第5 章特殊电动机及其控制线路

1、第第 章章 特殊电动机及其控制线路特殊电动机及其控制线路 . 伺服电动机及其控制线路常见故障排查伺服电动机及其控制线路常见故障排查 . 步进电动机及其控制线路常见故障排查步进电动机及其控制线路常见故障排查 返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 5.1.1 直流伺服电动机直流伺服电动机 1. 结构结构 直流伺服电动机结构和原理与普通直流电动机的结构和原理没有根本直流伺服电动机结构和原理与普通直流电动机的结构和原理没有根本 区别。区别。 按照励磁方式的不同按照励磁方式的不同,直流伺服电动机分为永磁式直流伺服电动机和直流伺服电动机分为永磁式直流伺服电动机和

2、 电磁式直流伺服电动机。永磁式直流伺服电动机的磁极由永久磁铁制电磁式直流伺服电动机。永磁式直流伺服电动机的磁极由永久磁铁制 成成,不需要励磁绕组和励磁电源。电磁式直流伺服电动机一般采用他不需要励磁绕组和励磁电源。电磁式直流伺服电动机一般采用他 励结构励结构,磁极由励磁绕组构成磁极由励磁绕组构成,通过单独的励磁电源供电。通过单独的励磁电源供电。 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 按照转子结构的不同按照转子结构的不同,直流伺服电动机分为空心杯形转子直流伺服电直流伺服电动机分为空心杯形转子直流伺服电 动机和无槽电枢直流伺服电动机。空心杯形转子直流

3、伺服电动机如图动机和无槽电枢直流伺服电动机。空心杯形转子直流伺服电动机如图 5.1所示所示,由于其力能指标较低由于其力能指标较低,现在已很少采用。无槽电枢直流伺服电现在已很少采用。无槽电枢直流伺服电 动机如图动机如图5.2所示所示,其转子是直径较小的细长圆柱铁芯其转子是直径较小的细长圆柱铁芯,通过耐热树脂将通过耐热树脂将 电枢绕组固定在铁芯上电枢绕组固定在铁芯上,具有散热好、力能指标高、快速性好的特点。具有散热好、力能指标高、快速性好的特点。 2. 控制方式、工作原理及特性控制方式、工作原理及特性 直流伺服电动机的控制方式有两种直流伺服电动机的控制方式有两种:一种称为电枢控制一种称为电枢控制,

4、通过在电动机通过在电动机 的励磁绕组上加上恒压励磁的励磁绕组上加上恒压励磁,将控制电压作用于电枢绕组来进行控制将控制电压作用于电枢绕组来进行控制; 一种称为磁场控制一种称为磁场控制,通过在电动机的电枢绕组上施加恒压通过在电动机的电枢绕组上施加恒压,将控制电压将控制电压 作用于励磁绕组来进行控制。作用于励磁绕组来进行控制。 由于电枢控制的特性好由于电枢控制的特性好,回路电感小回路电感小,响应快响应快,在自动控制系统中多采用在自动控制系统中多采用 电枢控制。电枢控制。 上一页 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 在电枢控制方式下在电枢控制方式下,

5、作用于电枢的控制电压为作用于电枢的控制电压为Uc 和励磁电压和励磁电压Uf 保持不保持不 变变,如图如图5.3所示。所示。 直流伺服电动机的机械特性表达式为直流伺服电动机的机械特性表达式为 由于直流伺服电动机的磁路一般不饱和由于直流伺服电动机的磁路一般不饱和,可以不考虑电枢反应可以不考虑电枢反应,认为主认为主 磁通磁通? 大小不变。大小不变。 伺服电动机的机械特性指控制电压一定时转速随转矩变化的关系。当伺服电动机的机械特性指控制电压一定时转速随转矩变化的关系。当 作用于电枢回路的控制电压作用于电枢回路的控制电压Uc 不变时不变时,转矩转矩T 增大时转速增大时转速n 降低降低,转矩转矩 的增加与

6、电动机的转速降成正比的增加与电动机的转速降成正比,转矩转矩T 与转速与转速n 之间呈线性关系之间呈线性关系,不不 同控制电压作用下的机械特性如图同控制电压作用下的机械特性如图5.4 (a)所示。所示。 上一页 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 3. 性能指标性能指标 1)直流伺服电动机的额定值直流伺服电动机的额定值 直流伺服电动机的额定值指在额定运行状态下的电压直流伺服电动机的额定值指在额定运行状态下的电压UN、电流、电流IN、 功率功率PN、转速、转速nN等等,其意义和一般的直流电动机相同。其意义和一般的直流电动机相同。 2)直流伺服电动

7、机的型号直流伺服电动机的型号 目前我国生产的直流伺服电动机的型号有目前我国生产的直流伺服电动机的型号有SY 系列和系列和SZ 系列。下面以系列。下面以 SZ 系列的系列的36SZ01型号为例型号为例,说明其含义。说明其含义。“36”表示机座外径尺寸为表示机座外径尺寸为 36mm; “SZ”为产品代号为产品代号,“S”表示伺服电动机表示伺服电动机,“Z”表示直流电磁式表示直流电磁式 ;“01”为电气性能数据代号。为电气性能数据代号。 上一页 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 4. 应用应用 直流伺服电动机在自动控制系统中作为执行元件直流伺服电

8、动机在自动控制系统中作为执行元件,即在输入控制电压即在输入控制电压 后后,伺服电动机能按照控制电压信号的要求驱动工作机械伺服电动机能按照控制电压信号的要求驱动工作机械,伺服电动机伺服电动机 通常作为随动系统通常作为随动系统,遥控和遥测系统主传动元件。遥控和遥测系统主传动元件。 此外此外,其在工业上的应用也很多其在工业上的应用也很多,如发电厂锅炉阀门的控制、变压器有如发电厂锅炉阀门的控制、变压器有 载调压定位等。载调压定位等。 5.1.2 交流伺服电动机交流伺服电动机 1. 结构结构 交流伺服电动机在结构上类似于单相异步电动机交流伺服电动机在结构上类似于单相异步电动机,它的定子铁芯中安它的定子铁

9、芯中安 放着空间相差放着空间相差90电角度的两相绕组电角度的两相绕组,一相称为励磁绕组一相称为励磁绕组,一相称为控一相称为控 制绕组。电动机工作时制绕组。电动机工作时,励磁绕组接单相交流电压励磁绕组接单相交流电压,控制绕组接控制信控制绕组接控制信 号电压号电压,要求两相电压同频率。要求两相电压同频率。 上一页 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 交流伺服电动机的转子有两种结构形式。一种是笼型转子交流伺服电动机的转子有两种结构形式。一种是笼型转子,与普通三与普通三 相异步电动机笼型转子相似相异步电动机笼型转子相似,只不过在外形上更细长只不过在外

10、形上更细长,从而减小了转子从而减小了转子 的转动惯量的转动惯量,降低了电动机的机电时间常数。笼型转子交流伺服电动降低了电动机的机电时间常数。笼型转子交流伺服电动 机体积较大机体积较大,气隙小气隙小,所需的励磁电流小所需的励磁电流小,功率因数较高功率因数较高,电动机的机械强电动机的机械强 度大度大,但快速响应性能稍差但快速响应性能稍差,低速运行也不够平稳。低速运行也不够平稳。 另一种是非磁性空心杯形转子另一种是非磁性空心杯形转子,其转子做成了杯形结构其转子做成了杯形结构,为了减小气隙为了减小气隙, 在杯形转子内还有一个内定子在杯形转子内还有一个内定子,内定子上不设绕组内定子上不设绕组,只起导磁作

11、用只起导磁作用,转子转子 用铝或铝合金制成用铝或铝合金制成,杯壁厚杯壁厚0.20.8mm,转动惯量小且具有较大的电阻转动惯量小且具有较大的电阻, 空心杯形转子交流伺服电动机结构如图空心杯形转子交流伺服电动机结构如图5.5所示。空心杯型转子交流所示。空心杯型转子交流 伺服电动机具有响应快、运行平稳的优点伺服电动机具有响应快、运行平稳的优点,但结构复杂但结构复杂,气隙大气隙大,空载电空载电 流大流大,功率因数较低。功率因数较低。 上一页 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 2. 工作原理工作原理 交流伺服电动机的工作原理如图交流伺服电动机的工作原

12、理如图5.6所示。所示。 交流伺服电动机励磁绕组和控制绕组在空间位置上相差交流伺服电动机励磁绕组和控制绕组在空间位置上相差90电角度电角度, 工作时工作时,励磁绕组通入恒定交流电压励磁绕组通入恒定交流电压,控制绕组由伺服放大器供电通入控制绕组由伺服放大器供电通入 控制电压控制电压,两个电压的频率相同两个电压的频率相同,并且在相位上也相差并且在相位上也相差90电角度。这电角度。这 样样,两个绕组共同作用在电动机内部产生了一个旋转磁场两个绕组共同作用在电动机内部产生了一个旋转磁场,在旋转磁场在旋转磁场 的作用下会在转子中产生感应电动势和电流的作用下会在转子中产生感应电动势和电流,转子电流与旋转磁场

13、相转子电流与旋转磁场相 互作用产生电磁转矩互作用产生电磁转矩,带动转子转动。带动转子转动。 3. 控制方法控制方法 在交流伺服电动机中在交流伺服电动机中,除了要求电动机不能除了要求电动机不能“自转自转”外外,还要求改变加还要求改变加 在控制绕组上的电压的大小和相位能够改变电动机转速的大小和方向在控制绕组上的电压的大小和相位能够改变电动机转速的大小和方向 。 上一页 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 交流电动机的转速控制方法有幅值控制、相位控制和幅相控制三种。交流电动机的转速控制方法有幅值控制、相位控制和幅相控制三种。 1)幅值控制幅值控制

14、幅值控制是通过改变控制电压幅值控制是通过改变控制电压Uc 的幅值来控制电动机的转速的幅值来控制电动机的转速,而而Uc 的相位始终保持不变的相位始终保持不变,使控制电流使控制电流Ic 与励磁电流与励磁电流If 保持保持90电角度的电角度的 相位关系。如相位关系。如Uc=0则转速为则转速为0,电动机停转。幅值控制的接线如图电动机停转。幅值控制的接线如图5.7 (a)所示。所示。 2)相位控制相位控制 相位控制是通过改变控制电压相位控制是通过改变控制电压Uc 的相位的相位,从而改变控制电流从而改变控制电流Ic 与励与励 磁电流磁电流If 之间的相位角来控制电动机的转速之间的相位角来控制电动机的转速,

15、在这种情况下在这种情况下,控制电压控制电压 Uc 的大小保持不变。当两相电流的大小保持不变。当两相电流Ic与与If 之间的相位角为之间的相位角为0时时,则转则转 速为速为0,电动机停转。相位控制的接线如图电动机停转。相位控制的接线如图5.7 (b)所示。所示。 上一页 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 3)幅相控制幅相控制 幅相控制是指通过同时改变控制电压幅相控制是指通过同时改变控制电压Uc 的幅值及的幅值及Ic 与与If 之间的相位之间的相位 角来控制电动机的转速。具体方法是在励磁绕组回路中串入一个移相角来控制电动机的转速。具体方法是在励

16、磁绕组回路中串入一个移相 电容电容C 以后以后,再接到稳压电源再接到稳压电源U1 上上,这时励磁绕组上的电压这时励磁绕组上的电压Uf=U1- Ucf,如图如图5.8所示。控制绕组上加与所示。控制绕组上加与U1 相同的控制电压相同的控制电压Uc,那么当改那么当改 变控制电压变控制电压Uc 的幅值来控制电动机转速时的幅值来控制电动机转速时,由于转子绕组与励磁绕组由于转子绕组与励磁绕组 之间的耦合作用之间的耦合作用,励磁绕组的电流励磁绕组的电流If 也随着转速的变化而发生变化也随着转速的变化而发生变化,而而 使励磁绕组两端的电压使励磁绕组两端的电压Uf及电容及电容C 上的电压上的电压Ucf也随之变化

17、。这样改也随之变化。这样改 变变Uc 幅值可改变幅值可改变Uc、Uf 的幅值的幅值,以及它们之间的相位角以及相应电以及它们之间的相位角以及相应电 流。流。 上一页 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 4. 性能指标性能指标 1)交流伺服电动机的额定值交流伺服电动机的额定值 (1)额定电压额定电压:两相交流伺服电动机的额定电压包括额定励磁电压和额两相交流伺服电动机的额定电压包括额定励磁电压和额 定控制电压。励磁电压允许在小范围内有一定的波动。电压过高容易定控制电压。励磁电压允许在小范围内有一定的波动。电压过高容易 使电动机过热烧坏绕组使电动机过

18、热烧坏绕组;过低则会影响电动机的性能过低则会影响电动机的性能,降低输出功率和降低输出功率和 转矩等。控制绕组的额定电压有时又称为最大控制电压转矩等。控制绕组的额定电压有时又称为最大控制电压,在额定励磁在额定励磁 电压和额定控制电压相等时电压和额定控制电压相等时,为对称运行状态为对称运行状态,此时电动机产生的磁场此时电动机产生的磁场 为圆形旋转磁场。为圆形旋转磁场。 (2)额定频率额定频率:即伺服电动机正常工作时使用的频率。有中频和低频两即伺服电动机正常工作时使用的频率。有中频和低频两 大类大类,低频一般为低频一般为50Hz,中频一般为中频一般为400Hz。 上一页 下一页返回 . 伺服电动机及

19、其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 (3)堵转转矩及堵转电流堵转转矩及堵转电流:定子两相绕组加上额定电压后定子两相绕组加上额定电压后,转子仍处于静转子仍处于静 止状态时对应的转矩止状态时对应的转矩,称为堵转转矩。这时流过励磁绕组和控制绕组称为堵转转矩。这时流过励磁绕组和控制绕组 的电流分别是堵转励磁电流和堵转控制电流的电流分别是堵转励磁电流和堵转控制电流,比正常工作时的电流大比正常工作时的电流大 了许多。了许多。 (4)空载转速空载转速:定子两相绕组加上额定电压定子两相绕组加上额定电压,电动机不带任何负载时的转电动机不带任何负载时的转 速称为空载转速。它的大小与电动机的

20、极数有关速称为空载转速。它的大小与电动机的极数有关,由于电动机本身阻由于电动机本身阻 转矩的影响转矩的影响,它一般略低于同步转速。它一般略低于同步转速。 (5)机电时间常数机电时间常数:它是反映电动机的快速灵敏性的技术数据它是反映电动机的快速灵敏性的技术数据,时间常数时间常数 越小越小,说明电动机的灵敏度越高说明电动机的灵敏度越高,响应越快。响应越快。 上一页 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 2)交流伺服电动机的型号交流伺服电动机的型号 交流伺服电动机的型号由外壳外径、产品代号、频率种类、性能参数交流伺服电动机的型号由外壳外径、产品代号、

21、频率种类、性能参数 四部分组成四部分组成,现以现以45SL42型交流伺服电动机为例来说明。型交流伺服电动机为例来说明。“45”为机为机 壳代号壳代号,表示机壳外径为表示机壳外径为45mm; “SL”为产品代号为产品代号,表示两相交流伺服表示两相交流伺服 电动机。电动机。“SK”则表示空心杯转子两相交流伺服电机则表示空心杯转子两相交流伺服电机;“SX”表示绕线表示绕线 转子两相交流伺服电动机转子两相交流伺服电动机; “SD”表示带齿轮减速机构的交流伺服电动表示带齿轮减速机构的交流伺服电动 机。机。“42”为规格代号。为规格代号。 上一页 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控

22、制线路常见 故障排查故障排查 5. 应用应用 在自动控制系统中在自动控制系统中,根据被控对象不同根据被控对象不同,有速度控制和位置控制两种类有速度控制和位置控制两种类 型。尤其是位置控制系统可以实现远距离角度传递型。尤其是位置控制系统可以实现远距离角度传递,它的工作原理是它的工作原理是 将主令轴的转角传递到远距离的执行轴将主令轴的转角传递到远距离的执行轴,使之再现主令轴的转角位置使之再现主令轴的转角位置 。如工业上发电厂锅炉闸门的开启。如工业上发电厂锅炉闸门的开启,轧钢机中轧辊间隙的自动控制轧钢机中轧辊间隙的自动控制,军军 事上火炮和雷达的自动定位。事上火炮和雷达的自动定位。 交流伺服电动机在

23、检测装置中的应用也很多交流伺服电动机在检测装置中的应用也很多,如电子自动电位差计如电子自动电位差计,电电 子自动平衡电桥等。子自动平衡电桥等。 上一页 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 6. 与直流伺服电动机的区别与直流伺服电动机的区别 直流伺服电动机包括定子、转子铁芯、电动机转轴、伺服电动机绕组直流伺服电动机包括定子、转子铁芯、电动机转轴、伺服电动机绕组 换向器、伺服电动机绕组、测速电动机绕组。而交流伺服电动机内部换向器、伺服电动机绕组、测速电动机绕组。而交流伺服电动机内部 的转子是永磁铁的转子是永磁铁,驱动器控制的驱动器控制的U/V/W

24、三相电形成电磁场三相电形成电磁场,转子在此磁转子在此磁 场的作用下转动场的作用下转动,同时电动机自带的编码器反馈信号给驱动器。同时电动机自带的编码器反馈信号给驱动器。 5.1.3 进给伺服系统中伺服电动机的常见故障排进给伺服系统中伺服电动机的常见故障排 查查 三相交流伺服电动机应用广泛三相交流伺服电动机应用广泛,但通过长期运行后但通过长期运行后,会发生各种故障会发生各种故障,及及 时判断故障原因时判断故障原因,进行相应处理进行相应处理,是防止故障扩大是防止故障扩大,保证设备正常运行的保证设备正常运行的 一项重要的工作。一项重要的工作。 上一页 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动

25、机及其控制线路常见 故障排查故障排查 1. 通电后电动机不能转动通电后电动机不能转动, 但无异响但无异响, 也无异味和冒烟也无异味和冒烟 1)故障原因故障原因 (1)电源未通电源未通(至少两相未通至少两相未通)。 (2)熔丝熔断熔丝熔断(至少两相熔断至少两相熔断)。 (3)过流继电器调得过小。过流继电器调得过小。 (4)控制设备接线错误。控制设备接线错误。 2)故障排除故障排除 (1)检查电源回路开关检查电源回路开关,熔丝、接线盒处是否有断点熔丝、接线盒处是否有断点,如有如有,进行修复。进行修复。 (2)检查熔丝型号、熔断原因检查熔丝型号、熔断原因,换新熔丝。换新熔丝。 (3)调节继电器整定值

26、与电动机配合。调节继电器整定值与电动机配合。 (4)改正接线。改正接线。 上一页 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 2. 通电后电动机不转并有嗡嗡声通电后电动机不转并有嗡嗡声 1)故障原因故障原因 (1)转子绕组有断路转子绕组有断路(一相断线一相断线)或电源一相失电。或电源一相失电。 (2)绕组引出线始末端接错或绕组内部接反。绕组引出线始末端接错或绕组内部接反。 (3)电源回路接点松动电源回路接点松动,接触电阻大。接触电阻大。 (4)电动机负载过大或转子卡住。电动机负载过大或转子卡住。 (5)电源电压过低。电源电压过低。 (6)小型电动机装

27、配太紧或轴承内油脂过硬。小型电动机装配太紧或轴承内油脂过硬。 (7)轴承卡住。轴承卡住。 上一页 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 2)故障排除故障排除 (1)查明断点予以修复。查明断点予以修复。 (2)检查绕组极性检查绕组极性,判断绕组末端是否正确。判断绕组末端是否正确。 (3)紧固松动的接线螺丝紧固松动的接线螺丝,用万用表判断各接头是否假接用万用表判断各接头是否假接,予以修复。予以修复。 (4)减载或查出并消除机械故障。减载或查出并消除机械故障。 (5)检查是否把规定的面接法误接检查是否把规定的面接法误接,是否由于电源导线过细使压降过大

28、是否由于电源导线过细使压降过大, 予以纠正。予以纠正。 (6)重新装配使之灵活重新装配使之灵活,更换合格油脂。更换合格油脂。 (7)修复轴承。修复轴承。 上一页 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 3. 电动机启动困难电动机启动困难, 额定负载时额定负载时, 电动机转速低于额定转速较多电动机转速低于额定转速较多 1)故障原因故障原因 (1)电源电压过低。电源电压过低。 (2)面接法电动机误接。面接法电动机误接。 (3)转子开焊或断裂。转子开焊或断裂。 (4)转子局部线圈错接、接反。转子局部线圈错接、接反。 (5)修复电动机绕组时增加匝数过多。

29、修复电动机绕组时增加匝数过多。 (6)电动机过载。电动机过载。 上一页 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 2)故障排除故障排除 (1)测量电源电压测量电源电压,设法改善。设法改善。 (2)纠正接法。纠正接法。 (3)检查开焊和断点并修复。检查开焊和断点并修复。 (4)查出误接处查出误接处,予以改正。予以改正。 (5)恢复正确匝数。恢复正确匝数。 (6)减载。减载。 4. 电动机空载电流不平衡电动机空载电流不平衡, 三相相差大三相相差大 1)故障原因故障原因 (1)绕组首尾端接错。绕组首尾端接错。 (2)电源电压不平衡。电源电压不平衡。 (3

30、)绕组存在匝间短路、线圈反接等故障。绕组存在匝间短路、线圈反接等故障。 上一页 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 2)故障排除故障排除 (1)检查并纠正。检查并纠正。 (2)测量电源电压测量电源电压,设法消除不平衡。设法消除不平衡。 (3)消除绕组故障。消除绕组故障。 5. 电动机运行时响声不正常电动机运行时响声不正常, 有异响有异响 1)故障原因故障原因 (1)轴承磨损或油内有砂粒等异物。轴承磨损或油内有砂粒等异物。 (2)转子铁芯松动。转子铁芯松动。 (3)轴承缺油。轴承缺油。 (4)电源电压过高或不平衡。电源电压过高或不平衡。 上一页

31、 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 2)故障排除故障排除 (1)更换轴承或清洗轴承。更换轴承或清洗轴承。 (2)检修转子铁芯。检修转子铁芯。 (3)加油。加油。 (4)检查并调整电源电压。检查并调整电源电压。 6. 运行中电动机震动较大运行中电动机震动较大 1)故障原因故障原因 (1)由于磨损轴承间隙过大。由于磨损轴承间隙过大。 (2)气隙不均匀。气隙不均匀。 (3)转子不平衡。转子不平衡。 (4)转轴弯曲。转轴弯曲。 (5)联轴器联轴器(皮带轮皮带轮)同轴度过低。同轴度过低。 上一页 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及

32、其控制线路常见 故障排查故障排查 2)故障排除故障排除 (1)检修轴承检修轴承,必要时更换。必要时更换。 (2)调整气隙调整气隙,使之均匀。使之均匀。 (3)校正转子动平衡。校正转子动平衡。 (4)校直转轴。校直转轴。 (5)重新校正重新校正,使之符合规定。使之符合规定。 7. 轴承过热轴承过热 1)故障原因故障原因 (1)润滑脂过多或过少。润滑脂过多或过少。 (2)油质不好含有杂质。油质不好含有杂质。 (3)轴承与轴颈或端盖配合不当轴承与轴颈或端盖配合不当(过松或过紧过松或过紧)。 上一页 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 (4)轴承内孔

33、偏心轴承内孔偏心,与轴相擦。与轴相擦。 (5)电动机端盖或轴承盖未装平。电动机端盖或轴承盖未装平。 (6)电动机与负载间联轴器未校正电动机与负载间联轴器未校正,或皮带过紧。或皮带过紧。 (7)轴承间隙过大或过小。轴承间隙过大或过小。 (8)电动机轴弯曲。电动机轴弯曲。 2)故障排除故障排除 (1)按规定加润滑脂按规定加润滑脂(容积的容积的1/32/3)。 (2)更换清洁的润滑脂。更换清洁的润滑脂。 (3)过松可用黏结剂修复过松可用黏结剂修复;过紧应车磨轴颈或端盖内孔过紧应车磨轴颈或端盖内孔,使之适合。使之适合。 (4)修理轴承盖修理轴承盖,消除擦点。消除擦点。 上一页 下一页返回 . 伺服电动

34、机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 (5)重新装配。重新装配。 (6)重新校正重新校正,调整皮带张力。调整皮带张力。 (7)更换新轴承。更换新轴承。 (8)校正电动机轴或更换转子。校正电动机轴或更换转子。 8. 电动机过热甚至冒烟电动机过热甚至冒烟 1)故障原因故障原因 (1)电源电压过高。电源电压过高。 (2)电源电压过低电源电压过低,电动机又带额定负载运行电动机又带额定负载运行,电流过大使绕组发热。电流过大使绕组发热。 (3)修理拆除绕组时修理拆除绕组时,采用热拆法不当采用热拆法不当,烧伤铁芯。烧伤铁芯。 (4)电动机过载或频繁启动。电动机过载或频繁启动。 上一

35、页 下一页返回 . 伺服电动机及其控制线路常见伺服电动机及其控制线路常见 故障排查故障排查 (5)电动机缺相电动机缺相,两相运行。两相运行。 (6)重绕后定子绕组浸漆不充分。重绕后定子绕组浸漆不充分。 (7)环境温度高环境温度高,电动机表面污垢多电动机表面污垢多,或通风道堵塞。或通风道堵塞。 2)故障排除故障排除 (1)降低电源电压降低电源电压(如调整供电变压器分接头如调整供电变压器分接头)。 (2)提高电源电压或换粗供电导线。提高电源电压或换粗供电导线。 (3)检修铁芯检修铁芯,排除故障。排除故障。 (4)减载减载,按规定次数控制启动。按规定次数控制启动。 (5)恢复三相运行。恢复三相运行。

36、 (6)采用二次浸漆及真空浸漆工艺。采用二次浸漆及真空浸漆工艺。 (7)清洗电动机清洗电动机,改善环境温度改善环境温度,采用降温措施。采用降温措施。 上一页返回 5.2 步进电动机及其控制线路常见故障步进电动机及其控制线路常见故障 排查排查 5.2.1 步进电动机结构步进电动机结构 三相磁阻式步进电动机模型的结构如图三相磁阻式步进电动机模型的结构如图5.9所示。它的定、转子铁芯所示。它的定、转子铁芯 都由硅钢片叠压而成。定子上有六个磁极都由硅钢片叠压而成。定子上有六个磁极,每两个相对的磁极上有同每两个相对的磁极上有同 一相控制绕组一相控制绕组,同一相控制绕组可以并联或串联同一相控制绕组可以并联

37、或串联;转子铁芯上没有绕组转子铁芯上没有绕组, 只有四个齿只有四个齿,齿宽等于极靴宽。齿宽等于极靴宽。 5.2.2 步进电动机工作原理步进电动机工作原理 三相磁阻式步进电动机的工作原理如图三相磁阻式步进电动机的工作原理如图5.10所示。当所示。当U 相控制绕组通相控制绕组通 电电,V、W 两相控制绕组不通电时两相控制绕组不通电时,由于磁力线总是通过磁阻最小的路由于磁力线总是通过磁阻最小的路 径闭合径闭合,转子将受到磁阻转矩的作用转子将受到磁阻转矩的作用,使转子齿使转子齿l和和3与定子与定子U 相磁极轴相磁极轴 线对齐线对齐,如图如图5.10 (a)所示。此时磁力线所通过的磁路磁阻最小所示。此时

38、磁力线所通过的磁路磁阻最小,磁导最磁导最 大。转子只受径向力而无切向力作用大。转子只受径向力而无切向力作用,转子停止转动。转子停止转动。 下一页返回 5.2 步进电动机及其控制线路常见故障步进电动机及其控制线路常见故障 排查排查 当当V 相控制绕组通电相控制绕组通电,U、W 两相控制绕组不通电时两相控制绕组不通电时,与与V 相磁极最近相磁极最近 的转子齿的转子齿2和和4会旋转到与会旋转到与V相磁极相对相磁极相对,转子顺时针转过转子顺时针转过30,如图如图 5.10 (b)所示。当所示。当W 相控制绕组通电相控制绕组通电,U、V 两相控制绕组不通电两相控制绕组不通电,与与W 相磁极最近的转子齿相

39、磁极最近的转子齿l和和3会旋转到与会旋转到与W 相磁极相对相磁极相对,转子再次顺时针转子再次顺时针 转过转过30,如图如图5.10 (c)所示。这样按所示。这样按U-V-W-U 的顺序轮流给各相控制的顺序轮流给各相控制 绕组通电绕组通电,转子就会在磁阻转矩的作用下按顺时针方向一步一步地转转子就会在磁阻转矩的作用下按顺时针方向一步一步地转 动。步进电动机的转速取决于绕组变换通电状态的频率动。步进电动机的转速取决于绕组变换通电状态的频率,即输入脉冲即输入脉冲 的频率的频率,旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序,若通电顺序为若通电顺序为U-W- V-U,则步进电动

40、机反向旋转。则步进电动机反向旋转。 控制绕组从一种通电状态变换到另一种通电状态叫做控制绕组从一种通电状态变换到另一种通电状态叫做“一拍一拍”,每一每一 拍转子转过的角度称为步距角拍转子转过的角度称为步距角b。 上一页 下一页返回 5.2 步进电动机及其控制线路常见故障步进电动机及其控制线路常见故障 排查排查 三相磁阻式步进电动机模型的步距角太大三相磁阻式步进电动机模型的步距角太大,难以满足生产中小位移量难以满足生产中小位移量 的要求的要求,为了减小步距角为了减小步距角,实际中将转子和定子磁极都加工成多齿结构实际中将转子和定子磁极都加工成多齿结构 。 图图5.11是三相磁阻式步进电动机的结构图是

41、三相磁阻式步进电动机的结构图,转子齿数为转子齿数为Zr=40,齿沿转子齿沿转子 圆周均匀分布圆周均匀分布,齿和槽的宽度相等齿和槽的宽度相等,齿间夹角为齿间夹角为9;定子上有六个磁极定子上有六个磁极, 每极的极靴上均匀分布有五个齿每极的极靴上均匀分布有五个齿,齿宽和槽宽相等齿宽和槽宽相等,齿间夹角也是齿间夹角也是9。 磁极上装有控制绕组磁极上装有控制绕组,相对的两个极的绕组串联起来并且连接成三相相对的两个极的绕组串联起来并且连接成三相 星形。每个定子磁极的极距为星形。每个定子磁极的极距为60,每个极距所占的齿距数不是整数每个极距所占的齿距数不是整数, 当当U-U相绕组通电相绕组通电,U-U相磁极

42、下的定、转子齿对齐时相磁极下的定、转子齿对齐时,V-V磁极和磁极和W- W磁极下的齿就无法对齐磁极下的齿就无法对齐,依次错开依次错开l/3齿距角齿距角(即错开即错开3)。一般的。一般的,m 相异步电动机相异步电动机,依次错开的距离为依次错开的距离为1/m 齿距。齿距。 上一页 下一页返回 5.2 步进电动机及其控制线路常见故障步进电动机及其控制线路常见故障 排查排查 如果采用三相单三拍通电方式进行控制如果采用三相单三拍通电方式进行控制,当当U 相通电时相通电时,U 磁极的定子磁极的定子 齿和转子齿完全对齐齿和转子齿完全对齐,而而V 磁极和磁极和W 磁极下的定子齿和转子齿无法对磁极下的定子齿和转

43、子齿无法对 齐齐,依次错开依次错开1/3和和2/3齿距齿距(即即3和和6);当当U 相断电相断电,V 相通电时相通电时,V 磁磁 极下的定子齿和转子齿就会完全对齐极下的定子齿和转子齿就会完全对齐,转子转过转子转过1/3齿距齿距;同样的同样的,当当V 相断电相断电,W 相通电时相通电时,转子会再次转过转子会再次转过1/3齿距。不难看出齿距。不难看出,通电方式循通电方式循 环改变一轮后环改变一轮后,转子就转过一个齿距。转子就转过一个齿距。 转子转过一个齿距所需的运行拍数取决于电动机的相数和通电方式转子转过一个齿距所需的运行拍数取决于电动机的相数和通电方式, 增加相数也可以减小步距角。但相数增多增加

44、相数也可以减小步距角。但相数增多,所需驱动电路就越复杂。所需驱动电路就越复杂。 常用的步进电动机除了三相以外常用的步进电动机除了三相以外,还有四相、五相和六相。还有四相、五相和六相。 上一页 下一页返回 5.2 步进电动机及其控制线路常见故障步进电动机及其控制线路常见故障 排查排查 5.2.3 主要技术指标和运行特性主要技术指标和运行特性 1. 步距角和静态步距误差步距角和静态步距误差 步距角也称为步距步距角也称为步距,是指步进电动机改变一次通电方式转子转过的角是指步进电动机改变一次通电方式转子转过的角 度。步距角与定子绕组的相数、转子的齿数和通电方式有关。目前我度。步距角与定子绕组的相数、转

45、子的齿数和通电方式有关。目前我 国步进电动机的步距角为国步进电动机的步距角为0.3690,常用的有常用的有7.5/15、3/6 、1.5/3、0.9/1.8、0.75/1.5、0.6/1.2、 0.36/0.72等几种。等几种。 上一页 下一页返回 5.2 步进电动机及其控制线路常见故障步进电动机及其控制线路常见故障 排查排查 2. 最大静转矩最大静转矩 步进电动机的静特性步进电动机的静特性,是指步进电动机在稳定状态是指步进电动机在稳定状态(即步进电动机处于即步进电动机处于 通电状态不变通电状态不变,转子保持不动的定位状态转子保持不动的定位状态)时的特性时的特性,包括静转矩、矩角包括静转矩、矩

46、角 特性及静态稳定区。静转矩是指步进电动机处于稳定状态下的电磁转特性及静态稳定区。静转矩是指步进电动机处于稳定状态下的电磁转 矩。在稳定状态下矩。在稳定状态下,如果在转子轴上加上负载转矩使转子转过一定角如果在转子轴上加上负载转矩使转子转过一定角 度度,并能稳定下来并能稳定下来,这时转子受到的电磁转矩与负载转矩相等这时转子受到的电磁转矩与负载转矩相等,该电磁该电磁 转矩即为静转矩转矩即为静转矩,而角度而角度 即为失调角。对应于某个失调角时即为失调角。对应于某个失调角时,静转矩静转矩 最大最大,称为最大静转矩。称为最大静转矩。 3. 矩频特性矩频特性 当步进电动机的控制绕组的电脉冲时间间隔大于电动

47、机机电过渡过程当步进电动机的控制绕组的电脉冲时间间隔大于电动机机电过渡过程 所需的时间所需的时间,步进电动机进入连续运行状态步进电动机进入连续运行状态,这时电动机产生的转矩称这时电动机产生的转矩称 为动态转矩。步进电动机的动态转矩和脉冲频率的关系称为矩频特性为动态转矩。步进电动机的动态转矩和脉冲频率的关系称为矩频特性 。步进电动机的动态转矩随着脉冲频率的升高而降低。步进电动机的动态转矩随着脉冲频率的升高而降低。 上一页 下一页返回 5.2 步进电动机及其控制线路常见故障步进电动机及其控制线路常见故障 排查排查 4. 启动频率和连续运行频率启动频率和连续运行频率 步进电动机的工作频率步进电动机的

48、工作频率,一般包括启动频率、制动频率和连续运行频一般包括启动频率、制动频率和连续运行频 率。对同样的负载转矩来说率。对同样的负载转矩来说,正、反向的启动频率和制动频率是一样正、反向的启动频率和制动频率是一样 的的,所以一般技术数据中只给出启动频率和连续运行频率。所以一般技术数据中只给出启动频率和连续运行频率。 步进电动机启动频率步进电动机启动频率fst是指在一定负载转矩下能够不失步启动的最是指在一定负载转矩下能够不失步启动的最 高脉冲频率。高脉冲频率。Fst的大小与驱动电路的负载大小有关。步距角的大小与驱动电路的负载大小有关。步距角b 越小越小 ,负载越小负载越小,则启动频率越高。则启动频率越

49、高。 步进电动机连续运行频率步进电动机连续运行频率f 是指步进电动机启动后是指步进电动机启动后,当控制脉冲连续上当控制脉冲连续上 升时升时,能不失步运行的最高频率能不失步运行的最高频率,负载越小负载越小,连续运行频率越高。在带动连续运行频率越高。在带动 相同负载时相同负载时,步进电动机的连续运行频率比启动频率高得多。步进电动机的连续运行频率比启动频率高得多。 上一页 下一页返回 5.2 步进电动机及其控制线路常见故障步进电动机及其控制线路常见故障 排查排查 5.2.4 步进电动机的控制步进电动机的控制 1. 控制换相顺序控制换相顺序 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如通电换相这一过程称为脉冲分

50、配。例如,三相步进电动机的三拍工作三相步进电动机的三拍工作 方式方式,其各相通电顺序为其各相通电顺序为A-B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺通电控制脉冲必须严格按照这一顺 序分别控制序分别控制A、B、C、D相的通断。相的通断。 2. 控制步进电动机的转向控制步进电动机的转向 如果给定工作方式正序换相通电如果给定工作方式正序换相通电,步进电动机正转步进电动机正转,如果按反序换相通如果按反序换相通 电电,则电动机就反转。则电动机就反转。 3. 控制步进电动机的速度控制步进电动机的速度 如果给步进电动机发一个控制脉冲如果给步进电动机发一个控制脉冲,它就转一步它就转一步,再发一个脉冲再发一个脉冲,它会再它会再 转一步。两个脉冲的间隔越短转一步。两个脉冲的间隔越短,步进电动机就转得越快。调整单片机步进电动机就转得越快。调整单片机 发出的脉冲频率发出的脉冲频率,就可以对步进电动机进行调速。就可以对步进电动机进行调速。 上一页 下一页返回 5.2 步进电动机及其控制线路常见故障步进电动机及其控制线路常见故障 排查排查 5.2.5 步进电动机的特点及应用步进电动机的特点及应用 步进电动机的特点及常用领域如表步进电动机的特点及常用领域如表5.1所示。所示。 5.2.6 打印机中步进电动机的常见故障排查打印机中步进电动机的常见故障排查 打印机步进电动机的制造