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如何正確選擇伺服電機和步進(jìn)電機

來源:上海絡(luò)虹機械科技有限公司   2010年07月21日 21:21   3004

1,如何正確選擇伺服電機和步進(jìn)電機? 
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)此以確定電機和配用驅(qū)動器或控制器的型號。 
2
,選擇步進(jìn)電機還是伺服電機系統(tǒng)? 
其實,選擇什么樣的電機應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用情況而定,各有其特點。請見下表,自然明白。 
 
步進(jìn)電機系統(tǒng)  伺服電機系統(tǒng) 
力矩范圍  中小力矩(一般在20Nm以下)  小中大,全范圍 
速度范圍  低(一般在2000RPM以下,大力矩電機小于1000RPM  高(可達(dá)5000RPM,直流伺服電機更可達(dá)1~2萬轉(zhuǎn)/ 
控制方式  主要是位置控制  多樣化智能化的控制方式,位置/轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩方式 
平滑性  低速時有振動(但用細(xì)分型驅(qū)動器則可明顯改善)  好,運行平滑 
精度  一般較低,細(xì)分型驅(qū)動時較高  高(具體要看反饋裝置的分辨率) 
矩頻特性  高速時,力矩下降快  力矩特性好,特性較硬 
過載特性  過載時會失步  3~10倍過載(短時) 
反饋方式  大多數(shù)為開環(huán)控制,也可接編碼器,防止失步  閉環(huán)方式,編碼器反饋 
編碼器類型  -  光電型旋轉(zhuǎn)編碼器(增量型/值型),旋轉(zhuǎn)變壓器型 
響應(yīng)速度  一般   
耐振動     一般(旋轉(zhuǎn)變壓器型可耐振動) 
溫升  運行溫度高  一般 
維護(hù)性  基本可以免維護(hù)  較好 
價格     
3
,如何配用步進(jìn)電機驅(qū)動器? 
根據(jù)電機的電流,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,可配用細(xì)分型驅(qū)動器。對于大轉(zhuǎn)矩電機,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)電機有何區(qū)別,如何選擇? 
2
相電機成本低,但在低速時的震動較大,高速時的力矩下降快。5相電機則振動較小,高速性能好,比2相電機的速度高30~50%,可在部分場合取代伺服電機。 
5
,何時選用直流伺服系統(tǒng),它和交流伺服有何區(qū)別? 
直流伺服電機分為有刷和無刷電機。
有刷電機成本低,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。電機免維護(hù),效率很高,運行溫度低,電磁輻射很小,長壽命,可用于各種環(huán)境。
交流伺服電機也是無刷電機,分為同步和異步電機,目前運動控制中一般都用同步電機,它的功率范圍大,可以做到很大的功率。大慣量,zui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)運行的應(yīng)用。 
6
,使用電機時要注意的問題? 
上電運行前要作如下檢查:
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,驅(qū)動控制器上的電機型號或電流設(shè)定值是否合適(開始時不要太大); 
2
)控制信號線接牢靠,工業(yè)現(xiàn)場要考慮屏蔽問題(如采用雙絞線); 
3
)不要開始時就把需要接的線全接上,只連成zui基本的系統(tǒng),運行良好后,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
)開始運行的半小時內(nèi)要密切觀察電機的狀態(tài),如運動是否正常,聲音和溫升情況,發(fā)現(xiàn)問題立即停機調(diào)整。 
7
,步進(jìn)電機啟動運行時,有時動一下就不動了或原地來回動,運行時有時還會失步,是什么問題? 
一般要考慮以下方面作檢查:
1
)電機力矩是否足夠大,能否帶動負(fù)載,因此我們一般推薦用戶選型時要選用力矩比實際需要大50%~100%的電機,因為步進(jìn)電機不能過負(fù)載運行,哪怕是瞬間,都會造成失步,嚴(yán)重時停轉(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,從電機規(guī)定的啟動頻率內(nèi)開始加速到設(shè)定頻率,哪怕加速時間很短,否則可能就不穩(wěn)定,甚至處于惰態(tài)。 
4
)電機未固定好時,有時會出現(xiàn)此狀況,則屬于正常。因為,實際上此時造成了電機的強烈共振而導(dǎo)致進(jìn)入失步狀態(tài)。電機必須固定好。
5
)對于5相電機來說,相位接錯,電機也不能工作。 
8
,  我想通過通訊方式直接控制伺服電機,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),用伺服運動控制卡,一般它上面有DSP和高速度的邏輯處理電路,以實現(xiàn)高速高精度的運動控制。如S加速、多軸插補等。
9
, 用開關(guān)電源給步進(jìn)和直流電機系統(tǒng)供電好不好? 
一般不要,特別是大力矩電機,除非選用比需要的功率大一倍以上的開關(guān)電源。因為,電機工作時是大電感型負(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
,我想用±10V4~20mA的直流電壓來控制步進(jìn)電機,可以嗎? 
可以,但需要另外的轉(zhuǎn)換模塊。 
11
,我有一個的伺服電機帶編碼器反饋,可否用只帶測速機口的伺服驅(qū)動器控制? 
可以,需要配一個編碼器轉(zhuǎn)測速機信號模塊。
12
  伺服電機的碼盤部分可以拆開嗎? 
禁止拆開,因為碼盤內(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)和伺服電機可以拆開檢修或改裝嗎? 
不要,讓廠家去做,拆開后沒有專業(yè)設(shè)備很難安裝回原樣,電機的轉(zhuǎn)定子間的間隙無法保證。磁鋼材料的性能被破壞,甚至造成失磁,電機力矩大大下降。 
14
,幾臺伺服電機可以作同步運行嗎? 
 
我們的產(chǎn)品是可以的。  
15
,伺服控制器能夠感知外部負(fù)載的變化嗎? 
 
我們的產(chǎn)品是可以的,如遇到設(shè)定阻力時停止、返回或保持一定的推力跟進(jìn)。 
16
,可以將國產(chǎn)的驅(qū)動器或電機和國外的電機或驅(qū)動器配用嗎? 
原則上是可以的,但要搞清楚電機的技術(shù)參數(shù)后才能配用,否則會大大降低應(yīng)有的效果,甚至影響長期運行和壽命。向供應(yīng)商咨詢后再決定。
17
,使用大于額定電壓值的直流電源電壓驅(qū)動電機安全嗎
正常來說這不是問題,只要電機在所設(shè)定的速度和電流極限值內(nèi)運行。因為電機速度與電機線電壓成正比,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。 此外必須保證電機符合驅(qū)動器的zui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的額定電流。 
事實上,如果你能在你設(shè)計的裝置中讓電機跑地比較慢的話 (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) 運行會使得電刷運轉(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壽命。 另一方面,如果電機大小的限制和性能的要求需要額外的轉(zhuǎn)矩及速度,過度驅(qū)動電機也是可以的,但會犧牲產(chǎn)品的使用壽命。 
18
, 我如何為我的應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)墓╇婋娫?/span>
推薦選擇電源電壓值比zui大所需的電壓高10%-50%。此百分比因Kt, Ke,以及系統(tǒng)內(nèi)的電壓降而不同。驅(qū)動器的電流值應(yīng)該足夠傳送應(yīng)用所需的能量。記住驅(qū)動器的輸出電壓值與供電電壓不同因此驅(qū)動器輸出電流也與輸入電流不相同。為確定合適的供電電流,需要計算此應(yīng)用所有的功率需求,再增加5%。按I = P/V公式計算即可得到所需電流值。
19
,對于伺服驅(qū)動器我可以選擇那種工作方式? 
請見下表(以下模式并不全部存在于所有型號的驅(qū)動器中)
開環(huán)模式  輸入命令電壓控制驅(qū)動器的輸出負(fù)載率。此模式用于無刷電機驅(qū)動器,和有刷電機驅(qū)動器的電壓模式相同。  
電壓模式  輸入命令電壓控制驅(qū)動器的輸出電壓。此模式用于有刷電機驅(qū)動器,和無刷電機驅(qū)動器的開環(huán)模式相同。 
電流模式力矩模式)  輸入命令電壓控制驅(qū)動器的輸出電流(力矩)。驅(qū)動器調(diào)整負(fù)載率以保持命令電流值。如果驅(qū)動器可以速度或位置環(huán)工作,一般都含有此模式。 
IR
補償模式  輸入命令控制電機速度。IR補償模式可用于控制無速度反饋裝置電機的速度。驅(qū)動器會調(diào)整負(fù)載率來補償輸出電流的變動。當(dāng)命令響應(yīng)為線性時,在力矩擾動情況下,此模式的精度就比不上閉環(huán)速度模式了。 
Hall
速度模式  輸入命令電壓控制電機速度。此模式利用電機上hall傳感器的頻率來形成速度閉環(huán)。 由于hall傳感器的低分辨率,此模式一般不用于低速運動應(yīng)用。 
編碼器速度模式  輸入命令電壓控制電機速度。此模式利用電機上編碼器脈沖的頻率來形成速度閉環(huán)。由于編碼器的高分辨率,此模式可用于各種速度的平滑運動控制。 
測速機模式  輸入命令電壓控制電機速度。此模式利用電機上模擬測速機來形成速度閉環(huán)。由于直流測速機的電壓為模擬連續(xù)性,此模式適合很高精度的速度控制。當(dāng)然,在低速情況下,它也容易受到干擾。 
模擬位置環(huán)模式(ANP 模式)  輸入命令電壓控制電機的轉(zhuǎn)動位置。這其實是一種在模擬裝置中提供位置反饋的變化的速度模式(如可調(diào)電位器、變壓器等)。在此模式下,電機速度正比于位置誤差。且具有更快速的響應(yīng)和更小的穩(wěn)態(tài)誤差。 
20
,驅(qū)動器和系統(tǒng)如何接地? 
a. 
如果在交流電源和驅(qū)動器直流總線(如變壓器)之間沒有隔離的話,不要將直流總線的非隔離端口或非隔離信號的地接大地,這可能會導(dǎo)致設(shè)備損壞和人員傷害。因為交流的公共電壓并不是對大地的,在直流總線地和大地之間可能會有很高的電壓。 
b. 
在多數(shù)伺服系統(tǒng)中,所有的公共地和大地在信號端是接在一起的。多種連接大地方式產(chǎn)生的地回路很容易受噪音影響而在不同的參考點上產(chǎn)生電流。
c. 
為了保持命令參考電壓的恒定,要將驅(qū)動器的信號地接到控制器的信號地。 它也會接到外部電源的地,這將影響到控制器和驅(qū)動器的工作(如:編碼器的5V電源)。 
d. 
屏蔽層接地是比較困難的,有幾種方法。正確的屏蔽接地處是在其電路內(nèi)部的參考電位點上。這個點取決于噪聲源和接收是否同時接地,或者浮空。要確保屏蔽層在同一個點接地使得地電流不會流過屏蔽層。
 
21
, 減速器為什么不能和電機正好相配在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩點
如果考慮到電機產(chǎn)生的經(jīng)過減速器的zui大連續(xù)轉(zhuǎn)矩,許多減速比會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過減速器的轉(zhuǎn)矩等級。 如果我們要設(shè)計每個減速器來匹配滿轉(zhuǎn)矩,減速器的內(nèi)部齒輪會有太多組合體積較大、材料多。 這樣會使得產(chǎn)品價格高,且違反了產(chǎn)品的“高性能、小體積”原則。
22
,我如何選擇使用行星減速器還是正齒輪減速器
行星減速器一般用于在有限的空間里需要較高的轉(zhuǎn)矩時,即小體積大轉(zhuǎn)矩,而且它的可靠性和壽命都比正齒輪減速器要好。正齒輪減速器則用于較低的電流消耗,低噪音和率低成本應(yīng)用。
部分伺服驅(qū)動器故障檢查方法參考
 
現(xiàn)象  可能原因  糾正方法 
示波器檢查驅(qū)動器的電流監(jiān)控輸出端時,發(fā)現(xiàn)它全為噪聲,無法讀出  電流監(jiān)控輸出端沒有與交流電源相隔離(變壓器)  可以用直流電壓表檢測觀察 
電機在一個方向上比另一個方向跑得快  無刷電機的相位搞錯  檢測或查出正確的相位 
 
在不用于測試時,測試/偏差開關(guān)打在測試位置  將測試/偏差開關(guān)打在偏差位置 
 
偏差電位器位置不正確  重新設(shè)定 
電機失速  速度反饋的極性搞錯  可以嘗試以下方法:
1.    
如果可能,將位置反饋極性開關(guān)打到另一位置。(某些驅(qū)動器上可以)
2.    
如使用測速機,將驅(qū)動器上的TACH+TACH-對調(diào)接入。
3. 
如使用編碼器,將驅(qū)動器上的ENC AENC B對調(diào)接入。
4.  
如在HALL速度模式下,將驅(qū)動器上的HALL-1HALL-3對調(diào),再將Motor-AMotor-B對調(diào)接好。 
 
編碼器速度反饋時,編碼器電源失電  檢查連接5V編碼器電源。確保該電源能提供足夠的電流。如使用外部電源,確保該電壓是對驅(qū)動器信號地的。 
LED
燈是綠的,但是電機不動  一個或多個方向的電機禁止動作  檢查+INHIBIT  INHIBIT 端口  
 
命令信號不是對驅(qū)動器信號地的  將命令信號地和驅(qū)動器信號地相連 
上電后,驅(qū)動器的LED燈不亮  供電電壓太低,小于zui小電壓值要求  檢查并提高供電電壓 
當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時, LED燈閃爍  HALL相位錯誤  檢查電機相位設(shè)定開關(guān)(60°/120°是否正確。 多數(shù)無刷電機都是120°相差。 
 HALL
傳感器故障  當(dāng)電機轉(zhuǎn)動時檢測Hall A, Hall B, Hall C的電壓。電壓值應(yīng)該在5VDC0之間。 
LED
燈始終保持紅色  存在故障  原因過壓、欠壓、短路、過熱、驅(qū)動器禁止、HALL無效 
23
 何為負(fù)載率(duty cycle)? 
負(fù)載率(duty cycle)是指電機在每個工作周期內(nèi)的工作時間/(工作時間+非工作時間)的比率。如果負(fù)載率低,就允許電機以3倍連續(xù)電流短時間運行,從而比額定連續(xù)運行時產(chǎn)生更大的力量。
24
,標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動電路可以用于直線電機嗎? 
一般都是可以的。你可以把直線電機就當(dāng)作旋轉(zhuǎn)電機,如直線步進(jìn)電機、有刷、無刷和交流直線電機。具體請向供應(yīng)商咨詢。
25
,直線電機是否可以垂直安裝,做上下運動? 
可以。根據(jù)用戶的要求,垂直安裝時我們可以加裝動子滑塊平衡裝置或加裝導(dǎo)軌抱閘剎車。
26
,在同一個平臺上可以安裝多個動子嗎? 
可以。只要幾個動子之間不互相妨礙即可。
27
,是否可以將多個無刷電機的動子線圈安裝于同一個磁軌道上? 
可以。只要幾個動子之間不互相妨礙即可。
28
,AMS的直線電機是否可以用于特殊環(huán)境,如水濺、真空、潔凈室、輻射等環(huán)境? 
可以提供。具體請與我們。
29
,使用直線電機比滾珠絲桿的線性電機有何優(yōu)點? 
由于定子和動子之間沒有機械連接,所以消除了背隙、磨損、卡死問題,運動更加平滑。突出了更高精度、高速度、高加速度、響應(yīng)快、運動平滑、控制精度高、可靠性好體積緊湊、外形高度低、長壽命、免維護(hù)等特點。
30
,你們的滑臺可以做多個組合一起使用嗎? 
是的??梢越M合為XY, XZ, YZ, XYZ及其它靈活組合。 

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