工控自动化领域,伺服电机是绕不开的一个产品。
在这个行业,要求每一个工程师必须了解伺服的基本使用方法。
今天我们就来聊聊伺服电机如何接线?
先来认识一下什么是伺服电机:
伺服这个词语来自于Servus(英语为Slave:奴隶),所谓的伺服电机系统,其实就是一个可以被实时控制的电机:你让它走1mm,它就走1mm;让它走到什么位置就什么位置,让它先快后慢,就先快后慢。
伺服电机应用中的三种类型:(这个有助于不少人提前理解伺服电机)
1、速度模式,例如需要快速的加减速。这种应用最典型的一种就是,舞台上面吊起来的灯光球,就是快速的加减速。
2、力矩模式(也被称为转矩模式),这就是恒定的输出力,力矩不变,例如:线切割机,金刚石切割机。机床上面的主轴,进给轴都是伺服电机,主要也是这个功能。(当然还搭配其他的两个功能)
3、位置模式。也就是可以精确的控制位置,所谓的控制位置,其实就是控制伺服电机转动的角度。一个电机转动多少度,是依靠的编码器来计数的。
编码器
两种类型编码器
这三种模式在使用中,并不是独立分开的,但经常的状态是以一种主要的功能突出出来。
伺服电机的基本结构:伺服驱动器(也被称为伺服放大器)+电机(Motor,也被称为马达)。
伺服驱动器,伺服电机
(1)伺服驱动器,也叫做伺服放大器。从上位机,PLC,或者是运动发过来的位置指令,给到了驱动器,驱动器会将数值信号,或者是模拟量信号,转化为速度,然后转化为电流的大小,控制电机的转动。
毕竟电机只能识别电流,其他啥信号也识别不了。
驱动器工作原理
(2)伺服电机:伺服电机其实就是一个普通的电机+编码器+电磁抱闸(有不带抱闸的电机)。
所谓的伺服的抱闸,其实就是一个电磁开关,断电后,抱闸自动吸住定子,让定子转动不了。这种应用在起重机上面,那都是必备的存在。包括冲压机,各类机床上面,都一定是要抱闸的。也就是断电必须能够停下来。(这也就是急停状态下,快速的保护功能)
介绍完这些功能,不少人应该有一些理解伺服电机的应用以及整体结构。
整个伺服系统的出现,一定是:伺服驱动+电机一起出现。现在有的方案有1拖1,也就是一个驱动带一个电机,1拖2就是一个驱动带两个电机,1拖3,1拖6(主要应用在工业机器人上面)。
我们就用最常用的一拖一的接线来说。
上位机-运动控制-驱动器-电机(TRIO伺服)
在实际的伺服应用中,所有的企业,都会有伺服产品的说明手册。手册中,一定会有伺服的接线方式。(没有的客户到厂家的网站上面去下载)
因为每一家伺服的接口都略有不同,尤其是涉及到一拖多的是伺服驱动,更不容易区分。并且伺服的接线,一旦有错误,伺服要不报警,要不就不工作,甚至可能会出现伺服驱动烧坏的现象。
驱动可是伺服中最贵的存在,换驱动是要花费不少钱的。
一套安川的400w总线电机,售价1800元。(2020年价格)
驱动电源的接线方式:
因为涉及到实际的驱动接线,必然要拿一个产品作为举例。以ESTUN的SUMMA驱动为例。
(1)准备工具(这个很重要啊,尤其是对于新手来说)
伺服接线准备工具
一般都是准备平角的起子,接线钳,冷压端子。
(2)看输入电压:伺服驱动器的输入电源有单相AC100V, 单相AC200V, 单相/ 三相AC200V, 三相AC380V/400V。
输入电压为AC400v,3相
(3)电柜内部安装,驱动器之间留散热间隙,一定要间隔10mm左右间隔安装,不能紧贴安装,上下间隔30mm以上。
(4)驱动器的主电源和控制电源接线。
一般情况下,伺服主电源和控制电源上面都是分别有可以插拔的端子。
常规状态下,我们都是先将这两个端子给拔下来,然后对端子进行接线。这样容易操作。
主电源和控制电源的端子拔下来
注意事项:不同驱动器的主电源和控制电源,并不都在一起,这个你要看一下伺服驱动的说明介绍。
(5)三相交流的接电方式。
不少伺服驱动既可以接三相电,也可以是230v一下的市电(也就是家用这种的电)。常见的国内的伺服有100v,220v,380v,400v等几种类型的电压形式。(还有比较特殊的,例如冲压机的大电机,要是能用到专用电,可以做到1000v以上的电压,可以让设备电流降低一些。这个就不细说了)
驱动器电源线接线原理
从空气开关下来,到驱动器其实有两路电:一路是主电源,一路是控制电。主电源输入是L1,L2,L3三根线,对应R,S,T,三根电源线。(这个第一次强调,驱动器要接地)
最终实现的效果是如下图:
驱动器实物接线(欧姆龙伺服)
端正上面的接线一定要压实。
端子接线方式
(6)AC单向电接入
同AC三项类似
以目前精细化的端子排插,基本上不再需要我们直接进行接线了。
(7)直流电接入
DC直流电接入
直流电接入,只是在主电源,和控制电源部分加了一个24V,或者是48V的交流——直流,供电电源。
(8)驱动器和电机的连接
驱动器与电机连接
电机有两根线,一根动力线,一根控制线,控制线会伸出两个口,一个是接编码器(一般比较小),一个是接信号输出的口(有U/V/W三个指示),这个不能接错。目前来说的设计,已经规避了接错的防线。基本上都是封装好的伺服接线。
原厂配的伺服线一般都不会超过5m。超过5M估计就要加钱了。
在一些比较特殊的场合,5M距离可以满足90%左右的应用场景,但是有部分三坐标,或者大结构的三次元5M的伺服线缆是不够的。
电机的动力线,就是连接电源的,动力线和控制线缆一般不放在一起。
抗干扰的问题:电线的布局和噪声滤波器的接线方法
1、在发现伺服不稳定,偶尔丢点的状态时,一定要看一下是不是有干扰。
最常规的干扰排除方法是:请勿将以下电缆放入同一套管内,也不要将其捆扎在一起。
2、噪声滤波器的使用
如果电焊机、电火花加工机等使用同一电源,焊接机,这类产品。或者周围有高频发生器时,要在主回路电源电缆及控制电源电缆的输入侧连接噪音滤波器。
噪声滤波器接在电源和驱动器的连接处,靠近电源的一侧。放在靠近驱动器的地方。