伺服电机应用及维护

伺服电机应用及检测与维护

服务部杨晓斌

2011-5-22目录一.伺服电机的概念二.永磁同步电机的结构形式三.永磁同步电机的旋转、启动原理四.伺服电机的冷却方式和绝缘等级五.汇川伺服电机介绍六.伺服电机安装使用注意事项七.伺服电机日常监测和维护

按照“伺服”的概念，伺服电机并非单指某一类型的电机，只要是在伺服控制系统中能够满足任务所要求的精度、快速响应性以及抗干扰性，就可以称之为伺服电机。通常，控制电机为能够达到伺服控制的性能要求，都需要具有位置/速度检测部件。伺服电机可以是直流电机、永磁同步电机，也可以是步进电机，当然还可以是直线电机，但是通常所说的伺服电机多半指的是永磁同步电机。永磁同步伺服电机的运行原理与直流电机非常类似，永磁同步伺服电机采用电子整流取代传统直流电机的机械式整流，从而消除了电刷、换向片的机械损耗和电流限制。永磁同步电机的永磁体是在转子上，而绕组是在定子上的，这正好和传统的直流电机相反。⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。⑵定子绕组散热比较方便。⑶惯量小，易于提高系统的快速性。⑷适应于高速大力矩工作状态。⑸同功率下有较小的体积和重量。一.伺服电机的概念与电励磁的同步电机不同，永磁同步电机采用高磁能积、高内禀矫顽力的铷铁硼Nd2Fe14B永磁材料制造成特定的形状，在电机的定子或转子形成气隙磁场。永磁同步电机的分类方法比较多：按工作主磁场方向的不同，可分为径向磁场式和轴向磁场式；按电枢绕组位置的不同，可分为常规式和外转子式；按转子上有无起动绕组，可分为异步起动永磁同步电机和调速永磁同步电机；按供电电流波形的不同，可分为矩形波永磁同步电机和正弦波永磁同步电机。永磁同步电机的结构形式一般就是指转子结构形式，转子结构是永磁同步电机的关键和核心。根据永磁体在转子上位置的不同，现在普遍使用的转子磁路结构一般有2种：表面式和内埋式。二.永磁同步电机的结构形式表面式转子磁路结构中，永磁体通常呈瓦片形，位于转子铁芯的外表面上，提供磁路的方向径向，且永磁体外表面与定子铁芯内圆之间一般套以起保护作用的非磁性圆筒，或在永磁磁极表面包以无纬玻璃丝带作保护层。表面式转子磁路结构又分为凸出式和插入式两种。二.永磁同步电机的结构形式内埋式转子磁路结构的永磁体位于转子内部，永磁体表面与定子铁芯内圆之间有铁磁材料制成的极靴，极靴中可以放置铜条笼或铸铝笼，起阻尼或起动作用，动、稳态性能好，广泛用于要求有自起动能力或动态性能高的永磁同步电机。在该结构中，永磁体受到极靴的保护，其转子磁路结构的不对称所产生的的磁阻转矩也有助于提高电机的过载能力和功率密度，而且易于弱磁扩速。内埋式转子磁路结构又可以分为径向式、切向式和混合式3种。二.永磁同步电机的结构形式三.永磁同步电机的旋转、启动原理1—定子绕组等效磁极2—定子铁心3—转子铁心4—转子磁极电机的定子电枢绕组在三相正弦交流电流的作用下之下，在定转子之间的气隙中所产生一个合成的旋转磁场。转子磁场在“同性相斥、异性相吸”的受力过程中，必然会跟着定子等效磁场一起旋转起来。实际上，一台永磁同步电机的结构不论有多么复杂，都可以用这个物理模型来描述。

n=60f/p

其中：n（r/min）电机同步转速f（Hz）电机旋转磁场频率p电机转子磁极对数三.永磁同步电机的旋转、启动原理同步电机的启动问题：

同步电机不同于异步电机，是不能实现自启动的（即接入380V电网，不能自行启动）。为什么呢？当同步电机直接接入50HZ的工频电网时，定子线圈产生旋转磁场，其磁场的转速为60f/p.由于是同步电机，此时永磁转子总是企图跟随定子磁场同步旋转，但是由于转子的惯量和负载惯量总是企图阻止转子旋转，因此，高速的定子磁场总是当转子准备要旋转的时候，掠过了转子磁场表面。马达不能启动，而处于交替磁场的变化中，表现出振动现象。因此，同步电机的启动和同步成为人们思考的问题？？？启动办法：

1：主机拖入同步，甩离主机同步运行

简述：用一台原动机，拖动同步电机轴旋转，当接近同步转速时，利用离心开关接通50HZ工频，同步电机开始运行。三.永磁同步电机的旋转、启动原理2：异步启动同步运行简述：在同步电机的转子上的永磁体内圆，另外铸造一个笼型转子。这样，投入工频电源时，由于异步鼠笼的作用，做异步旋转。当接近同步转速时，被自然牵入同步运行。缺点：有异步附加转矩。3：变频启动同步运行简述：采用VF型变频器，利用N=60F/P.用变频从0速慢慢往上提升频率，以便等待转子克服转子惯量和负载惯量。缺点：VF型本意是控制磁通，而同步机并不需要控制磁通，因此，VF仅仅可以调速而已，但没有低频力矩特性4：闭环矢量控制

通过编码器检测转子磁极位置，转子磁场定向矢量控制。三.永磁同步电机的旋转、启动原理4：闭环矢量控制---电机转子初始位置的确定

与转子同轴的复合式光电码盘，除输出A、B、Z基本信号外，还输出U、V、W位置信号。在电机初始上电时，由U、V、W状态可以判定电机所处电角度的相应区间。

系统得到启动指令后，通过I/O读入编码器的UVW信号，判断当前转子处于哪个电角度区间（扇区），再给出该扇区的角平分线对应的固定定子电流矢量，产生转矩，拉动转子到这个位置。此过程称为转子的初始定位。在初始位置搜索过程中，可以发现电机有微振现象。对于极对数为P的电机，初始定位中最大转子振动幅度是物理角度30°/P。譬如8极电机，初始定位中最大转子振动幅度是物理角度7.5°。四.伺服电机冷却方式和绝缘等级1.冷却方式：自然冷却（一般体积最大）

强制风冷（同功率降低体积、额外噪声源、风扇）

强制液冷（很高功率密度、降低体积和成本、应用范围较窄、工艺相对复杂）2.电机绝缘等级---指所用绝缘材料的耐热等级

Y---90℃A---105℃E---120℃

B---130℃F---155℃H---180℃电机绝缘材料遵循“八度原则”：每超过容许极限温度8度，寿命减半！五.汇川伺服电机介绍

1.高性能永磁同步伺服电机

ISMVISMH油封降低输出扭矩额定值：80～95%过载倍数：3倍（瞬时）五.汇川伺服电机介绍

2.通用交流伺服电机

（ISMG）注塑、油压机弯箍、校直设备钢板剪切弹簧绕制风冷/自然冷旋变/光电五.汇川伺服电机介绍

3.直驱伺服电机

（ISMD）电梯、注塑机电动门ABZ光电编码器塑料挤出、吹瓶、吹膜光电/旋变水冷五.汇川伺服电机介绍

ISMD（直驱）例:ISMD1-3E0120D-R141X转速转矩特性图五.汇川伺服电机介绍

4.ISMG电机结构部件五.汇川伺服电机介绍

5.拆卸维修ISMG电机步骤（无风罩电机）1.拆下接线盒中各端子连接线.2.拆下挡板四个固定螺丝,取出档板.3.拆下编码器固定螺丝,用M5螺丝从后端顶出编码器.（注,不能强行拉出编码器,易损坏编码器内部码盘）.4.拆下后端盖螺丝,用胶棒轻轻搞出后端盖.5.用专用治具套在转子上,将整个转子边前端盖一起取出.6.拆下轴承档圈,取出前端盖.7.取出前后轴承.六.伺服电机安装使用注意事项

1.交流伺服电机的油水保护A：伺服电机可以用在会受水或油滴侵袭的场所，但是它不是全防水或防油的。因此，伺服电机不应当放置或使用在水中或油侵的环境中。B：如果伺服电机连接到一个减速齿轮，使用伺服电机时应当加油封，以防止减速齿轮的油进入伺服电机。

C：伺服电机的电缆不要浸没在油或水中。六.伺服电机安装使用注意事项

2.伺服电机电缆→减轻应力A：确保电缆不因外部弯曲力或自身重量而受到力矩或垂直负荷，尤其是在电缆出口处或连接处。B：在伺服电机移动的情况下，应把电缆（就是随电机配置的那根）牢固地固定到一个静止的部分（相对电机），并且应当用一个装在电缆支座里的附加电缆来延长它，这样弯曲应力可以减到最小。C：电缆的弯头半径做到尽可能大。六.伺服电机安装使用注意事项

3.伺服电机允许的轴端负载A：确保在安装和运转时加到伺服电机轴上的径向和轴向负载控制在每种型号的规定值以内。B：在安装一个刚性联轴器时要格外小心，特别是过度的弯曲负载