如何使用伺服电机分析和排除 如何维护伺服电机控制器轴承过热的原因

        数控机床上使用的伺服驱动器，大多是专用的直流伺服电动机，如改进型直流电动机、小惯量直流电动机，永磁式直流伺服电动机、无刷直流电动机等。自20世纪so年代中期以来，以交流异步电动机和永磁同步电动机为基础的交流进给驱动得,到了迅速的发展，它是机床进给驱动发展的一个方向。由于数控机床对伺服系统提出了严格的技术要求，伺服电机驱动器也对其自身的执行机构——电动机提出了严格的要求。1 )电动机应能承受频繁启动、制动和反转。2 )电动机应具有大的较长时间的过载能力，以满足低速大转矩的要求。 一般直流伺服电动机要求在数分钟内过载4—6倍而不损坏。3 )从zui低速到zui高速电动机都能干稳运转，转矩波动小，尤其在低速(如o.1r/min)或更低速时，仍有平稳的速度而无爬行现象。4 )为满足快速响应的要求，伺服驱动器应有较小的转动惯量和大的堵转转矩，并具有尽可能小的时间常数和启动电压。电动机应具有耐受4000rad/s2以上角加速度的能力，才能保证电动机可在0.2s以内从静止启动到额定转速。

        伺服电机的选型及故障处理、 一、伺服电机原理 伺服电机(servomotor)是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机。伺服电机可以控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。“伺服”一词源于希腊语“奴隶”的意思，“伺服电机”可以理解为绝对服从控制信号指挥的电机：在控制信号发出之前，转子静止不动，当控制信号发出时，转子立即转动；当控制信号消失时，转子能即时停转。因此伺服电机指的是随时跟随命令进行动作的一种电机，是以其工作性质命名的。伺服主要靠脉冲来定位，伺服电机接收到一个脉冲就会旋转一个脉冲对应的角度，从而实现位移。伺服本身带有编码器，具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，就会发出对应数量的脉冲。等于是把电机旋转的详细信息反馈回去，形成闭环。这样的话，系统就会知道发了多少脉冲给电机，同时又收了多少脉冲回来，这样就能很精准的控制电机的转动，实现非常精准的定位。 二、伺服电机分类 1、直流伺服 结构简单控制容易。但从实际运行考虑，直流伺服电动机引入了机械换向装置，成本高，故障多，维护困难，经常因碳刷产生的火花影响生产，会产生电磁干扰。而且碳刷需要维护更换。机械换向器的换向能力，也限制了电动机的容量和速度。交流伺服 分为永磁同步伺服电机和异步伺服电机。目前运动控制基本都用同步电机。永磁同步伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。特点如下： 1、控制速度非常快，从启动到额定转速只需几毫秒；而相同情况下异步电机却需要几秒钟。 2、启动扭矩大，可以带动大惯量的物体进行运动。 l 3、功率密度大，相同功率范围下相比异步电机可以把体积做得更小、重量做得更轻。 4、运行效率高。 l 5、可支持低速长时间运行。 l 6、断电无自转现象，可快速控制停止动作。 7、控制和响应性能比异步伺服电机高很多。

        直线电机容易改变形状的特点可以使采用线性直线机构的各种装置实现小型化和轻量化。7.一体化和集成化 电动机、反馈、控制、驱动、通讯的纵向一体化成为当前小功率伺服系统的一个发展方向。有时我们称这种集成了驱动和通讯的电机叫智能化电机(SmartMotor)，有时我们把集成了运动控制和通讯的驱动器叫伺服电机控制器。电机、驱动和控制的集成使三者从设计、制造到运行、维护都更紧密地融为一体。但是这种方式面临更大的技术挑战(如可靠性)和工程师使用习惯的挑战，因此很难成为主流，在整个伺服市场中是一个很小的有特色的部分。8.通用化 通用型驱动器配置有大量的参数和丰富的菜单功能，便于用户在不改变硬件配置的条件下,方便地设置成V/F控制、无速度传感器开环矢量控制、闭环磁通矢量控制、永磁无刷交流伺服电动机控制及再生单元等五种工作方式控制工程网版权所有，适用于各种场合，可以驱动不同类型的电机，比如异步电机、交流伺服电机、无刷直流电机、步进电机，也可以适应不同的传感器类型甚至无位置传感器。可以使用电机本身配置的反馈构成半闭环控制系统，也可以通过接口与外部的位置或速度或力矩传感器构成高精度全闭环控制系统。9.从故障诊断到预测性维护 随着机器安全标准的不断发展，传统的故障诊断和保护技术(问题发生的时候判断原因并采取措施避免故障扩大化)已经落伍，最新的产品嵌入了预测性维护技术，使得人们可以通过Internet及时了解重要技术参数的动态趋势，并采取预防性措施。比如：关注电流的升高，负载变化时评估尖峰电流，外壳或铁芯温度升高时监视温度传感器，以及对电流波形发生的任何畸变保持警惕。10.小型化和大型化 无论是永磁无刷伺服电机还是步进电机都积极向更小的尺寸发展，比如20，28，35mm外径;同时也在发展更大功率和尺寸的机种，已经看到500KW永磁伺服电机的出现。体现了向两极化发展的倾向。

        伺服电机采用恒流驱动技术，并在静态和低速下，电流会维持恒定，以保持恒力矩输出。速度高到一定程度，电机内部反电势升高，电流将逐步下降，力矩也会下降。因此，因铜损带来的发热情况就与速度相关了。静态和低速时一般发热高，高速时发热低。但是铁损变化的情况却不尽然，而电机整个的发热是二者之和。　　直流伺服电机,它包括定子、转子铁芯、电机转轴、伺服电机绕组换向器、伺服电机绕组、测速电机绕组、测速电机换向器,所述的转子铁芯由矽钢冲片叠压固定在电机转轴上构成。直流电机有着良好精确的速度控制特征不说，还有可以再整个速度区内实现平滑控制，几乎没有任何振荡，高效率，不发热。伺服电机可分为交流和直流,交流伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度.　　控制精度不同，交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。　　然而交流电机的特性是比较软，当达到额定力矩后，如果负载力矩增加，就很容易造成突然的失速。但是直流电动机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能。 交流电机虽然没有碳刷及整流子，免维护、坚固、应用广，但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。现今半导体发展迅速功率组件切换频率加快许多，提升驱动电机的性能。　　　通常各类伺服电机，内部都是有铁芯和绕组线圈的。绕组有电阻，通电会产生损耗，损耗大小与电阻和电流的平方成正比，这就是我们常说的铜损，如果电流不是标准的直流或正弦波，还会产生谐波损耗；铁心有磁滞涡流效应，在交变磁场中也会产生损耗，其大小与材料，电流，频率，电压有关，这叫铁损。 铜损和铁损都会以发热的形式表现出来，从而影响电机的效率。伺服电机厂家">伺服电机厂家一般追求定位精度和力矩输出，效率比较低，电流一般比较大，且谐波成分高，电流交变的频率也随转速而变化，因而步进电机普遍存在发热情况，且情况比一般交流电机严重。　　因此，在微处理机和专用的芯片的速度亦越来越快条件下，直流电动机将在国内和国外的各个市场将有更大的快速发展。

关键词:如何使用伺服电机分析和排除,如何维护伺服电机控制器轴承过热的原因.

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