伺服電機原理

伺服主要靠脈沖來定位，伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應(yīng)的角度，從而實現(xiàn)位移，因為，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確的定位，可以達0.001mm。

伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。

直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護方便（換碳刷），產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。

交流伺服電動機定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動機相似。其定子上裝有兩個位置互差90度的繞組，一個是勵磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上；另一個是控制繞組L，聯(lián)接控制信號電壓Uc。所以交流伺服電動機又稱兩個伺服電動機。

交流伺服電動機在沒有控制電壓時，定子內(nèi)只有勵磁繞組產(chǎn)生的脈動磁場，轉(zhuǎn)子靜止不動。當有控制電壓時，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，在負載恒定的情況下，電動機的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當控制電壓的相位相反時，伺服電動機將反轉(zhuǎn)。

交流伺服電動機的工作原理與分相式單相異步電動機雖然相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多，所以伺服電動機與單機異步電動機相比，有起動轉(zhuǎn)矩大、運行范圍較廣、無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象三個顯著特點。

伺服電機可以維修嗎？

伺服電機是可以維修的，伺服電機的維修可以說是相對復雜的，但伺服電機因為長期連續(xù)不斷使用或者使用者操作不當，會經(jīng)常發(fā)生電機故障。伺服電機的維修需要專業(yè)人士來進行，以下就是伺服電機發(fā)生的幾個常見的故障問題的維修方法。

常見伺服電機的13種故障及維修知識匯總

一、起動伺服電機前需做的工作有哪些

1）測量絕緣電阻（對低電壓電機不應(yīng)低于0.5M）。

2）測量電源電壓，檢查電機接線是否正確，電源電壓是否符合要求。

3）檢查起動設(shè)備是否良好。

4）檢查熔斷器是否合適。

5）檢查電機接地、接零是否良好。

6）檢查傳動裝置是否有缺陷。

7）檢查電機環(huán)境是否合適，清除易燃品和其它雜物。

二、伺服電機軸承過熱的原因有哪些

電機本身：

1）軸承內(nèi)外圈配合太緊。

2）零部件形位公差有問題，如機座、端蓋、軸等零件同軸度不好。

3）軸承選用不當。

4）軸承潤滑不良或軸承清洗不凈，潤滑脂內(nèi)有雜物。

5）軸電流。

使用方面：

1）機組安裝不當，如電機軸和所拖動的裝置的軸同軸度一合要求。

2）皮帶輪拉動過緊。

3）軸承維護不好，潤滑脂不足或超過使用期，發(fā)干變質(zhì)。

三、伺服電機三相電流不平衡的原因是什么

1）三相電壓不平衡。

2）電機內(nèi)部某相支路焊接不良或接觸不好

3）電機繞阻匝間短路或?qū)Φ叵嚅g短路。

4）接線錯誤。

四、怎么控制伺服電機速度快慢

伺服電機是一個典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)，減速齒輪組由電機驅(qū)動，其終端（輸出端）帶動一個線性的比例電位器作位置檢測，該電位器把轉(zhuǎn)角坐標轉(zhuǎn)換為一比例電壓反饋給控制線路板，控制線路板將其與輸入的控制脈沖信號比較，產(chǎn)生糾正脈沖，并驅(qū)動電機正向或反向地轉(zhuǎn)動，使齒輪組的輸出位置與期望值相符，令糾正脈沖趨于為0，從而達到使伺服電機精確定位與定速的目的。

五、觀察電機運轉(zhuǎn)時碳刷與換向器之間是否產(chǎn)生火花及火花的程度進行修復

1、只是有2～4個極小火花．這時若換向器表面是平整的．大多數(shù)情況可不必修理；

2、是無任何火花．無需修理；

3、有4個以上的極小火花，而且有1～3個大火花，則不必拆卸電樞，只需用砂紙磨碳刷換向器；

4、如果出現(xiàn)4個以上的大火花，則需要用砂紙磨換向器，而且必須把碳刷與電樞拆卸下來．換碳刷磨碳刷。

六、換向器的修復

1、換向器表面明顯地不平整（用手能觸覺）或電機運轉(zhuǎn)時火花如第四種情況。此時需拆卸電樞，用精密機床加工轉(zhuǎn)換器；

2、基本平整，只是有極小的傷痕或火花，如第二種情況l口1以用水砂紙手工研磨在不拆卸電樞的情況下研磨。研磨的順序是：先按換向器的外圓弧度，加工一個木制的工具，將幾種不同粗細的水砂紙剪成如換向器一樣寬的長條，取下碳刷（請注意在取下的碳刷的柄上與碳刷槽上做記號，確保安裝時不致左右換錯）用裹好砂紙的木制工具貼實換向器，用另一只手按電機旋轉(zhuǎn)方向，輕輕轉(zhuǎn)動軸換向器研磨。伺服電機維修使用砂紙粗細的順序先粗后細當一張砂紙瞎得不能用后，再換另較細的砂紙，直到用完最細的水砂紙（或金相砂紙）。

七、伺服電機編碼器相位與轉(zhuǎn)子磁極相位零點如何對齊的修復

1、增量式編碼器的相位對齊方式

帶換相信號的增量式編碼器的UVW電子換相信號的相位與轉(zhuǎn)子磁極相位，或曰電角度相位之間的對齊方法如下

（1）用一個直流電源給電機的UV繞組通以小于額定電流的直流電，U入，V出，將電機軸定向至一個平衡位置；

（2）用示波器觀察編碼器的U相信號和Z信號；

（3）調(diào)整編碼器轉(zhuǎn)軸與電機軸的相對位置；

（4）一邊調(diào)整，一邊觀察編碼器U相信號跳變沿，和Z信號，直到Z信號穩(wěn)定在高電平上（在此默認Z信號的常態(tài)為低電平），鎖定編碼器與電機的相對位置關(guān)系；

（5）來回扭轉(zhuǎn)電機軸，撒手后，若電機軸每次自由回復到平衡位置時，Z信號都能穩(wěn)定在高電平上，則對齊有效。

2、絕對式編碼器的相位對齊方式

絕對式編碼器的相位對齊對于單圈和多圈而言，差別不大，其實都是在一圈內(nèi)對齊編碼器的檢測相位與電機電角度的相位。目前非常實用的方法是利用編碼器內(nèi)部的EEPROM，存儲編碼器隨機安裝在電機軸上后實測的相位，具體方法如下：

（1）將編碼器隨機安裝在電機上，即固結(jié)編碼器轉(zhuǎn)軸與電機軸，以及編碼器外殼與電機外殼；

（2）用一個直流電源給電機的UV繞組通以小于額定電流的直流電，U入，V出，將電機軸定向至一個平衡位置；

（3）用伺服驅(qū)動器讀取絕對編碼器的單圈位置值，并存入編碼器內(nèi)部記錄電機電角度初始相位的EEPROM中；

（4）對齊過程結(jié)束。

八、伺服電機維修竄動現(xiàn)象

在進給時出現(xiàn)竄動現(xiàn)象，測速信號不穩(wěn)定，如編碼器有裂紋;接線端子接觸不良，如螺釘松動等;當竄動發(fā)生在由正方向運動與反方向運動的換向瞬間時，一般是由于進給傳動鏈的反向問隙或伺服驅(qū)動增益過大所致;

九、伺服電機維修爬行現(xiàn)象

大多發(fā)生在起動加速段或低速進給時，一般是由于進給傳動鏈的潤滑狀態(tài)不良，伺服系統(tǒng)增益低及外加負載過大等因素所致。尤其要注意的是，伺服電動機和滾珠絲杠聯(lián)接用的聯(lián)軸器，由于連接松動或聯(lián)軸器本身的缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠與伺服電動機的轉(zhuǎn)動不同步，從而使進給運動忽快忽慢;

十、伺服電機維修振動現(xiàn)象

機床高速運行時，可能產(chǎn)生振動，這時就會產(chǎn)生過流報警。機床振動問題一般屬于速度問題，所以應(yīng)尋找速度環(huán)問題;

十一、伺服電機維修轉(zhuǎn)矩降低現(xiàn)象

伺服電機從額定堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩到高速運轉(zhuǎn)時，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩會突然降低，這時因為電動機繞組的散熱損壞和機械部分發(fā)熱引起的。高速時，電動機溫升變大，因此，正確使用伺服電機前一定要對電機的負載進行驗算;

十二、伺服電機維修位置誤差現(xiàn)象

當伺服軸運動超過位置允差范圍時（KNDSD100出廠標準設(shè)置PA17：400，位置超差檢測范圍），伺服驅(qū)動器就會出現(xiàn)“4”號位置超差報警。主要原因有：系統(tǒng)設(shè)定的允差范圍小;伺服系統(tǒng)增益設(shè)置不當;位置檢測裝置有污染;進給傳動鏈累計誤差過大等;

十三、伺服電機維修不轉(zhuǎn)現(xiàn)象

數(shù)控系統(tǒng)到伺服驅(qū)動器除了聯(lián)結(jié)脈沖+方向信號外，還有使能控制信號，一般為DC+24V繼電器線圈電壓。伺服電動機不轉(zhuǎn)，常用診斷方法有：檢查數(shù)控系統(tǒng)是否有脈沖信號輸出;檢查使能信號是否接通;通過液晶屏觀測系統(tǒng)輸入/出狀態(tài)是否滿足進給軸的起動條件;對帶電磁制動器的伺服電動機確認制動已經(jīng)打開;驅(qū)動器有故障;伺服電動機有故障;伺服電動機和滾珠絲杠聯(lián)結(jié)聯(lián)軸節(jié)失效或鍵脫開等。

編輯：黃飛

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