000RPM仅需几毫秒,可用于恳求疾速启停的局限地方。

  综上所述,调换伺服编制正在很众本能方面都优于步进电机。但正在极少恳求不高的地方也往往用步进电机来做履行电动机。是以,正在局限编制的计划进程中要归纳斟酌局限恳求、本钱等众方面的身分,选用恰当的局限电机。

  三、估计打算负载惯量,惯量的成婚,安川伺服电机为例,局部产物惯量成婚可达50倍,但实质越小越好,如许对精度和相应速率好。

  五、电缆采用,编码器电缆双绞屏障的,看待安川伺服等日系产物绝对值编码器是6芯,增量式是4芯。

  动态制动器由动态制动电阻构成,正在障碍、急停、电源断电时通过能耗制动缩短伺服电机的机器进给间隔。

  再生制动是指伺服电机正在减速或泊车时将制动发作的能量通过逆变回途反应到直流母线,经阻容回途摄取。

  (1)再生制动必需正在伺服器寻常事业时才起功用,正在障碍、急停、电源断电时等情形下无法制动电机。动态制动器和电磁制动事业时不需电源。

  (2)再生制动的事业是编制主动举办,而动态制动器和电磁制动的事业需外部继电器局限。

  (3)电磁制动平常正在SV、OFF后启动,不然或者形成放大器过载,动态制动器平常正在SV、OFF或主回途断电后启动,不然或者形成动态制动电阻过热。

  A:伺服电性能够用正在会受水或油滴侵袭的地点,可是它不是全防水或防油的。因而, 伺服电机不该当安排或利用正在水中或油侵的境况中。

  B:若是伺服电机相连到一个减速齿轮,利用伺服电机时该当加油封,以抗御减速齿轮的油进入伺服电机

  A:确保电缆不因外部弯曲力或本身重量而受到力矩或笔直负荷,更加是正在电缆出口处或相连处。

  B:正在伺服电机转移的情形下,应把电缆(即是随电机摆设的那根)安稳地固定到一个静止的局部(相对电机),而且该当用一个装正在电缆支座里的附加电缆来耽误它,如许弯曲应力能够减到最小。

  A:确保正在安设和运转时加到伺服电机轴上的径向和轴向负载局限正在每种型号的原则值以内。

  B:正在安设一个刚性联轴器时要卓殊小心,伺服电机的结构十分是过分的弯曲负载或者导致轴端和轴承的损坏或磨损

  C:最好用柔性联轴器,以便使径向负载低于答允值,此物是专为高机器强度的伺服电机计划的。

  A:正在安设/拆卸耦合部件到伺服电机轴端时,不要用锤子直接敲打轴端。(锤子直接敲打轴端,伺服电机轴另一端的编码器要被敲坏)

  转动惯量小、启动电压低、空载电流小; 弃接触式换向编制,大大提升电机转速,最高转速高达100 000rpm;无刷伺服电机正在履行伺服局限时,无须编码器也可完毕速率、职位、扭矩等的局限; 不存正在电刷磨损情形,除转速高除外,还具有寿命长、噪音低、无电磁搅扰等特征。

  直流伺服电机可运用正在是火花机、机器手、无误的呆板等。可同时摆设2500P/R高剖释度的圭表编码器及测速器,更能加配减速箱、令机器装备带来牢靠确实凿性及高扭力。 调速性好,单元重量和体积下,输出功率最高,大于调换电机,更远远领先步进电机。众级构造的力矩颠簸小。

  伺服电机正在封锁的环内里利用。即是说它随时把信号传给编制,同时把编制给出的信号来修原来身的运转。

  1、精度:完毕了职位,速率和力矩的闭环局限;征服了步进电机失步的题目;

  3、适宜性:抗过载才力强,能继承三倍于额定转矩的负载,对有刹时负载颠簸和恳求疾速起动的地方十分实用;

  4、稳固:低速运转安定,低速运转时不会发作相同于步进电机的步进运转气象。实用于有高速相应恳求的地方;

  大略点说即是:闲居看到的那种通常的电机,断电后它还会由于本身的惯性再转片刻,然后停下。而伺服电机和步进电机是说停就停,说走就走,反响极疾。但步进电机存正在失步气象。

  伺服电机的运用范围就太众了。只须是要有动力源的,况且对精度有恳求的平常都或者涉及到伺服电机。如机床、印刷装备、包装装备、纺织装备、激光加工装备、呆板人、主动化出产线等对工艺精度、加工效能和事业牢靠性等恳求相对较高的装备。

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