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如何有效改善伺服电机的保护 安装伺服电机的应用范围

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电机网管理员 发表于 2020-6-4 16:13:39 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
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。
        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。
        1为了配合机器人的体形,伺服电机必须体积小、质量小、轴向尺寸短。2.能经受得起苛刻的运行条件,可进行十分频繁的正反向和加减速运行,并能在短时间内承受数倍过载。交流伺服驱动器因其具有转矩转动惯量比高、无电刷及换向火花等优点,在工业机器人中得到广泛应用。差距明显,国内厂商需努力追赶国内伺服电机市场中,前三名松下、三菱、安川均为日系品牌,总份额达到45%,西门子、博世、施耐德等欧系品牌主要占据高端市场,市场份额在30%左右,国内企业整体份额低于10%。国产伺服电机大多是仿制日系伺服电机设计,功率多在3kw以内,以中小功率为多,而5.5-15kw的中大功率伺服电机则比较少。国产伺服电机在以下方面仍需突破:一是外形普遍较长,外观粗糙,很难应用在一些高档机器人上面,尤其是在轻载6kg左右的桌面型机器人上,由于机器人手臂的安装空间非常狭小,对伺服电机的长度有严格要求。二是信号接插件的可靠性需要改进,而且需要朝小型化、高密度化以及与伺服电机本体的集成设计的方向设计,方便安装、调试、更换。三是另一个核心技术就是高精度的编码器,尤其机器人上用的多圈绝对值编码器,严重依赖进口,是制约我国高档机器人发展的很大瓶颈。编码器的小型化也是伺服电机小型化绕不过去的核心技术。四是缺失基础性研究,包括绝对值编码器技术、高端电机的产业化制造技术、生产工艺的突破、性能指标的实用性验证和考核标准的制定。五是伺服系统各部分产业协同联合不够,导致伺服电机和驱动系统整体性能难以做好。虽然国产伺服电机在市场上的比重比较低,在技术与性能上与国外品牌有较大的差距,并且产品质量与稳定性也不能同国外品牌同日而语,但近几年国产品牌伺服电机的发展也很迅速,伺服电机自主配套能力已现雏形,获得了一定的市场认可。许多国产产品技术上与日系产品接近,涌现出埃斯顿、广州数控设备、英威腾等20余家较大规模的伺服电机品牌。从我国伺服电机专利技术总体申请量变化趋势也显示出国内企业近几年取得的成绩。2010年我国伺服电机行业相关专利申请数量仅2697项,而2016年我国伺服电机行业相关专利申请数量达14058项,年复合增长率高达31.68%。2010-2016年伺服电机行业相关专利申请数量变化图(单位:项)中国机器人产业处于大的变革时代,需要快速创新整合,机器人作为一种高新技术,是推动产业发展的重要支持手段。而要大力发展机器人产业,作为机器人核心零部件之一的伺服电机自然成了许多企业竞相布局的热门领域。
        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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