伺服電機(jī)原理

　　伺服主要靠脈沖來定位，伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移，因?yàn)?，伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，都會(huì)發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機(jī)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(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，同時(shí)又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到0.001mm。伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)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(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。

　　直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)。有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)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(dòng)機(jī)定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)相似。其定子上裝有兩個(gè)位置互差90度的繞組，一個(gè)是勵(lì)磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上；另一個(gè)是控制繞組L，聯(lián)接控制信號電壓Uc。所以交流伺服電動(dòng)機(jī)又稱兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)。

　　交流伺服電動(dòng)機(jī)在沒有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)只有勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)。當(dāng)有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，在負(fù)載恒定的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當(dāng)控制電壓的相位相反時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)將反轉(zhuǎn)。

　　交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與分相式單相異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)與單機(jī)異步電動(dòng)機(jī)相比，有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、運(yùn)行范圍較廣、無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象三個(gè)顯著特點(diǎn)。

　　伺服電機(jī)可以維修嗎

　　伺服電機(jī)是可以維修的，伺服電機(jī)的維修可以說是相對復(fù)雜的，但伺服電機(jī)因?yàn)殚L期連續(xù)不斷使用或者使用者操作不當(dāng)，會(huì)經(jīng)常發(fā)生電機(jī)故障。伺服電機(jī)的維修需要專業(yè)人士來進(jìn)行，以下就是伺服電機(jī)發(fā)生的幾個(gè)常見的故障問題的維修方法。

　　常見伺服電機(jī)的13種故障及維修知識匯總

　　一、起動(dòng)伺服電機(jī)前需做的工作有哪些

　　1）測量絕緣電阻（對低電壓電機(jī)不應(yīng)低于0.5M）。

　　2）測量電源電壓，檢查電機(jī)接線是否正確，電源電壓是否符合要求。

　　3）檢查起動(dòng)設(shè)備是否良好。

　　4）檢查熔斷器是否合適。

　　5）檢查電機(jī)接地、接零是否良好。

　　6）檢查傳動(dòng)裝置是否有缺陷。

　　7）檢查電機(jī)環(huán)境是否合適，清除易燃品和其它雜物。

　　二、伺服電機(jī)軸承過熱的原因有哪些

　　電機(jī)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(jī)座、端蓋、軸等零件同軸度不好。

　　3）軸承選用不當(dāng)。

　　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(jī)組安裝不當(dāng)，如電機(jī)軸和所拖動(dòng)的裝置的軸同軸度一合要求。

　　2）皮帶輪拉動(dòng)過緊。

　　3）軸承維護(hù)不好，潤滑脂不足或超過使用期，發(fā)干變質(zhì)。

　　三、伺服電機(jī)三相電流不平衡的原因是什么

　　1）三相電壓不平衡。

　　2）電機(jī)內(nèi)部某相支路焊接不良或接觸不好

　　3）電機(jī)繞阻匝間短路或?qū)Φ叵嚅g短路。

　　4）接線錯(cuò)誤。

　　四、怎么控制伺服電機(jī)速度快慢

　　伺服電機(jī)是一個(gè)典型閉環(huán)反饋系統(tǒng)，減速齒輪組由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其終端（輸出端）帶動(dòng)一個(gè)線性的比例電位器作位置檢測，該電位器把轉(zhuǎn)角坐標(biāo)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(dòng)電機(jī)正向或反向地轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dá)到使伺服電機(jī)精確定位與定速的目的。

　　五、觀察電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)碳刷與換向器之間是否產(chǎn)生火花及火花的程度進(jìn)行修復(fù)

　　1、只是有2～4個(gè)極小火花．這時(shí)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(gè)以上的極小火花，而且有1～3個(gè)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(gè)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(fù)

　　1、換向器表面明顯地不平整（用手能觸覺）或電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)火花如第四種情況。此時(shí)需拆卸電樞，用精密機(jī)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(gè)木制的工具，將幾種不同粗細(xì)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(shí)不致左右換錯(cuò)）用裹好砂紙的木制工具貼實(shí)換向器，用另一只手按電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)軸換向器研磨。伺服電機(jī)維修使用砂紙粗細(xì)的順序先粗后細(xì)當(dāng)一張砂紙瞎得不能用后，再換另較細(xì)的砂紙，直到用完最細(xì)的水砂紙（或金相砂紙）。

　　七、伺服電機(jī)編碼器相位與轉(zhuǎn)子磁極相位零點(diǎn)如何對齊的修復(fù)

　　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：

　?。?）用一個(gè)直流電源給電機(jī)的UV繞組通以小于額定電流的直流電，U入，V出，將電機(jī)軸定向至一個(gè)平衡位置；

　　（2）用示波器觀察編碼器的U相信號和Z信號；

　?。?）調(diào)整編碼器轉(zhuǎn)軸與電機(jī)軸的相對位置；

　?。?）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(rèn)Z信號的常態(tài)為低電平），鎖定編碼器與電機(jī)的相對位置關(guān)系；

　　（5）來回扭轉(zhuǎn)電機(jī)軸，撒手后，若電機(jī)軸每次自由回復(fù)到平衡位置時(shí)，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(shí)都是在一圈內(nèi)對齊編碼器的檢測相位與電機(jī)電角度的相位。目前非常實(shí)用的方法是利用編碼器內(nèi)部的EEPROM，存儲(chǔ)編碼器隨機(jī)安裝在電機(jī)軸上后實(shí)測的相位，具體方法如下：

　?。?）將編碼器隨機(jī)安裝在電機(jī)上，即固結(jié)編碼器轉(zhuǎn)軸與電機(jī)軸，以及編碼器外殼與電機(jī)外殼；

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

　?。?）用伺服驅(qū)動(dòng)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(jī)電角度初始相位的EEPROM中；

　?。?）對齊過程結(jié)束。

　　八、伺服電機(jī)維修竄動(dòng)現(xiàn)象

　　在進(jìn)給時(shí)出現(xiàn)竄動(dòng)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(dòng)等;當(dāng)竄動(dòng)發(fā)生在由正方向運(yùn)動(dòng)與反方向運(yùn)動(dòng)的換向瞬間時(shí)，一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的反向問隙或伺服驅(qū)動(dòng)增益過大所致;

　　九、伺服電機(jī)維修爬行現(xiàn)象

　　大多發(fā)生在起動(dòng)加速段或低速進(jìn)給時(shí)，一般是由于進(jìn)給傳動(dòng)鏈的潤滑狀態(tài)不良，伺服系統(tǒng)增益低及外加負(fù)載過大等因素所致。尤其要注意的是，伺服電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠聯(lián)接用的聯(lián)軸器，由于連接松動(dòng)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)不同步，從而使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)忽快忽慢;

　　十、伺服電機(jī)維修振動(dòng)現(xiàn)象

　　機(jī)床高速運(yùn)行時(shí)，可能產(chǎn)生振動(dòng)，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生過流報(bào)警。機(jī)床振動(dòng)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(jī)維修轉(zhuǎn)矩降低現(xiàn)象

　　伺服電機(jī)從額定堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩到高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩會(huì)突然降低，這時(shí)因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)繞組的散熱損壞和機(jī)械部分發(fā)熱引起的。高速時(shí)，電動(dòng)機(jī)溫升變大，因此，正確使用伺服電機(jī)前一定要對電機(jī)的負(fù)載進(jìn)行驗(yàn)算;

　　十二、伺服電機(jī)維修位置誤差現(xiàn)象

　　當(dāng)伺服軸運(yùn)動(dòng)超過位置允差范圍時(shí)（KNDSD100出廠標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置PA17：400，位置超差檢測范圍），伺服驅(qū)動(dòng)器就會(huì)出現(xiàn)“4”號位置超差報(bào)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(dāng);位置檢測裝置有污染;進(jìn)給傳動(dòng)鏈累計(jì)誤差過大等;

　　十三、伺服電機(jī)維修不轉(zhuǎn)現(xiàn)象

　　數(shù)控系統(tǒng)到伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)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(jìn)給軸的起動(dòng)條件;對帶電磁制動(dòng)器的伺服電動(dòng)機(jī)確認(rèn)制動(dòng)已經(jīng)打開;驅(qū)動(dòng)器有故障;伺服電動(dòng)機(jī)有故障;伺服電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠聯(lián)結(jié)聯(lián)軸節(jié)失效或鍵脫開等。