伺服电机的常见问题和维修方法有哪些，伺服电机的常见问题和维修方法

很多朋友对伺服电机的常见问题和维修方法有哪些，伺服电机的常见问题和维修方法不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

伺服系统是机电产品中的重要环节，它能提供最高水平的动态响应和扭矩密度，因此驱动系统的发展趋势是采用交流伺服驱动取代传统的液压、直流、步进和交流变频速度控制驱动器，以便将系统性能提升到一个全新的水平，包括更短的循环时间、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。为了使伺服电机获得更好的性能，有必要了解伺服电机的一些特性。

伺服电机使用中常见问题

问题一：噪音、不稳定

客户在一些机械上使用伺服电机时，经常会出现噪音过大、电机驱动的负载运行不稳定等现象。出现这个问题的时候，很多用户的第一反应就是伺服电机质量不好，因为有时换成电机或者变频电机来驱动负载，但噪音和不稳定度却小了很多。从表面上看，确实是伺服电机的原因，但是当我们仔细分析伺服电机的工作原理后，就会发现这个结论是完全错误的。

交流伺服系统包括：伺服驱动器、伺服电机和反馈传感器（伺服电机一般带有光学偏光片）。所有这些部件都工作在一个控制闭环系统中：驱动器从外部接收参数信息，然后向电机发送一定的电流，由电机将电流转化为扭矩来驱动负载。负载根据自身特性作用或加减速，传感器测量负载。使驱动装置将设定信息值与实际位置值进行比较，然后通过改变电机电流来使实际位置值与设定信息值保持一致。当由于负载突然变化而导致速度变化时，偏置编码器知道速度变化后，会立即响应伺服驱动器，驱动器会改变提供给伺服电机的电流值以满足负载变化并返回至设定速度。交流伺服系统是一个响应非常高的全闭环系统，负载波动和速度修正之间的时滞响应非常快。此时，真正限制系统响应效果的是机械连接装置的传输时间。

举一个简单的例子：有一台机器，采用伺服电机通过V型带驱动恒速、高惯量的负载。整个系统需要获得恒速和较快的响应特性，并分析其动作过程。

当驱动器向电机发送电流时，电机立即产生扭矩；刚开始时，由于V型带会有弹性，负载的加速速度不会像电机那么快；伺服电机会比负载更早达到设定转速，此时电机上的偏置编码器会减弱电流，进而减弱扭矩；随着三角带张力的增大，电机的速度会减慢，此时驱动器会再次增大电流，如此循环往复。

在这个例子中，系统正在振荡，电机扭矩正在波动，负载速度也随之波动。结果当然是噪音、磨损和不稳定。然而，这一切都不是伺服电机造成的。这种噪音和不稳定源于机械传动，是由于伺服系统的响应速度（高）与机械传动或响应时间（较长）不匹配造成的。即伺服电机的响应速度快于系统调整到新扭矩所需的时间。

一旦找到了问题的根源，解决起来就会容易很多。对于上面的例子，您可以：

(1)增加机械刚性并降低系统惯量，减少机械传动部分的响应时间，如用螺杆直接传动代替V形带或用齿轮箱代替V形带；

(2)降低伺服系统的响应速度，减小伺服系统的控制带宽，例如减小伺服系统的增益参数值。

当然，以上只是噪音和不稳定的原因之一。对于不同的原因，会有不同的解决办法，比如机械共振引起的噪音。伺服方面，可以采用谐振抑制、低通滤波等方法。总之，噪声和不稳定的原因基本上不是伺服电机本身造成的。

问题2：惯性匹配

在伺服系统的选型和调试中，经常会遇到惯性问题！

具体表现是：

：1、在伺服系统的选型中，除了考虑电机的扭矩、额定转速等因素外，我们还需要首先计算机械系统换算到电机轴的惯量，然后根据根据实际机械动作要求和工件质量要求来专门选择惯量大小合适的电机。

：2、调试时（手动模式），正确设置惯量比参数是充分发挥机械和伺服系统最佳性能的前提。这点在需要高速、高精度的系统中尤为突出（台达伺服惯量比参数为1-37，JL/JM）。这样就存在惯性匹配的问题！

那么“惯性匹配”到底是什么？

：1、根据牛顿第二定律：“进给系统所需扭矩T=系统驱动惯量J角加速度

角加速度影响系统的动态特性。 越小，从控制器发出指令到系统完成执行所需的时间越长，系统响应越慢。如果变化，系统响应会忽快忽慢，影响加工精度。由于电机选定后最大输出T值不会发生变化，如果预计的变化较小，则J应尽可能小。

：2、进给轴总惯量》J=伺服电机的转动惯量JM+电机轴换算的负载惯量JL

负载惯量JL由（以机床为例）工作台及夹具和工件、丝杠、联轴器等直线和旋转运动部件的惯量换算为电机轴的惯量组成。 JM 为伺服电机的转子惯量。伺服电机选定后，该值为固定值，而JL随着工件等负载的变化而变化。如果预计J的变化率较小，则将JL的比例设置得较小为宜。这就是通俗意义上的“惯性匹配”。

了解了什么是惯性匹配，惯性匹配的具体影响是什么以及如何确定？

影响：

传动惯量对伺服系统的精度、稳定性和动态响应有影响。如果惯量大，系统的机械常数就大，响应慢，就会降低系统的固有频率，容易引起共振，从而限制伺服带宽，影响伺服系统。精度、响应速度、适当增大惯性才对提高低速爬行有利。因此，在机械设计中，应在不影响系统刚度的情况下尽可能减小惯量。

当然：

测量机械系统的动态特性时，惯量越小，系统的动态响应越好；惯量越大，电机的负载越大，控制也越困难，但机械系统的惯量必须与电机的惯量相匹配。不同的机构对于惯性匹配原理有不同的选择，具有不同的功能和表现。例如，数控中心机通过伺服电机进行高速切削时，当负载惯量增大时，会发生：

(1)当控制指令改变时，电机需要较长时间才能达到新指令的速度要求。

(2)机床沿两轴进行快速圆弧切削时，会出现较大误差：

一般伺服电机，当JLJM时，不会出现上述问题；

当JL=3JM时，电机的可控性会略有下降，但不会影响正常金属切削（高速曲线切削一般建议JLJM）；

当JL3JM时，电机的可控性会明显下降，特别是在高速曲线切削时。

不同的机构动作和加工质量要求，对JL与JM的关系有不同的要求。惯量匹配的确定需要根据机械工艺特点和加工质量要求来确定。

问题：三、伺服电机选型

选择机械传动方案后，需要选择并确认伺服电机的型号和尺寸。

(1)选型条件——选型伺服电机时一般必须满足以下条件：

电机最高速度系统所需的最大移动速度；

电机转子惯量与负载惯量匹配；

连续负载工作扭矩电机额定扭矩；

电机最大输出扭矩系统所需的最大扭矩（加速时的扭矩）。

(2)选型计算：

惯量匹配计算（JL/JM）

转速计算（负载端速度、电机端速度）

负载扭矩计算（连续负载操作扭矩、加速时扭矩）

伺服电机故障排除的13 个技巧

由于伺服电机长期连续使用或用户操作不当，经常会出现电机故障，维护也相对复杂。小编收集了13种伺服电机常见故障及维修方法供大家学习。

：一、伺服电机启动前应做什么

1）测量绝缘电阻（低压电机应不低于0.5M）。

2）测量电源电压，检查电机接线是否正确，电源电压是否符合要求。

3）检查起动设备是否完好。

4) 检查保险丝是否合适。

5）检查电机接地是否良好，接零。

6) 检查传动装置是否有缺陷。

7) 检查电机所处的环境是否合适，并清除易燃物等杂物。

：二、伺服电机轴承过热的原因有哪些

电机本身：

1）轴承内外圈配合过紧。

2）零件形位公差有问题，如机座、端盖、轴等零件同轴度不好。

3）轴承选用不当。

4）轴承润滑不良或轴承不清洁，润滑脂中有杂物。

5) 轴电流。

用法：

1）机组安装不当，如电机轴与被驱动装置的同轴度符合要求。

2）皮带轮拉力太紧。

3）轴承保养不好，润滑脂不足或超过使用寿命，干燥变质。

：三、伺服电机三相电流不平衡是什么原因

1）三相电压不平衡。

2）电机内部某相支路焊接不良或接触不良。

3）电机绕组匝间短路或相地短路。

4) 接线错误。

：四、如何控制伺服电机的速度

伺服电机是典型的闭环反馈系统。减速齿轮组由电机驱动，其端子（输出端）驱动线性比例电位器进行位置检测。电位器将旋转角度坐标转换成比例电压反馈给控制电路板。控制电路板将其与输入的控制脉冲信号进行比较，产生校正脉冲，驱动电机正转或反转，使齿轮组的输出位置与预期值相匹配，从而使校正脉冲趋于0、达到伺服精确定位和电机恒速的目的。

：五、电机运转时观察碳刷与换向器之间是否有火花及火花程度，并进行修复

：1、只有2到4个微小的火花。此时，如果换向器表面平整。大多数情况下，无需维修；

：2、没有任何火花。无需维修；

：3、有4个以上很小的火花，有1到3个较大的火花，不必拆动电枢，只需用砂纸打磨碳刷换向器即可；

：4、如果出现4个以上的大火花，需要用砂纸打磨换向器，并且必须拆下碳刷和电枢。更换碳刷并研磨碳刷。

：六、换向器维修

：1、换向器表面明显凹凸不平（用手能感觉到）或电机运转时有火花如第四种情况。这时需要将电枢拆开，用精密机床加工转换器；

：2、基本平整，但有很小的划痕或火花，如第二种情况，可以在不拆动衔铁的情况下，用水砂纸手动打磨l口1。打磨的顺序是：先按照换向器的外圆弧加工一个木制工具，将几种不同厚度的水砂纸切成与换向器一样宽的长条，然后取下碳刷（请注意在手柄上做标记） （将拆下的碳刷和碳刷槽上的碳刷固定好，确保安装时左右两侧不被更换）用裹着砂纸的木制工具将换向器粘牢，另一只手按电机旋转方向，轻轻轻轻地将换向器轴转动一圈。伺服电机维修所用砂纸厚度的顺序是先粗后细。当一张砂纸太盲目而无法使用时，请更换另一张更细的砂纸，直到最细的水砂纸（或金相砂纸）用完为止。

：七、如何将伺服电机编码器相位零点与转子磁极相位零点对齐

：1、增量编码器相位对齐

带换向信号的增量编码器的UVW电子换向信号的相位与转子磁极的相位，即电角相位的对准方法如下：

1）用直流电源向电机UV绕组通小于额定电流的直流电流，U入，V出，电机轴定向至平衡位置；

2）用示波器观察编码器的U相信号和Z信号；

3）调整编码器轴与电机轴的相对位置；

4）调整时，观察编码器U相信号和Z信号的跳变沿，直到Z信号稳定在高电平（这里Z信号默认状态为低电平），锁定相对位置编码器和电机之间。位置关系；

5) 来回扭转电机轴，松手后，如果电机轴每次都能自由回到平衡位置，Z 信号能稳定在高电平，则对中有效。

：2、绝对编码器相位对齐

绝对式编码器的相位对准对于单圈和多圈来说没有太大区别。事实上，编码器的检测相位和电机电角的相位在一圈内对齐。目前，一种非常实用的方法是，将编码器随机安装在电机轴上后，利用编码器内部的EEPROM来存储测量的相位。具体方法如下：

1）将编码器随机安装在电机上，即将编码器轴和电机轴、以及编码器外壳和电机外壳加固；

2）用直流电源向电机UV绕组通小于额定电流的直流电流，U进，V出，电机轴定向至平衡位置；

3）使用伺服驱动器读取绝对式编码器的单圈位置值，并将其存储在记录电机电角初始相位的编码器内部的EEPROM中；

4) 对准过程结束。

：八、维修伺服电机运动现象

送料时有移动现象，测速信号不稳定，如编码器有裂纹；端子接触不良，如螺丝松动等；这是由于进给驱动链的反向间隙或伺服驱动器增益过大造成的。

：九、伺服电机维修爬行现象

大多发生在启动加速段或低速进给，一般是由于进给传动链润滑不良、伺服系统增益低、外部负载过大等因素造成的。特别需要注意的是，用于连接伺服电机和滚珠丝杠的联轴器，由于连接松动或者联轴器本身存在裂纹等缺陷，会导致滚珠丝杠和伺服电机转动不同步，使进给运动时快时慢。

：十、伺服电机维修振动现象

当机床高速运行时，可能会产生振动，此时会产生过流报警。机床振动问题一般属于速度问题，因此应寻找速度环问题。

十：一、伺服电机维修扭矩降低现象

当伺服电机从额定堵转扭矩运行到高速时，发现扭矩会突然下降，这是由于电机绕组散热损坏和机械部分发热造成的。高速时，电机温升会增加。因此，正确使用伺服电机前必须检查电机的负载。

十：二、伺服电机维修位置错误现象

当伺服轴移动超出位置公差范围（KNDSD100出厂标准设置PA17：400，位置公差检测范围）时，伺服驱动器将出现“4”位置公差报警。主要原因是：系统设定的公差范围小；伺服系统增益设置不当；位置检测装置被污染；送料传动链累计误差过大等。

10：三、维修伺服电机不转现象

除了将数控系统的脉冲+方向信号连接到伺服驱动器外，还有一个使能控制信号，一般为DC+24V继电器线圈电压。伺服电机不转，常见的诊断方法有：检查数控系统是否有脉冲信号输出；伺服电机确认抱闸已打开；驱动器有故障；伺服电机故障；伺服电机与滚珠丝杠之间的联轴器无效或键脱开等。

伺服电机编码器这样安装可以减少故障

电气安装：

在现场实际应用中，我们会遇到安装中的各种问题，包括机械方面和电气方面。如果不注意或操作不当，将会影响编码器的正常使用和寿命。下面的说明对安装给出了详细的说明，这对我们的应用体验更有帮助。

电气接口：

每种电接口都有各自的特点，也有不同的波特率和传输距离，可根据现场具体应用环境进行选择。实际传输距离和传输速率、编码器和通讯电缆的安装干扰环境、接地、接线电缆的选择有很大关系。

电缆布线：

编码器接线应按参数表中电气说明进行连接。未使用的电线应单独绝缘或用绝缘套管包裹，以免与其他信号线或电源线短路而损坏编码器。

编码器的电气接线必须在完全断电的情况下进行，带电插拔连接器或电缆很容易损坏编码器。

电源电压必须在额定值范围内，过高的电压长期使用会损坏编码器。

电源电压必须稳定，不能有大的波动。不要与高干扰元件（如变频器、电磁阀、接触器）共用电源，也可采用滤波电源。

针对不同的使用环境，选择正确的电缆使用：

(1)选择拖缆槽内的拖缆，避免对缆线和插座造成机械损坏；

(2) 在加工设备上选择耐油、耐冷却剂、耐切削屑的电缆，避免电缆跳线和编码器外壳的穿透；

(3) 编码器通讯电缆必须使用专用屏蔽电缆。

编码器通讯电缆接线时应注意什么

1、通讯电缆必须远离电机、变压器、变频器等磁场干扰严重的设备；

2、通讯电缆必须与电力电缆、大功率电缆、高噪声电缆分开敷设，最好采用屏蔽良好的金属电缆套管；

3、电气柜与其他电缆之间至少保持2cm的距离，电气柜外保持50cm的距离；

4、如果空间有限，请使用金属隔板、金属套管、金属线槽，并保持良好接地；

5、电缆走线要合理，避免预留电缆过长，造成线槽堵塞；

6、为了避免耦合干扰，应尽量减少信号线和电源线平行走线的可能性；

7、电缆应尽量靠近金属部件布置，如控制柜面板、横梁、金属导轨等；

8、必须使用金属电缆支架，且支架的连线必须接地；

组件布局：

编码器现场安装时，不能与变频器、变压器、电磁阀等高干扰源设备安装在一起。保持10cm距离，或安装金属隔板隔离。

与编码器通讯的模块安装在电气柜内时，不能与变频器、接触器等高干扰源元件或经常断开的开关元件安装在一起。保持3cm距离，或安装金属隔板隔离。

接地保护：

电缆的屏蔽层应在信号接收端单端接地，防止两个接地点之间的漏电流损坏电缆；

如果电缆的屏蔽线不能达到良好的接地保护，则需要连接单独的接地线进行屏蔽；

远距离连接接地时，需在产品外壳与接地点之间加一条黄绿线作为等电位补偿线；

屏蔽电缆两端必须连接到电器元件（编码器或电柜）的金属外壳上，并保证正确连接（与金属表面大面积接触）；

以上安装说明供您在现场安装和维护工作时参考，希望能帮助您提高工作效率，尽快预防故障，保证编码器的正常运行。

审计唐子红

以上知识分享希望能够帮助到大家！