浅议伺服电机的安装与调试

浅议伺服电机的安装与调试

吴平  张朋朋

山东奥太电气有限公司  山东省济南市 250000

摘要：伺服电机是一种在工业生产、过程自动化、建筑施工等领域中广泛使用的变速传动装置。尽管伺服电机并不是一种特别的马达，但是它的用途和设计都是为了满足高精度定位、快速换向以及特殊性能的要求。本文介绍了伺服电机的概念、伺服电机的类型以及相关的安装与调试方法，以期对有关技术人员有所帮助。

关键词：伺服电机；安装；调试；控制

1.伺服电机概述

伺服电机是一种用于闭环定位的直线或转动执行器，能迅速、精确地完成定位。伺服电机不像大型的工业电机，它不能进行持续的能量转化。由于其惯性低，伺服电机的速度快，且采用了较小的长转子。其工作原理为一种利用位置反馈控制马达转速及最后位置的伺服装置。从内部看，伺服电机包含反馈电路，控制器及其他电子电路。该系统通过编码器或转速传感器来实现转速和定位。这个反馈信号与一个输入指令位置（对应于负载的电机需要的位置）进行比较，并且如果二者有差别，则产生一个误差信号。故障探测器输出的故障信号不足以驱动电机。这样，在误差检测器之后，伺服放大器就会把误差讯号的电压及能量等级提高，再把电机的主轴调至期望的位置。

2.伺服电机类型

按其应用场合，伺服电机有多种类型，如：交流、直流这两种伺服电机。在对伺服电机进行评价时，有三个重要的考量。首先，依据它们的电流种类-交流或直流，第二，采用的换向方式，电动机是否采用电刷，最后，电机的转动范围，也就是，转子是不是同步或异步转动。根据电动机所用的电流，最基础的是交流和直流。从性能上来说，交流电动机与直流电动机最大的不同就是其内在的转速控制。在直流电动机中，转速直接与在一定负荷下的供电电压成比例。在交流电动机中，转速取决于所加的电压和所加的磁极数量。尽管交流电动机和直流电动机均被用于伺服系统，但是交流电动机能够经受较高的电流，因此在机器人、在线制造以及其他要求高重复和精确的场合中使用。接下来的步骤就是有刷或无刷。直流伺服电动机的换向器和电刷是机械的，也可以是电子的。一般情况下，有刷电机更便宜，操作更容易，而无刷设计则更可靠、更高效。整流器是一种能够周期性地改变转子与传动回路间的电流方向的转动电子开关。该系统包括一个圆柱形的转子和若干金属的接触部分。两个或多个被称作“电刷”的电触头，用诸如碳之类的柔软导电材料，按在整流器上，并在转动时与整流器的各个部件产生滑动接触。尽管目前大部分的伺服电动机采用的是交流无刷电动机，但是由于其结构简单、价格低廉，常被作为伺服电机的应用。在伺服系统中，最常用的就是永磁体。无刷直流电动机是一种以电子形式代替传统的电刷和换向器的换向装置，一般采用霍尔效应传感器或编码器。交流电动机一般采用无刷，但是也有像通用电动机那样能使用交流或直流电。

最后要考虑的是，在伺服电机中，采用的是同步和非同步的转动场。尽管一般的直流电动机有无刷电动机和无刷电动机，但是它们的不同之处是它们的同步或异步转速。在交流电动机中，转速取决于供电电压的频率和磁极的数量。这个速率叫做同步速率。所以，在同步电动机中，转子的转动速度和定子的转动磁场是一样的。但是，在一般称作感应电机的异步电机中，转子的转速比定子的转动磁场要低。但是，有一些控制方式可以改变异步电机的转速，比如改变磁极的数量和频率。

直流伺服电机是由直流电机，位置传感器，齿轮组件，以及控制线路组成。理想的直流电动机转速依赖于所施加的电压。为了控制电机的转速，电位仪输出一个电压，它是一个错误放大器的输入端。在一些电路中，采用了一个控制脉冲来生成一个直流基准电压，该基准电压与电动机所要求的位置和转速一致，并被应用到一个PWM变流器上。该脉冲的长度决定了该误差放大器的电压，该电压是为了生成期望的速度或位置而需要的。在数字式控制中，采用PLC或其他的动作控制器来产生工作周期的脉冲，从而实现更准确地控制。反馈信号传感器一般是一种由传动装置产生的电压，该电压相当于电机的轴线的绝对角。在此基础上，对误差比较器的输出端施加一个反馈电压。放大器把由电位仪反馈的电机的当前位置的电压与期望的电机位置相比较，从而生成一个正或负的电压。这个错误的电压被加到了电机的电枢。当误差增大时，对电动机电枢的输出电压也会随之增大。当有错误时，比较放大器放大了错误的电压，并提供给电枢。电机转动直至误差为0为止。

如果误差是负值的，电枢的电压就会倒转，所以电枢就会倒转。本文介绍了一种基于异步、同步两种交流伺服电动机的工作原理。交流同步电动机是由定、转两部分构成的。定子是一个圆筒形的机架，一个是定子铁心。电枢线圈是绕在铁心上的，与电线连接，由电线供给电动机。转子由永磁铁构成.不像异步感应式转子，它是通过电磁场来产生的，所以这种电动机叫做无刷电动机。在定子磁场被电压激发时，转子在定子的磁场中保持一定的转速，或者与定子的励磁磁场保持一致，这就是同步式的产生。由于永磁转子不需要转子的电流，所以在电机的定子磁场被切断和停止时，转子就会停下来。因为没有转子的电流，所以这种马达的工作效率更高。

3.伺服电机的安装与调试

在安装伺服电机前，首先要明白其理由及用途。只有当接到指令时，伺服马达才能持续工作。这明显是一个节约能源的设备，节约了将近70%的能量。不但如此，伺服电机还能更好地控制流程，并且由于其可以对速度进行控制，使得整个装置工作起来更为顺畅。

首先，我们得把工具都搜集起来。在没有理解和计划所需要的工具和装备的情况下，整个安装过程将会多花一个小时。在开始工作前，理解和搜集这些工具是很有必要的。一种可以调节的扳手，用于旋紧或松脱螺钉。一种带有楔形平头的平头改锥，主要用来旋紧或松动带有直线槽的头部螺栓。一支星形改锥，能保证螺钉的正确性。一把六角的扳手，内六角扳手可与六角头配合使用。这是一个用六角工具在头上驱动螺栓和螺丝的简易设备。锤子和小锤子可以帮助拆除难啃的螺帽和螺钉。将伺服马达移出包装，并将散乱的碎片收集起来。从V型滑轮或传动装置中选取传动装置。把滑轮置于伺服系统，并调整它与指定的螺帽相匹配。请别将滑轮的盖板拧得过紧，这样会长期影响到日后的调节。找出螺钉，把它装进机床左边的洞里。请确定密封垫是牢固的，并且螺栓是正确的。在螺帽上旋紧后，将引擎置于螺钉凹槽中。第三根螺栓必须安装在支架的另一面，并应使用垫圈，螺栓和螺帽。用手指将螺帽旋紧，可以帮助下一步的工作。同时，马达的安装位置要与传送带成比例。这一步的结果就是三个固定螺帽都要用手工旋紧。在安装过程中，电动机的位置要与带槽的槽口保持同步，持续改善位置直至与滑轮对准，以适当的方法将螺栓紧固。它可以调节到最适合的地方，把它固定在带子的凹槽上。若皮带松动，则转动电机，调整拉力；如果皮带过紧，就把电机往前推。最后，把皮带套在一条线上，用适当的装置把连接螺栓和电机上的控制杆连接起来。反复检查数遍，确认其定位准确，并保证电机转速的控制。

4.结语

在当今运动领域，使用伺服电机是一种很好的选择。另外，与过去几年相比，伺服电机的成本更低，选择、安装和操作也更容易。正确地安装与调试伺服电机，对推动工业发展具有重要意义。

参考文献：

[1]黄依婷,房钰超,王云冲,史丹,陈毅东,沈建新.永磁同步电机伺服控制(连载之二)模糊逻辑速度控制[J].微电机,2022,55(09):1-6+11.

[2]刘增光,雷向雳,李林飞,刘超,任禄.伺服电机响应速度对EHA位置控制性能影响的研究[J].液压气动与密封,2022,42(09):41-46.

[3]刘浩然.基于集成化伺服电机的磁力齿轮设计优化[D].冶金自动化研究设计院,2022.