如何正確選擇伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)

來源：工業(yè)運(yùn)動控制技術(shù)

電動伺服系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)為三個(gè)閉環(huán)控制，即電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)。一般情況下，對于交流伺服驅(qū)動器，可通過對其內(nèi)部功能參數(shù)進(jìn)行人工設(shè)定而實(shí)現(xiàn)位置控制、速度控制、轉(zhuǎn)矩控制等多種功能。那么關(guān)于伺服電機(jī)有哪些需要知道的呢？

1.如何正確選擇伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)？

主要視具體應(yīng)用情況而定，簡單地說要確定：負(fù)載的性質(zhì)（如水平還是垂直負(fù)載等），轉(zhuǎn)矩、慣量、轉(zhuǎn)速、精度、加減速等要求，上位控制要求（如對端口界面和通訊方面的要求），主要控制方式是位置、轉(zhuǎn)矩還是速度方式。供電電源是直流還是交流電源，或電池供電，電壓范圍。據(jù)此以確定電機(jī)和配用驅(qū)動器或控制器的型號。

2.選擇步進(jìn)電機(jī)還是伺服電機(jī)系統(tǒng)？

其實(shí)，選擇什么樣的電機(jī)應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用情況而定，各有其特點(diǎn)。

3.如何配用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器？

根據(jù)電機(jī)的電流，配用大于或等于此電流的驅(qū)動器。如果需要低振動或高精度時(shí)，可配用細(xì)分型驅(qū)動器。對于大轉(zhuǎn)矩電機(jī)，盡可能用高電壓型驅(qū)動器，以獲得良好的高速性能。

4.2相和5 相步進(jìn)電機(jī)有何區(qū)別，如何選擇？

2 相電機(jī)成本低，但在低速時(shí)的震動較大，高速時(shí)的力矩下降快。5 相電機(jī)則振動較小，高速性能好，比 2 相電機(jī)的速度高30~50%，可在部分場合取代伺服電機(jī)。

5.何時(shí)選用直流伺服系統(tǒng)，它和交流伺服有何區(qū)別

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。無刷電機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力矩穩(wěn)定。控制復(fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。交流伺服電機(jī)也是無刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。

6.使用電機(jī)時(shí)要注意的問題？

上電運(yùn)行前要作如下檢查：

1）電源電壓是否合適（過壓很可能造成驅(qū)動模塊的損壞）；對于直流輸入的+/-極性一定不能接錯(cuò)，驅(qū)動控制器上的電機(jī)型號或電流設(shè)定值是否合適（開始時(shí)不要太大）；

2）控制信號線接牢靠，工業(yè)現(xiàn)場最好要考慮屏蔽問題（如采用雙絞線）；

3）不要開始時(shí)就把需要接的線全接上，只連成最基本的系統(tǒng)，運(yùn)行良好后，再逐步連接。

4）一定要搞清楚接地方法，還是采用浮空不接。

5）開始運(yùn)行的半小時(shí)內(nèi)要密切觀察電機(jī)的狀態(tài)，如運(yùn)動是否正常，聲音和溫升情況，發(fā)現(xiàn)問題立即停機(jī)調(diào)整。

7.步進(jìn)電機(jī)啟運(yùn)行時(shí)有時(shí)還會失步，是什么問題？

進(jìn)電機(jī)啟動運(yùn)行時(shí)，有時(shí)動一下就不動了或原地來回動，運(yùn)行時(shí)有時(shí)還會失步，一般要考慮以下方面作檢查：

1）電機(jī)力矩是否足夠大，能否帶動負(fù)載，因此我們一般推薦用戶選型時(shí)要選用力矩比實(shí)際需要大50%~100%的電機(jī)，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)不能過負(fù)載運(yùn)行，哪怕是瞬間，都會造成失步，嚴(yán)重時(shí)停轉(zhuǎn)或不規(guī)則原地反復(fù)動。

2）上位控制器來的輸入走步脈沖的電流是否夠大（一般要>10mA ），以使光耦穩(wěn)定導(dǎo)通，輸入的頻率是否過高，導(dǎo)致接收不到，如果上位控制器的輸出電路是CMOS 電路，則也要選用 CMOS 輸入型的驅(qū)動器。

3）啟動頻率是否太高，在啟動程序上是否設(shè)置了加速過程，最好從電機(jī)規(guī)定的啟動頻率內(nèi)開始加速到設(shè)定頻率，哪怕加速時(shí)間很短，否則可能就不穩(wěn)定，甚至處于惰態(tài)。

4）電機(jī)未固定好時(shí)，有時(shí)會出現(xiàn)此狀況，則屬于正常。因?yàn)?，?shí)際上此時(shí)造成了電機(jī)的強(qiáng)烈共振而導(dǎo)致進(jìn)入失步狀態(tài)。電機(jī)必須固定好。

5）對于 5 相電機(jī)來說，相位接錯(cuò)，電機(jī)也不能工作。

8.我想通過通訊方式直接控制伺服電機(jī)，可以嗎？

可以的，也比較方便，只是速度問題，用于對響應(yīng)速度要求不太高的應(yīng)用。如果要求快速的響應(yīng)控制參數(shù)，最好用伺服運(yùn)動控制卡，一般它上面有DSP 和高速度的邏輯處理電路，以實(shí)現(xiàn)高速高精度的運(yùn)動控制。如 S 加速、多軸插補(bǔ)等。

9.用開關(guān)電源給步進(jìn)和直流電機(jī)系統(tǒng)供電好不好？

一般最好不要，特別是大力矩電機(jī)，除非選用比需要的功率大一倍以上的開關(guān)電源。因?yàn)椋姍C(jī)工作時(shí)是大電感型負(fù)載，會對電源端形成瞬間的高壓。而開關(guān)電源的過載性能不好，會保護(hù)關(guān)斷，且其精密的穩(wěn)壓性能又不需要，有時(shí)可能造成開關(guān)電源和驅(qū)動器的損壞?？梢杂贸Ｒ?guī)的環(huán)形或R 型變壓器變壓的直流電源。

10.用±10V或4~20mA的直流電壓來控制步進(jìn)電機(jī)，可以嗎？

可以，但需要另外的轉(zhuǎn)換模塊。

11.有一個(gè)的伺服電機(jī)帶編碼器反饋，可否用只帶測速機(jī)口的伺服驅(qū)動器控制？

可以，需要配一個(gè)編碼器轉(zhuǎn)測速機(jī)信號模塊。

12.伺服電機(jī)的碼盤部分可以拆開嗎？

禁止拆開，因?yàn)榇a盤內(nèi)的石英片很容易破裂，且進(jìn)入灰塵后，壽命和精度都將無法保證，需要專業(yè)人員檢修。

13.步進(jìn)和伺服電機(jī)可以拆開檢修或改裝嗎？

不要，最好讓廠家去做，拆開后沒有專業(yè)設(shè)備很難安裝回原樣，電機(jī)的轉(zhuǎn)定子間的間隙無保證。磁鋼材料的性能被破壞，甚至造成失磁，電機(jī)力矩大大下降。

14.伺服控制器能夠感知外部負(fù)載的變化嗎？

如遇到設(shè)定阻力時(shí)停止、返回或保持一定的推力跟進(jìn)。

15.可以將國產(chǎn)的驅(qū)動器或電機(jī)和國外優(yōu)質(zhì)的電機(jī)或驅(qū)動器配用嗎？

原則上是可以的，但要搞清楚電機(jī)的技術(shù)參數(shù)后才能配用，否則會大大降低應(yīng)有的效果，甚至影響長期運(yùn)行和壽命。最好向供應(yīng)商咨詢后再決定。

16.使用大于額定電壓值的直流電源電壓驅(qū)動電機(jī)安全嗎？

正常來說這不是問題，只要電機(jī)在所設(shè)定的速度和電流極限值內(nèi)運(yùn)行。因?yàn)殡姍C(jī)速度與電機(jī)線電壓成正比，因此選擇某種電源電壓不會引起過速，但可能發(fā)生驅(qū)動器等故障。

此外，必須保證電機(jī)符合驅(qū)動器的最小電感系數(shù)要求，而且還要確保所設(shè)定的電流極限值小于或等于電機(jī)的額定電流。

事實(shí)上，如果你能在你設(shè)計(jì)的裝置中讓電機(jī)跑地比較慢的話(低于額定電壓)，這是很好的。

以較低的電壓(因此比較低的速度)運(yùn)行會使得電刷運(yùn)轉(zhuǎn)反彈較少，而且電刷/換向器磨損較小，比較低的電流消耗和比較長的電機(jī)壽命。

另一方面，如果電機(jī)大小的性能的要求需要額外的轉(zhuǎn)矩及速度，過度驅(qū)動電機(jī)也是可以的，但會犧牲產(chǎn)品的使用壽命。

17.如何為應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)墓╇婋娫矗?/strong>