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如何维护伺服电机的故障原因 怎样应用伺服电机的常见问题

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电机网管理员 发表于 2020-6-4 16:13:26 | 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。
        南京埃斯顿自动化股份有限公司创建于1993年,受益于国家改革开放的发展机遇以及创业团队历经20多年的努力奋斗,目前不仅成为国内高端智能装备核心控制功能部件领军企业之一,而且已在自身核心零部件优势基础上强势进入工业机器人产业,华丽转身为具有自主技术和核心零部件的国产机器人主力军企业。埃斯顿成功研发出高集成度、模块化机器人专用伺服驱动器和电机,并应用到公司机器人产品。广州数控设备有限公司是中国南方数控产业基地,国内技术领先的专业成套机床数控系统供应商。SJTR系列机器人专用交流伺服电动机是广州数控设备有限公司倾力打造专门用于机器人工况的的交流伺服电动机。全系列产品紧紧结合于机器人使用场合,电机内置抱闸装置,采用线缆式出线方式。是机器人行业的最佳选择。共分60SJTR系列、80SJTR系列、150SJTR系列。深圳市英威腾电气股份有限公司,成立于2002年,致力于成为全球领先、受人尊敬的工业自动化和能源电力领域的产品与服务提供者。英威腾新推出的总线型高性能通用伺服系统,支持17位以上编码器,可通过脉冲信号、总线通讯等方式进行控制,功率范围0.2kw-5.5kw。可应用机器人、数控机床、电子制造等高端设备。总结:机器人的工作表现受伺服电机影响极大,因而精密伺服电机的关键性能指标永远都是先进性比较的首要因素。国外先进伺服电机已经能够很好地适应绝大多数应用的需求,其研发资源已集中在个别高端应用及整体性能提升方面,处于精雕细刻阶段。因此国产伺服电机厂商任重而道远。
        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。
          2、 使用工具 公制内六方扳手一套,自制专用工具一个,十字改锥及一字改锥各一把,梅花改锥6件套。  3、 可解决的问题 对有故障的西门子伺服电机进行修理或更换损坏的伺服电机内置编码器,做到修旧利废,节约维修费用。  二、操作方法  1、该操作方法和一般操作方法的区别  在数控机床配置的西门子数控系统中,驱动电机分主轴电机和伺服电机两种。当电机定子、转子、轴承有故障或其电机内置编码器损坏时,我们都需要对编码器拆卸进行修理或更换。对主轴电机来说,更换或安装编码器只要用专用工具将其安装到相应位置就可以试车了,不需要调整电机轴或编码器的角度及位置。但对伺服电机来说,则必须按照编码器的安装要求,严格执行安装步骤。只要安装过程中出一点差错,就会出现编码器方面的报警而不能起动机床或出现飞车事故,导致电机报废或机械部件损坏。因此正确安装非常重要。  2、该项技术的操作步骤  2.1拆卸损坏的编码器  关掉机床电源,解掉伺服电机的电源电缆及反馈电缆,把电机从机床上拆下来放到工作台案上,用内六方扳手去掉电机端盖上的四条螺栓,打开端盖,先卸下编码器盖,拔下编码器上的插接电缆,用十字改锥卸下支持盘上的两条小螺丝,用内六方扳手卸出编码器中心孔内的螺栓,然后用自制专用工具把编码器从电机轴上顶出来。这样第一步工作即告完成。    2.2安装海德汉公司ERN1387.001/020或EQN1325.001编码器  2.2.1先安装支持盘  不同型号的电机,其支持盘的外形也不一样,如图2和图3,这由购买的备件提供。用4条M2.5*6的小螺丝将支持盘安装到编码器的轴端。注意事项:确保支持盘面和编码器的底面间距为5.2mm或12mm。      2.2.2调整电机轴  依据电机的型号,用手转动电机轴,把电机轴上的标记调整到如图4中箭头所示位置,即标记要和安装支持盘的孔保持一致。    2.2.3调整编码器  揭掉编码器盖,对ERN1387.001/020来说,把编码器内部玻璃盘上的标记1调整到和电路板上的标记2相重合;对EQN1325.001来说,把编码器内部齿轮上的标记3调整到和外壳上标记鼻4相重合,如图5所示    2.2.4安装编码器到电机轴上  把调整好标记的编码器锥形轴对准已调好位置的电机轴轻轻地推上去,确保电缆出口位于正确的位置上,如图    1FT606-1FT613和1FK606-1FK610电机,其安装支持盘的螺孔必须要位于支持盘上的长孔中间,对于1FT603-604和1FK604电机来说,安装支持盘的螺孔必须要位于支持盘的焊接区域中间。
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