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如何正确选择伺服电机和步进电机
发表时间:2016-11-8 16:38:35
  

1、如何正确选择伺服电机和步进电机? 
主要视具体应用情况而定,简单地说要确定:负载的性质(如水平还是垂直负载等),转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求,上位控制要求(如对端口界面和通讯方面的要求),主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。供电电源是直流还是交流电源,或电池供电,电压范围。据此以确定电机和配用驱动器或控制器的型号。
 
2、选择步进电机还是伺服电机系统? 
其实,选择什么样的电机应根据具体应用情况而定,各有其特点。请见下表,自然明白。  
 步进电机系统  伺服电机系统 
力矩范围  中小力矩(一般在20Nm以下)  小中大,全范围 
速度范围  低(一般在2000RPM以下,大力矩电机小于1000RPM)  高(可达5000RPM),直流伺服电机更可达1~2万转/分 
控制方式  主要是位置控制  多样化智能化的控制方式,位置/转速/转矩方式 
平滑性  低速时有振动(但用细分型驱动器则可明显改善)  好,运行平滑 
精度  一般较低,细分型驱动时较高  高(具体要看反馈装置的分辨率)  
矩频特性  高速时,力矩下降快  力矩特性好,特性较硬 
过载特性  过载时会失步  可3~10倍过载(短时) 
反馈方式  大多数为开环控制,也可接编码器,防止失步  闭环方式,编码器反馈 
编码器类型  -  光电型旋转编码器(增量型/绝对值型),旋转变压器型 
响应速度  一般  快 
耐振动  好   一般(旋转变压器型可耐振动) 
温升  运行温度高  一般 
维护性  基本可以免维护  较好  
价格  低  高

3、如何配用步进电机驱动器? 
根据电机的电流,配用大于或等于此电流的驱动器。如果需要低振动或高精度时,可配用细分型驱动器。对于大转矩电机,尽可能用高电压型驱动器,以获得良好的高速性能。
 
4、2相和5相步进电机有何区别,如何选择? 
2相电机成本低,但在低速时的震动较大,高速时的力矩下降快。5相电机则振动较小,高速性能好,比2相电机的速度高30~50%,可在部分场合取代伺服电机。
 
5、何时选用直流伺服系统,它和交流伺服有何区别? 
直流伺服电机分为有刷和无刷电机。
有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。 
无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。 
交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。

6、使用电机时要注意的问题? 
上电运行前要作如下检查:
1)电源电压是否合适(过压很可能造成驱动模块的损坏);对于直流输入的 /-极性一定不能接错,驱动控制器上的电机型号或电流设定值是否合适(开始时不要太大); 
2)控制信号线接牢靠,工业现场最好要考虑屏蔽问题(如采用双绞线); 
3)不要开始时就把需要接的线全接上,只连成最基本的系统,运行良好后,再逐步连接。 
4)一定要搞清楚接地方法,还是采用浮空不接。 
5)开始运行的半小时内要密切观察电机的状态,如运动是否正常,声音和温升情况,发现问题立即停机调整。

7、步进电机启动运行时,有时动一下就不动了或原地来回动,运行时有时还会失步,是什么问题? 
一般要考虑以下方面作检查: 
1)电机力矩是否足够大,能否带动负载,因此我们一般推荐用户选型时要选用力矩比实际需要大50%~100%的电机,因为步进电机不能过负载运行,哪怕是瞬间,都会造成失步,严重时停转或不规则原地反复动。 
2)上位控制器来的输入走步脉冲的电流是否够大(一般要>10mA),以使光耦稳定导通,输入的频率是否过高,导致接收不到,如果上位控制器的输出电路是CMOS电路,则也要选用CMOS输入型的驱动器。
3)启动频率是否太高,在启动程序上是否设置了加速过程,最好从电机规定的启动频率内开始加速到设定频率,哪怕加速时间很短,否则可能就不稳定,甚至处于惰态。  
4)电机未固定好时,有时会出现此状况,则属于正常。因为,实际上此时造成了电机的强烈共振而导致进入失步状态。电机必须固定好。
5)对于5相电机来说,相位接错,电机也不能工作。

8、我想通过通讯方式直接控制伺服电机,可以吗? 
可以的,也比较方便,只是速度问题,用于对响应速度要求不太高的应用。如果要求快速的响应控制参数,最好用伺服运动控制卡,一般它上面有DSP和高速度的逻辑处理电路,以实现高速高精度的运动控制。如S加速、多轴插补等。

9、用开关电源给步进和直流电机系统供电好不好? 
一般最好不要,特别是大力矩电机,除非选用比需要的功率大一倍以上的开关电源。因为,电机工作时是大电感型负载,会对电源端形成瞬间的高压。而开关电源的过载性能不好,会保护关断,且其精密的稳压性能又不需要,有时可能造成开关电源和驱动器的损坏。可以用常规的环形或R型变压器变压的直流电源。

10、我想用�10V或4~20mA的直流电压来控制步进电机,可以吗? 
可以,但需要另外的转换模块。 

11、我有一个的伺服电机带编码器反馈,可否用只带测速机口的伺服驱动器控制? 
可以,需要配一个编码器转测速机信号模块。

12、伺服电机的码盘部分可以拆开吗? 
禁止拆开,因为码盘内的石英片很容易破裂,且进入灰尘后,寿命和精度都将无法保证,需要专业人员检修。

13、步进和伺服电机可以拆开检修或改装吗? 
不要,最好让厂家去做,拆开后没有专业设备很难安装回原样,电机的转定子间的间隙无法保证。磁钢材料的性能被破坏,甚至造成失磁,电机力矩大大下降。 

14、几台伺服电机可以作同步运行吗? 
 我们的产品是可以的。 

15、伺服控制器能够感知外部负载的变化吗? 
 我们的产品是可以的,如遇到设定阻力时停止、返回或保持一定的推力跟进。

16、可以将国产的驱动器或电机和国外优质的电机或驱动器配用吗? 
原则上是可以的,但要搞清楚电机的技术参数后才能配用,否则会大大降低应有的效果,甚至影响长期运行和寿命。最好向供应商咨询后再决定。

17、使用大于额定电压值的直流电源电压驱动电机安全吗?  
正常来说这不是问题,只要电机在所设定的速度和电流极限值内运行。因为电机速度与电机线电压成正比,因此选择某种电源电压不会引起过速,但可能发生驱动器等故障。 此外, 必须保证电机符合驱动器的最小电感系数要求,而且还要确保所设定的电流极限值小于或等于电机的额定电流。 
事实上,如果你能在你设计的装置中让电机跑地比较慢的话 (低于额定电压),这是很好的。 以较低的电压 (因此比较低的速度) 运行会使得电刷运转反弹较少,而且电刷/换向器磨损较小,比较低的电流消耗和比较长的电机寿命。 另一方面,如果电机大小的限制和性能的要求需要额外的转矩及速度,过度驱动电机也是可以的,但会牺牲产品的使用寿命。 

18、我如何为我的应用选择适当的供电电源? 
推荐选择电源电压值比最大所需的电压高10%-50%。此百分比因Kt, Ke,以及系统内的电压降而不同。驱动器的电流值应该足够传送应用所需的能量。记住驱动器的输出电压值与供电电压不同, 因此驱动器输出电流也与输入电流不相同。为确定合适的供电电流,需要计算此应用所有的功率需求,再增加5%。按I = P/V公式计算即可得到所需电流值。

19、对于伺服驱动器我可以选择那种工作方式?  
请见下表(以下模式并不全部存在于所有型号的驱动器中)
开环模式  输入命令电压控制驱动器的输出负载率。此模式用于无刷电机驱动器,和有刷电机驱动器的电压模式相同。  
电压模式  输入命令电压控制驱动器的输出电压。此模式用于有刷电机驱动器,和无刷电机驱动器的开环模式相同。 
电流模式(力矩模式)  输入命令电压控制驱动器的输出电流(力矩)。驱动器调整负载率以保持命令电流值。如果驱动器可以速度或位置环工作,一般都含有此模式。  
IR补偿模式  输入命令控制电机速度。IR补偿模式可用于控制无速度反馈装置电机的速度。驱动器会调整负载率来补偿输出电流的变动。当命令响应为线性时,在力矩扰动情况下,此模式的精度就比不上闭环速度模式了。 

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