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如何使用伺服电机故障分析 直流伺服电机的结构和分类

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电机网管理员 发表于 2020-6-4 16:13:31 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
一、交流伺服系统概述交流伺服系统包括:伺服驱动器、伺服电机和一个反馈传感器。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,伺服电机厂家通过电机转换成扭矩带动负载,负载根据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,编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,负载波动和速度矫正之间的时间滞后响应是非常快的。二、交流伺服电机振动故障分析以下对交流伺服电机振动故障的分析主要从机械方面和电气方面进行。机械方面(1)电机转子不平衡,电机转子的动平衡制造时有缺,陷或使用后变差,就会产生形如“振动电机”一样的振动源;(2)丝杠与导轨平面的平行度误差,丝杠在安装过程中与导轨所在平面有平行度误差也会使电机由于负载不均匀产生振动;(3)转轴弯曲,转轴弯曲的情况类似于转子不平衡,除了会产生振动源也会产生电机转子中,心和丝杠中,心的同轴度误差,使机械传动系统产生抖动;(4)联轴器制造缺,陷或使用后磨损会造成联轴器两部分的同轴度误差,特别是使用铸造的刚性联轴器,由于本身的制造精度差,更容易产生同轴度误差导致振动;(5)导轨的平行度在制造时较差会导致伺服系统无法到达指定位置到无法停留在指定位置,这时伺服电机会不停的在努力寻找位置和系统反馈间徘徊,使电机连续的振动;(6)丝杠弯曲,丝杠弯曲后丝杠除了受到轴向推力外还会受到变化的径向力,弯曲大时径向力大,弯曲小时径向力小,同样这种不应该存在的径向力也会使机械传动系统产生振动。(7)电机两端和丝杠轴承座上的轴承磨损后间隙过大,或者轴承缺少润滑脂后轴承滚动体和保持架磨损严,重,造成负载过重。轴承磨损后间隙过大会造成电机转子中,心和丝杠中,心存在同轴度误差,使机械系统产生抖动。轴承滚动体和保持架磨损严重会造成摩擦力增加导致“堵转”,“堵转”在不至于导致“过载报,警”的情况下,由于负载过重,会增加伺服系统的响应时间产生振动;2. 电气方面导致交流伺服电机电气方面的原因主要是伺服驱动器的参数调整上。(1)加速度反馈增益,电机不转时,很小的偏移会被速度环的比例增益放大,速度反馈产生相应的转矩,使电机来回抖动。(2)位置比例增益,设置值越大,增益越高,刚度越大,相同频率指令脉冲条件下,位置滞后量越小,数值太大可能会引起电机振动;(3)负载惯量,负载惯量的设置一般与负载的大小有关,过大的负载惯量参数会使系统产生振动,一般的交流伺服电机可以自动测量系统的负载惯量;(4)速度积分常数,一般情况下负载惯量越大,设定值越大,系统不产生振动的情况下,设定值尽量较小,但是降低积分增益会使机床响应迟缓,刚性变差;(5)速度比例增益,设置值越大,增益越高,系统刚度越大,参数值根据具体的伺服驱动器型号和负载情况确定,一般情况下,负载惯量越大,设定值越大,在系统不产生振动的情况下,设定值尽量较大,但是增益越大,偏差越小,越容易产生振动;
        伺服电机的转速应该如何设置?   伺服电机是生产部门常用的工作器械,在使用过程中,有朋友反映伺服电机转速会出现很多问题。伺服电机转速较低时,电机会停止运作。那么到底伺服电机转速能不能自己设置,转速究竟跟什么有关系呢?   一、伺服电机转速是不是可以任意设置?   伺服电机的转速是可以任意设置的,具体怎么设置,这个就要根据详细的运用操控形式来决定了。一般有两种情况:   1、假如是用外部模拟量来进行速度形式操控的话,你输入的模拟量电压正比于电机的转速,比方驱动器内部参数默许的是每1V电压值,电机每分钟转500圈,输出3V电压,即是每分钟1500转了。当然,每V电压所对应的电机转速是能够设定的,默许是500,可以改成80,也可以改成800。只需改变输出模拟量的电压值大小,就能够任意设置电机的转速了。   2、还有一种是运用方位操控形式,这时电机的转速正比于上位发送脉冲的频率,驱动器内部设定10000个脉冲转一圈的话,假如每秒钟上位发送10000个脉冲,电机就一秒转一圈。这时想要改变电机的转速,只需要改变上位发送脉冲的频率就行了。上位发送脉冲频率越大,电机的转速就越快。   二、伺服电机转速较低时为什么会短暂停止工作?   一般来说,即使伺服电机转速再低,电机也不会停止运作。伺服电机停止工作,应该与转速没有关系。之所以低转速时,伺服电机会停止运作,可能只是巧合。伺服电机停止运转,这个时候建议查看负载能力是否足够。伺服电机假如负载能力不足够,电机会发出过载报警,马上停掉。建议先查看负载衔接处,是用什么衔接的,同步带、丝杆,还是齿轮。查看衔接处是不是打滑,看一看电机停止运作时,电机的轴是不是也停了。   三、伺服电机转速与电压有什么关系?  不管是直流伺服还是交流伺服电机:   (1)高速时,伺服电机转速和电压成正比;  (2)低速时,电压要低于速度的下降;  (3)伺服电机速度为零时,电压不为零;    简单来说,电压随伺服电机速度的改变而改变:电压=反电势+电枢电压降。   伺服电机转速只跟电压有直接关系,改变电压,可以改变伺服电机转速。当伺服电机转速较低时,电机会停止工作,并不一定表明此时是伺服电机转速出现了问题,应对负载能力进行排查。
        现代交流伺服系统,经历了从模拟到数字化的转变,数字控制环已经无处不在,比如换相、电流、速度和位置控制;采用新型功率半导体器件、高性能DSP加FPGA、以及伺服专用模块也不足为奇。国际厂商伺服产品每5年就会换代,新的功率器件或模块每2~2.5年就会更新一次,新的软件算法则日新月异,总之产品生命周期越来越短。总结国内外伺服厂家的技术路线和产品路线,结合市场需求的变化,可以看到以下一些最新发展趋势:1.专用化和多样化  虽然市场上存在通用化的伺服产品系列,但是为某种特定应用场合专门设计制造的伺服系统比比皆是。利用磁性材料不同性能、不同形状、不同表面粘接结构(SPM)和嵌入式永磁(IPM)转子结构的电机出现,分割式铁芯结构工艺在日本的使用使永磁无刷伺服电机的生产实现了高效率、大批量和自动化,并引起国内厂家的研究。2.网络化和模块化  将现场总线和工业以太网技术、甚至无线网络技术集成到伺服驱动器当中,已经成为欧洲和美国厂商的常用做法。现代工业局域网发展的重要方向和各种总线标准竞争的焦点就是如何适应高性能运动控制对数据传输实时性、可靠性、同步性的要求。随着国内对大规模分布式控制装置的需求上升,高档数控系统的开发成功,网络化数字伺服的开发已经成为当务之急。模块化不仅指伺服驱动模块、电源模块、再生制动模块、通讯模块之间的组合方式,而且指伺服驱动器内部软件和硬件的模块化和可重用。3.高效率化  尽管这方面的工作早就在进行,但是仍需要继续加强。主要包括电机本身的高效率比如永磁材料性能的改进和更好的磁铁安装结构设计,也包括驱动系统的高效率化,包括逆变器驱动电路的优化,加减速运动的优化,再生制动和能量反馈以及更好的冷却方式等。4.高速、高精、高性能化  采用更高精度的编码器(每转百万脉冲级),更高采样精度和数据位数、速度更快的DSP,无齿槽效应的高性能旋转电机、直线电机,以及应用自适应、人工智能等各种现代控制策略,不断将伺服系统的指标提高。5.智能化  现代交流伺服驱动器都具备参数记忆、故障自诊断和分析功能,绝大多数进口驱动器都具备负载惯量测定和自动增益调整功能,有的可以自动辨识电机的参数,自动测定编码器零位,有些则能自动进行振动抑止。将电子齿轮、电子凸轮、同步跟踪、插补运动等控制功能和驱动结合在一起,对于伺服用户来说,则提供了更好的体验。6.直接驱动  直接驱动包括采用盘式电机的转台伺服驱动和采用直线电机的线性伺服驱动控制,由于消除了中间传递误差,从而实现了高速化和高定位精度。
        主回路熔断器熔断是SCR伺服驱动器的常见故障,伺服电机控制器造成熔断器熔断的原因有下述几种:1、切削条件不合适。如机床切削量过大、连续重切削等。2、驱动器与电机间的连接错误。如速度负反馈被接成正反馈,使伺服电机飞车或系统处于振荡状态。3、驱动器存在故障。如控制单元的元器件损坏、控制板上设定端设定错误、电位器调整不当等。4、电动机选用不合适或电机不良。如:因长期工作或其他原因引起伺服电机的“退磁”,造成励磁电流过大:电机绕组存在局部短路,从而引起驱动器熔断器熔断。5、电源进线“相序”不正确。由于SCR伺服驱动器存在触发脉冲与主电路的同步问题,因此对输入电源的“相序”有严格的要求,若“相序”不正确,接通电源可能会立即引起驱动器主回路熔断器的熔断。6、机械故障造成负载过大。工作台的摩擦阻力太大,齿轮啮合不良引起的现象,工件与机床的干涉、碰撞,机械部件的“锁紧”等都可能造成负载过大。出现以上故障时,一般可通过脱开电机与机械传动系统间的连接与测量电动机的实际工作电流来进一步判断确认。伺服电机控制器当机床开机后,CNC工作正常,但实际伺服电机不转,从伺服驱动器以及相关部分来说,可能有以下几方面的原因:1、电枢线断线或接触不良。2、速度指令电压连接不良或者断线。3、松开制动器用的直流电压未加入或整流桥损坏、制动器断线等。4.“脉冲使能”信号或“控制使能”信号没有送到驱动器。5.对于带制动器的电动机来说,可能是制动器不良或制动器未通电造成的制动器未松开。
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