步進電機、伺服電機技術(shù)問答

　　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。請見下表，自然明白。

　　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。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。控制復(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。

　　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，是什么問題?

　　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。

　　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。可以用常規(guī)的環(huán)形或 R 型變壓器變壓的直流電源。

　　10，我想用±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， 我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)定子間的間隙無法保證。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， 幾臺伺服電機可以作同步運行嗎?

　　15， 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。

　　16，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。

　　17， 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***和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。

　　18， 如何為我的應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)墓╇婋娫??

　　推薦選擇電源電壓值比最大所需的電壓高 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。

　　19， 對于伺服驅(qū)動器我可以選擇那種工作方式?

　　20， 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。因為交流的公共電壓并不是對大地的，在直流總線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)部的參考電位點上。這個點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接地使得地電流不會流過屏蔽層。　　

　　21，減速器為什么不能和電機正好相配在標準轉(zhuǎn)矩點?

　　如果考慮到電機產(chǎn)生的經(jīng)過減速器的最大連續(xù)轉(zhuǎn)矩，許多減速比會遠遠超過減速器的轉(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。

　　22，我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，低噪音和高效率低成本應(yīng)用。

　　23，何為負載率 (duty cycle)?

　　負載率 (duty cycle) 是指電機在每個工作周期內(nèi)的工作時間 / (工作時間 + 非工作時間)的比率。如果負載率低，就允許電機以 3 倍連續(xù)電流短時間運行，從而比額定連續(xù)運行時產(chǎn)生更大的力量。

　　24，標準旋轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動電路可以用于直線電機嗎?

　　一般都是可以的。你可以把直線電機就當(dāng)作旋轉(zhuǎn)電機，如直線步進電機、有刷、無刷和交流直線電機。具體請向供應(yīng)商咨詢。

　　25 ，直線電機是否可以垂直安裝，做上下運動?

　　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。

　　26 ，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。

　　27，是否可以將多個無刷電機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。

　　28，AMS 的直線電機是否可以用于特殊環(huán)境，如水濺、真空、潔凈室、輻射等環(huán)境?

　　可以。

　　29，使用直線電機比滾珠絲桿的線性電機有何優(yōu)點?

　　由于定子和動子之間沒有機械連接，所以消除了背隙、磨損、卡死問題，運動更加平滑。突出了更高精度、高速度、高加速度、響應(yīng)快、運動平滑、控制精度高、可靠性好體積緊湊、外形高度低、長壽命、免維護等特點。

　　30，你們的滑臺可以做多個組合一起使用嗎?

　　是的?？梢越M合為 XY, XZ, YZ, XYZ 及其它靈活組合。

　　31，如何選用電動缸、滑臺、精密平臺類產(chǎn)品?其成本是如何計算的?

　　選擇致動執(zhí)行器類產(chǎn)品關(guān)鍵要看您對運動參數(shù)有什么樣的要求，可以根據(jù)您需要的應(yīng)用來確定具體運動參數(shù)等技術(shù)條件，這些參數(shù)要符合您的實際需要，既要滿足應(yīng)用要求并留有余地，也不要提得太高，否則其成本可能會數(shù)倍于標準型產(chǎn)品。舉例來說，如果0.1mm精度夠用的話，就不要選0.01mm的參數(shù)。其它如負載能力、速度等也是如此。

　　另外一個給用戶的選型建議是，如果不是必須，推拉力或負重、速度、定位精度這三個主要參數(shù)不要同時要求很高，因為致動執(zhí)行器是一個高精度高技術(shù)的機電一體化產(chǎn)品，我們在設(shè)計制造時需要從機械結(jié)構(gòu)、電氣性能、材料特性、材質(zhì)和處理方法等多方面考慮并選擇相應(yīng)的組成電機、驅(qū)動控制器和反饋裝置，以及不同精度等級的導(dǎo)軌、絲桿、支撐座和其它機械系統(tǒng)，使之達到需要的整體運動參數(shù)，可謂牽一發(fā)動全身的產(chǎn)品。當(dāng)然，您有高要求的產(chǎn)品需要，我們還是可以滿足，只是成本會相應(yīng)的提高。

　　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。