伺服电机应用及维护资料课件.ppt

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。无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。定子绕组散热比较方便。惯量小，易于提高系统的快速性。适应于高速大力矩工作状态。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,ISMV,ISMH,油封降低输出扭矩额定值：8095%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可能导致轴端和轴承的损坏或磨损 C：最好用柔性联轴器，以便使径向负载低于允许值，此物是专为高机械强度的伺服电机设计的。 D：关于允许轴负载，请参阅“允许的轴负荷表”（使用说明书）。 4、伺服电机安装注意 A：在安装/拆卸耦合部件到伺服电机轴端时，不要用锤子直接敲打轴端。（锤子直接敲打轴端，伺服电机轴另一端的编码器要被敲坏） B：竭力使轴端对齐到最佳状态（对不好可能导致振动或轴承损坏）。,七.伺服电机日常监测和维护,1.电机试运行前的检测 1）检查伺服电机，确保没有外部损伤 2）检查伺服电机固定部件，确保连接紧固 3）检查伺服电机轴，确保旋转流畅（带油封伺服电机轴偏紧是正常 状态） 4）检查伺服电机编码器连接器以及电源连接器，确保接线正确并且连接紧固 5）安装环境是否良好。散热条件、灰尘，油污，水等其它因素对电机是否有影响。,七.伺服电机日常监测和维护,2.试运行检测 1）空载点动试运行，确保电机运行正常，无异音及其它不良现象。 2）负载运行前，确保机械连接可靠，（使用带制动器伺服电机时，在确认制动器动作前，请预先实施防止机械自然掉落或因外力引起的振协等措施。）并确认伺服电机的动作和制动器动作正常工作。 3）确认伺服电机的运行是否满足机械的动作规格。 4）确保为防止操作中发生异常，紧急停止装置是否正确有效。 注：误操作不但可能会损坏机械装置，而且还会导致人身伤害事故！,七.伺服电机日常监测和维护,3.电机运行的检测 1）运行方向是否正确。 2）控制是否恰当。 3）电机运行时是否有异音抖动等不良现象。 4）用驱动器监测，电压、电流、反电势等是否正常。 5）检查电机运行温升是否正常。,七.伺服电机日常监测和维护,4.常见故障的判断和维修方法1）电机不起动 电源未接通？ 电机内部卡死？ 编码器信号线未接通？ 过载堵转？ 选型不对？ 驱动器设置不正确？ 驱动器故障？ ,七.伺服电机日常监测和维护,4.常见故障的判断和维修方法2）电机带不动负载（通常报ER620,电机过载） 确定所带负载是否在有超载？ 确定驱动器各项参数是否合理？（如H0a 04 06电机过载保护增益及电流降低额定值等其它参数） 确定UVW输出是否接错或缺相？ 确定内部线圈是否有烧毁？（如果有烧的痕迹，请停止使用电机） 确定电机空载在额定转速下，反电势是否正常？（即转子是否消磁，如反电势较低，则电机转子磁缸已退磁，需更换转子）,七.伺服电机日常监测和维护,4.常见故障的判断和维修方法3）电机发生异响 机械安装不良：电机螺丝松动、联轴器轴心未对准、联轴器失去平衡 轴承内异响：检查轴承附近声音和振动状况 信号干扰：输入信号线规格不符合（芯0.12的双绞屏蔽线) 输入信号线长度不符合（3M，阻抗100欧以下） 编码器信号受到干扰：规格不对 （芯0.12的双绞屏蔽线) 长度不符合（20m以下） 线破损 编码器受到过大振动和冲击 编码器故障(如掉信号,对地短路开路等) 接地状况(连接设备地线,以免信号线分流) 电磁方面：电机过载运行； 三相电流不平衡； 缺相；,七.伺服电机日常监测和维护,4.常见故障的判断和维修方法4）电机过热 环境温度过高？ 表面不干净？ 过载？ 缺相？ 电源谐波过大？ 风扇不转？ 低速长时间运行？ 外部散热空间不够？,七.伺服电机日常监测和维护,4.常见故障的判断和维修方法5）电机为什么会产生轴电流？ 电机的轴-轴承座-底座回路中的电流称为轴电流。 产生的原因：（1）磁场不对称； （2）供电电流中有谐波； （3）制造、安装不好，转子偏心造成气隙不匀； （4）可拆式定子铁心两个半圆间有缝隙； （5）有扇形叠成的定子铁心的拼片数目选择不合适。轴电流危害：使电机轴承表面或滚珠受到侵蚀，形程点状微孔，使轴承 运转性能恶化，摩擦损耗和发热增加，最终造成轴承烧毁。 预防轴电流：1）消除脉动磁通和电源谐波（如在驱动器输出侧加装交流 电抗器）； 2）电机设计时，将滑动轴承的轴承座和底座绝缘，滚动轴 承的外圈和端盖绝缘。,七.伺服电机日常监测和维护,5.日常例行检查与维护由于AC伺服电机不带电刷,因此只需进行日常的简单检查即可。如下表:,携手风雨同舟，共创美好未来,