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如何减少伺服电机驱动器 如何有效改善伺服电机噪声、不稳定

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电机网管理员 发表于 2020-6-4 16:13:07 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
伺服电机使用中的常见问题   伺 服系统是机电产品中的重要环节,它能提供最高水平的动态响应和扭矩密度,所以拖动系统的发展趋势是用交流伺服驱动取替传统的液压、直流、步进和AC变频调速驱动,以便使系统性能达到一个全新的水平,包括更短的周期、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。为了实现伺服电机的更好性能,就必须对伺服电机的一些使用特点有所了解。本文将浅析伺服电机在使用中的常见问题。   问题一噪声,不稳定   客户在一些机械上使用伺服电机时,经常会发生噪声过大,电机带动负载运转不稳定等现象,出现此问题时,许多使用者的第一反应就是伺服电机质量不好,因为有时换成步进电机或是变频电机来拖动负载,噪声和不稳定现象却反而小很多。表面上看,确实是伺服电机的原故,但我们仔细分析伺服电机的工作原理后,会发现这种结论是完全错误的。交流伺服系统包括:伺服驱动、伺服电机和一个反馈传感器(一般伺服电机自带光学偏码器)。所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行:驱动器从外部接收参数信息,然后将一定电流输送给电机,通过电机转换成扭矩带动负载,负载根据它自己的特性进行动作或加减速,传感器测量负载的位置,使驱动装置对设定信息值和实际位置值进行比较,然后通过改变电机电流使实际位置值和设定信息值保持一致,当负载突然变化引起速度变化时,偏码器获知这种速度变化后会马上反应给伺服驱动器,驱动器又通过改变提供给伺服电机的电流值来满足负载的变化,并重新返回到设定的速度。交流伺服系统是一个响应非常高的全闭环系统,负载波动和速度较正之间的时间滞后响应是非常快的,此时,真正限制了系统响应效果的是     机械连接装置的传递时间。    举一个简单例子:有一台机械,是用伺服电机通过V形带传动一个恒定速度、大惯性的负载。整个系统需要获得恒定的速度和较快的响应特性,分析其动作过程。当驱动器将电流送到电机时,电机立即产生扭矩;一开始,由于V形带会有弹性,负载不会加速到像电机那样快;伺服电机会比负载提前到达设定的速度,此时装在电机上的偏码器会削弱电流,继而削弱扭矩;随着V型带张力的不断增加会使电机速度变慢,此时驱动器又会去增加电流,周而复始。在此例中,系统是振荡的,电机扭矩是波动的,负载速度也随之波动。其结果当然会是噪音、磨损、不稳定了。不过,这都不是由伺服电机引起的,这种噪声和不稳定性,是来源于机械传动装置,是由于伺服系统反应速度(高)与机械传递或者反应时间(较长)不相匹配而引起的,即伺服电机响应快于系统调整新的扭矩所需的时间。
        PMAC与伺服电机的比较   伺服电机用于低惯性和动态响应非常重要的运动控制应用中。实际上,用于伺服应用的许多电机与PMAC电机类似,但是使用特殊的控制器(放大器)和反馈来控制位置,而不仅仅是速度。然而,伺服系统的价格可能很高-通常是等同感应电机的10到20倍。需要接近伺服性能的应用适用于PMAC电机,因其性价比而受益。案例:PMAC非常适合典型的泵运行,典型的运行速度在75%到85%之间。  PMAC电机不适用于接近10,000rpm的伺服电机应用-超出PMAC电机范围。另外,如果没有PMAC的反馈信息,设计人员会发现很难定位和定位伺服电机必须经常提供的精确精确度。  现在将PMAC电机与那些最常用于伺服应用的电机比较-无刷直流电机。传统的无刷直流驱动波形是梯形的;在这里,电机的三个导联中的两个用于相位,第三个用于狩猎-所以它是经常变化的领域。相比之下,PMAC的三个领导者则被积极使用;输入波形为正弦波,以提高效率,同时最大限度地减少噪音和振动。  如上所述,电动机定子绕组模式通常专用于特定的波形形状。人们不能通过目测来区分它们。  产生梯形波形的控制器比产生正弦波形的控制器成本更低。然而,正弦控制器和电机比梯形产生更一致的轴旋转-转子惯量,电机额定值和特定的控制器特性放大了性能的差异。  在积分马力曲线上,考虑60Hz以下的交流感应电动机曲线如何渐近于X轴:尽管它在35到60Hz之间输出恒定的转矩到60Hz(通常输出恒定的马力60到大约90Hz)40%的负载,扭矩下降。相比之下,PMAC从40%负载线稳定到大约120-150%,并且保持系统效率和扭矩。由于永磁转子缺少导体(转子条),因此不存在I2R损耗-因此,在其他条件相同的情况下,PMAC电机本质上更加高效。  需要注意的是:在低电压应用(低于110V)中,传统无刷直流电机或交流感应电机仍然是PMAC电机的更好选择-尽管目前正在努力解决在这些情况下出现的问题。  简而言之,无刷直流电机通常用于电压低至12或24V的电机。然而,为了吸引PMAC,这个电压实际上是200或300马力,绕组电压为200V.增长到平均咖啡杯的大小(一个结果),并且绕制这种电动机的电磁线(用机器或手工)是有问题的,因为这种情况下的制造商必须相当广泛地重新设计定子和转子以确保设置是物理上可能的。
        与普通电机一样,交流伺服电机也由定子和转子构成。定子上有两个绕组,即励磁绕组和控制绕组,两个绕组在空间相差90°电角度。伺服电机控制器内部的转子是永磁铁,驱动控制的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。伺服电机控制器的精度决定于编码器的精度{线数)。通常机械在经过长久的使用后都会发生一些故障,伺服电机轴承过热就是在长久使用后比较常见的一个问题.下面是对这个故障原因的分析和排除.  一.故障原因1.电动机轴弯曲。2.滑脂过多或过少;3.油质不好含有杂质;4.轴承间隙过大或过小;5.轴承内孔偏心,与轴相擦;6.电动机端盖或轴承盖未装平;7.轴承与轴颈或端盖配合不当;8.电动机与负载间联轴器未校正,或皮带过紧;  二..故障排除1.重新装配;2.更换新轴承;3按规定加润滑脂;  4.校正电机轴或更换转子。5.更换清洁的润滑滑脂;6.修理轴承盖,消除擦点;7.重新校正,调整皮带张力;8.过松可用粘结剂修复,过紧应车,磨轴颈或端盖内孔,使之适合;
        数控机床中伺服电机驱动器控制按其结构可分成开环控制和闭环控制。如果详细分类,开环控制又可分为普通型和反馈补偿型,闭环(半闭环)控制也可分为普通型和反馈补偿型。1.闭环控制由于开环控制的精度不能很好地满足机床的要求,为了提高伺服驱动器的控制精度,zui根本的办法是采用闭环控制方式。即不但有前身控制通道,而且有检测输出的反馈通道,指令信号与反馈信号比较后得,到偏差信号,形成以偏差控制的闭环控制系统。2.反馈补偿型开环控制开环系统的精度较低,这是由于伺服驱动器的步距误差、起停误差、机械系统的误差都会直接影响到定位精度。应采用补偿型进行改进,这种系统且有开环与闭环两者的优点,即具有开环的稳定性和闭环的精,确性。不会因为机床的谐振频率、爬行、失动等引起系统振荡。反馈补偿型开环控制不需要间隙补偿和螺距补偿。3.反馈补偿型的半闭环控制这种伺服电机驱动器控制补偿原理与开环补偿系统相同,由旋转变压器和感应同步器组成的两套独,立的测量系统均以鉴幅方式工作。该系统的缺点是成本高,要用两套检测系统,优点是比全闭环系统调整容易,稳定性好,适合用做高精度大型数控机床的进给驱动。4.半闭环控制对于闭环控制系统,合理的设计可以得,到可靠的稳定性和很高的精度,但是直接测量工作台的位置信号需要用如光栅、有磁尺或直线感应同步器等安装、维护要求较高的位置检测装置。通过对传动轴或丝杠角位移的测量,可间接地获得位置输出量的等效反馈信号。由于这部分传动引起的误差不能被闭环系统中不包含从旋转轴到工作台之间的传动链,因此这部分传动引起的误差不能被闭环系统自动补偿,所以称这种由等效反馈信号构成的闭环控制系统为半闭环伺服驱动器,这种控制方式称为半闭环控制方式。
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