巴彦淖尔西门子伺服总代理 原厂原装正品

上海庆惜自动化设备有限公司

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所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应*，而且运转平稳，因此被广泛采用。交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。

技术规格编辑

SIEMENS伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显着特点：

1、起动转矩大 　由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。它可使临界转差率S0>1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。

2、运行范围较广

3、无自转现象 　正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线）

交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。当电源频率为50Hz，电压有36V、110V、220、380V；当电源频率为400Hz，电压有20V、26V、36V、115V等多种。

交流伺服电动机运行平稳、噪音小。但控制特性是非线性，并且由于转子电阻大，损耗大，效率低，因此与同容量直流伺服电动机相比，体积大、重量重，所以只适用于0.5-100W的小功率控制系统。

性能比较编辑

SIEMENS伺服电机电机作为一种闭环控制的系统，和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统*多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。

一、控制精度不同 　两相混合式步进电机步距角一般为 1.8°、0.9°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机通过细分后步距角更小。如三洋公司（SANYO DENKI）生产的二相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 　交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以三洋全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2000线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/8000=0.045°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=0.0027466°，是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。

二、低频特性不同 　步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。 　交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。

三、矩频特性不同 　步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其较高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。

四、过载能力不同 　步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以山洋交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其较大转矩为额定转矩的二到三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。

五、运行性能不同　 　步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。

六、速度响应性能不同 　步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以山洋400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。

综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。

注意事项编辑

伺服电机油和水的保护 　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。 　二、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较小。 　C：电缆的弯头半径做到尽可能大。 　三、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：较好用柔性联轴器，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）。 　四、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：竭力使轴端对齐到较佳状态（对不好可能导致振动或轴承损坏）。

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  伺服系统是西门子伺服机电产品中的重要环节，它能提供较高水平的动态响应和扭矩密度，所以拖动系统的发展趋势是用交流伺服驱动取替传统的液压、直流、步进和AC变频调速驱动，以便使系统性能达到一个全新的水平，包括更短的周期、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。为了实现伺服电机的更好性能，就必须对伺服电机的一些使用特点有所了解。本文将浅析伺服电机在使用中的常见问题。

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问题一 、噪声，不稳定

 客户在一些机械上使用伺服电机时，经常会发生噪声过大，电机带动负载运转不稳定等现象，出现此问题时，许多使用者的**反应就是伺服电机质量不好，因为有时换成步进电机或是变频电机来拖动负载，噪声和不稳定现象却反而小很多。表面上看，确实是伺服电机的原故，但我们仔细分析伺服电机的工作原理后，会发现这种结论是完全错误的。

 交流伺服系统包括：伺服驱动、伺服电机和一个反馈传感器(一般伺服电机自带光学偏码器)。所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行：驱动器从外部接收参数信息，然后将一定电流输送给电机，通过电机转换成扭矩带动负载，负载根据它自己的特性进行动作或加减速，传感器测量负载的位置，使驱动装置对设定信息值和实际位置值进行比较，然后通过改变电机电流使实际位置值和设定信息值保持一致，当负载突然变化引起速度变化时，偏码器获知这种速度变化后会马上反应给伺服驱动器，驱动器又通过改变提供给伺服电机的电流值来满足负载的变化，并重新返回到设定的速度。交流伺服系统是一个响应非常高的全闭环系统，负载波动和速度较正之间的时间滞后响应是非常快的，此时，真正限制了系统响应效果的是机械连接装置的传递时间。

 举一个简单例子：有一台机械，是用伺服电机通过V形带传动一个恒定速度、大惯性的负载。整个系统需要获得恒定的速度和较快的响应特性，分析其动作过程。

 当驱动器将电流送到电机时，电机立即产生扭矩；一开始，由于V形带会有弹性，负载不会加速到像电机那样快；伺服电机会比负载提前到达设定的速度，此时装在电机上的偏码器会削弱电流，继而削弱扭矩；随着V型带张力的不断增加会使电机速度变慢，此时驱动器又会去增加电流，周而复始。

 在此例中，系统是振荡的，电机扭矩是波动的，负载速度也随之波动。其结果当然会是噪音、磨损、不稳定了。不过，这都不是由伺服电机引起的，这种噪声和不稳定性，是来源于机械传动装置，是由于伺服系统反应速度（高）与机械传递或者反应时间（较长）不相匹配而引起的，即伺服电机响应快于系统调整新的扭矩所需的时间。

找到了问题根源所在，再来解决当然就*多了，针对以上例子，您可以：

 （1）增加机械刚性和降低系统的惯性，减少机械传动部位的响应时间，如把V形带更换成直接丝杆传动或用齿轮箱代替V型带；

 （2）降低伺服系统的响应速度，减少伺服系统的控制带宽，如降低伺服系统的增益参数值。

 当然，以上只是噪声、不稳定的原因之一，针对不同的原因，会有不同的解决办法，如由机械共振引起的噪声，在伺服方面可采取共振抑制，低通滤波等方法，总之，噪声和不稳定的原因，基本上都不会是由于伺服电机本身所造成。

问题二、惯性匹配

 在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题！

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具体表现为：

 1、在伺服系统选型时，除考虑电机的扭矩和额定速度等因素外，我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量，再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机；

 2、在调试时（手动模式下），正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统较佳效能的前题，此点在要求高速高精度的系统上表现由为**（台达伺服惯量比参数为1-37，JL/JM）。这样，就有了惯量匹配的问题。

那到底什么是“惯量匹配”呢?

 1、根据牛顿*二定律：“进给系统所需力矩T=系统传动惯量J×角加速度θ

 角加速度θ影响系统的动态特性，θ越小，则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统反应越慢。如果θ变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工精度。由于马达选定后较大输出T值不变，如果希望θ的变化小，则J应该尽量小。

 2、进给轴的总惯量“J=伺服电机的旋转惯性动量JM+电机轴换算的负载惯性动量JL

 负载惯量JL由（以工具机为例）工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。JM为伺服电机转子惯量，伺服电机选定后，此值就为定值，而JL则随工件等负载改变而变化。如果希望J变化率小些，则较好使JL所占比例小些。这就是通俗意义上的“惯量匹配”。

 知道了什么是惯量匹配，那惯量匹配具体有什么影响又如何确定呢?

影响：

 传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响，惯量大，系统的机械常数大，响应慢，会使系统的固有频率下降，*产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度，惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利，因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。

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确定：

 衡量机械系统的动态特性时，惯量越小，系统的动态特性反应越好；惯量越大，马达的负载也就越大，越难控制，但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行。不同的机构，对惯量匹配原则有不同的选择，且有不同的作用表现。例如，CNC中心机通过伺服电机作高速切削时，当负载惯量增加时，会发生：

（1）控制指令改变时，马达需花费较多时间才能达到新指令的速度要求；

（2）当机台沿二轴执行弧式曲线快速切削时，会发生较大误差：

①一般伺服电机通常状况下，当JL≦JM，则上面的问题不会发生

②当JL=3×JM，则马达的可控性会些微降低，但对平常的金属切削不会有影响。（高速曲线切削一般建议JL≦JM）

③当JL≧3×JM，马达的可控性会明显下降，在高速曲线切削时表现**

不同的机构动作及加工质量要求对JL与JM大小关系有不同的要求，惯性匹配的确定需要根据机械的工艺特点及加工质量要求来确定。

问题三、伺服电机选型

在选择好机械传动方案以后，就必须对伺服电机的型号和大小进行选择和确认。

（1）选型条件 — 一般情况下，选择伺服电机需满足下列情况：

 ●马达较大转速>系统所需之较高移动转速；

 ●马达的转子惯量与负载惯量相匹配

 ●连续负载工作扭力≦马达额定扭力

 ●马达较大输出扭力>系统所需较大扭力（加速时扭力）

（2）选型计算：

 ●惯量匹配计算（JL/JM）

 ●回转速度计算（负载端转速，马达端转速）

 ●负载扭矩计算（连续负载工作扭矩，加速时扭矩）

关键词： 西门子伺服电机 损坏原因

摘要：西门子伺服电机损坏原因分析

三相交流伺服电动机应用广泛，但通过长期运行后，会发生各种故障，及时判断故障原因，进行相应处理，是防止故障扩大，保证设备正常运行的一项重要的工作。

　   一、通电后电动机不能转动，但无异响，也无异味和冒烟。

　　1．故障原因①电源未通（至少两相未通）；②熔丝熔断（至少两相熔断）；③过流继电器调得过小；④控制设备接线错误。

       2．故障排除①检查电源回路开关，熔丝、接线盒处是否有断点，修复；②检查熔丝型号、熔断原因，换新熔丝；③调节继电器整定值与电动机配合；④改正接线。

　   二、通电后电动机不转有嗡嗡声

　　1．故障原因①转子绕组有断路（一相断线）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；③电源回路接点松动，接触电阻大；④电动机负载过大或转子卡住；⑤电源电压过低；⑥小型电动机装配太紧或轴承内油脂过硬；⑦轴承卡住。

　　2．故障排除①查明断点予以修复；②检查绕组极性；判断绕组末端是否正确；③紧固松动的接线螺丝，用万用表判断各接头是否假接，予以修复；④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；是否由于电源导线过细使压降过大，予以纠正，⑥重新装配使之灵活；更换合格油脂；⑦修复轴承。

　   三、电动机起动困难，额定负载时，电动机转速低于额定转速较多

　　1．故障原因①电源电压过低；②面接法电机误接；③转子开焊或断裂；④转子局部线圈错接、接反；③修复电机绕组时增加匝数过多；⑤电机过载。

　　2．故障排除①测量电源电压，设法改善；②纠正接法；③检查开焊和断点并修复；④查出误接处予以改正；⑤恢复正确匝数；⑥减载。

　　四、电动机空载电流不平衡，三相相差大

　　1．故障原因①绕组首尾端接错；②电源电压不平衡；③绕组存在匝间短路、线圈反接等故障。

　　2．故障排除①检查并纠正；②测量电源电压，设法消除不平衡；③消除绕组故障。

　　五、电动机运行时响声不正常有异响

　　故障原因①轴承磨损或油内有砂粒等异物；②转子铁芯松动；③轴承缺油；④电源电压过高或不平衡。

　　故障排除①更换轴承或清洗轴承；②检修转子铁芯；③加油；④检查并调整电源电压。

　　六、运行中电动机振动较大

　　故障原因①由于磨损轴承间隙过大；②气隙不均匀；③转子不平衡；④转轴弯曲；⑤联轴器（皮带轮）同轴度过低。

　　故障排除①检修轴承，必要时更换；②调整气隙，使之均匀；③校正转子动平衡；④校直转轴；⑤重新校正，使之符合规定。

　　七、轴承过热

　　1．故障原因①滑脂过多或过少；②油质不好含有杂质；③轴承与轴颈或端盖配合不当（过松或过紧）；④轴承内孔偏心，与轴相擦；⑤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，或皮带过紧；⑦轴承间隙过大或过小；⑧电动机轴弯曲。

　　2．故障排除①按规定加润滑脂（容积的1/3-2/3）；②更换清洁的润滑滑脂；③过松可用粘结剂修复，过紧应车，磨轴颈或端盖内孔，使之适合；④修理轴承盖，消除擦点；⑤重新装配；⑥重新校正，调整皮带张力；⑦更换新轴承；⑧校正电机轴或更换转子。

　　八、电动机过热甚至冒烟

　　故障原因①电源电压过高；②电源电压过低，电动机又带额定负载运行，电流过大使绕组发热；③修理拆除绕组时，采用热拆法不当，烧伤铁芯；④电动机过载或频繁起动；⑤电动机缺相，两相运行；⑥重绕后定于绕组浸漆不充分；⑦环境温度高电动机表面污垢多，或通风道堵塞；

　　故障排除①降低电源电压（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；③检修铁芯，排除故障；④减载；按规定次数控制起动；⑤恢复三相运行；⑥采用二次浸漆及真空浸漆工艺；⑦清洗电动机，改善环境温度，采用降温措施