【文章內(nèi)容簡介】 VHSV1HSV16和HSV20D四種型號。HSV11運用了矢量控制原理和柔性控制技術(shù)，共有額定電流為14A，20A， 40A， 60A 這4個系列；HSV16采用專用運動控制DSP、大規(guī)模現(xiàn)場可編程邏輯陣列（FPGA）和智能化功率模塊（IPM）等新技術(shù)設(shè)計，操作簡單、可靠性高、體積小巧、易于安裝。HSV20D是武漢華中數(shù)控股份有限公司繼HSVHSV1HSV16之后，推出的一款全數(shù)字交流伺服驅(qū)動器。具有02050、07100多種型號規(guī)格，具有很寬的功率選擇范圍。2. 交流伺服系統(tǒng)的組成交流伺服系統(tǒng)主要由下列幾個部分構(gòu)成，如圖411所示。（1）交流伺服電動機?？煞譃橛来沤涣魍剿欧妱訖C，永磁無刷直流伺服電動機、感應(yīng)伺服電動機及磁阻式伺服電動機；（2）PWM功率逆變器?？煞譃楣β示w管逆變器、功率場效應(yīng)管逆變器、IGBT逆變器（包括智能型IGBT逆變器模塊）等。（3）微處理器控制器及邏輯門陣列?？煞譃閱纹瑱C、DSP數(shù)字信號處理器、DSP+CPU、多功能DSP（如TMS320F240）等；（4）位置傳感器（含速度）?？煞譃樾D(zhuǎn)變壓器、磁性編碼器、光電編碼器等；（5）電源及能耗制動電路；（6）鍵盤及顯示電路；（7）接口電路。包括模擬電壓、數(shù)字I/O及串口通訊電路（8）故障檢測，保護電路。鍵盤、顯示RS232I/oDSP邏輯門陣列模擬輸入電源、制動IGBT逆變器交流伺服電動機故障檢測、保護位置傳感器圖411 交流伺服系統(tǒng)組成3. 交流伺服電動機的簡介交流伺服電動機可依據(jù)電動機運行原理的不同，分為感應(yīng)式（或稱異步）交流伺服電動機、永磁式同步電動機、永磁式無刷直流伺服電動機、和磁阻同步交流伺服電動機。這些電動機具有相同的三相繞組的定子結(jié)構(gòu)。感應(yīng)式交流伺服電動機，其轉(zhuǎn)子電流由滑差電勢產(chǎn)生，并與磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，其主要優(yōu)點是無刷，結(jié)構(gòu)堅固、造價低、免維護，對環(huán)境要求低，其主磁通用激磁電流產(chǎn)生，很容易實現(xiàn)弱磁控制，高轉(zhuǎn)速可以達到4~5倍的額定轉(zhuǎn)速；缺點是需要激磁電流，內(nèi)功率因數(shù)低，效率較低，轉(zhuǎn)子散熱困難，要求較大的伺服驅(qū)動器容量，電動機的電磁關(guān)系復雜，要實現(xiàn)電動機的磁通與轉(zhuǎn)矩的控制比較困難，電動機非線性參數(shù)的變化影響控制精度，必須進行參數(shù)在線辨識才能達到較好的控制效果。永磁同步交流伺服電動機，氣隙磁場由稀土永磁體產(chǎn)生，轉(zhuǎn)矩控制由調(diào)節(jié)電樞的電流實現(xiàn)，轉(zhuǎn)矩的控制較感應(yīng)電動機簡單，并且能達到較高的控制精度；轉(zhuǎn)子無銅、鐵損耗，效率高、內(nèi)功率因數(shù)高，也具有無刷免維護的特點，體積和慣量小，快速性好；在控制上需要軸位置傳感器，以便識別氣隙磁場的位置；價格較感應(yīng)電動機貴。無刷直流伺服電動機，其結(jié)構(gòu)與永磁同步伺服電動機相同，借助較簡單的位置傳感器（如霍爾磁敏開關(guān)）的信號，控制電樞繞組的換向，控制最為簡單；由于每個繞組的換向都需要一套功率開關(guān)電路，電樞繞組的數(shù)目通常只采用三相，相當于只有三個換向片的直流電動機，因此運行時電動機的脈動轉(zhuǎn)矩大，造成速度的脈動，需要采用速度閉環(huán)才能運行于較低轉(zhuǎn)速，該電動機的氣隙磁通為方波分布，可降低電動機制造成本。有時，將無刷直流伺服系統(tǒng)與同步交流伺服混為一談，外表上很難區(qū)分，實際上兩者的控制性能是有較大差別的。磁阻同步交流伺服電動機，轉(zhuǎn)子磁路具有不對稱的磁阻特性，無永磁體或繞組，也不產(chǎn)生損耗；其氣隙磁場由定子電流的激磁分量產(chǎn)生，定子電流的轉(zhuǎn)矩分量則產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩；內(nèi)功率因數(shù)較低，要求較大的伺服驅(qū)動器容量，也具有無刷、免維護的特點；并克服了永磁同步電動機弱磁控制效果差的缺點，可實現(xiàn)弱磁控制，~10000rpm，也兼有永磁同步電動機控制簡單的優(yōu)點，但需要軸位置傳感器，價格較永磁同步電動機便宜，但體積較大些。目前市場上的交流伺服電動機產(chǎn)品主要是永磁同步伺服電動機及無刷直流伺服電動機。4. 永磁式同步交流伺服電動機控制原理,需要實現(xiàn)位置、速度、,分別調(diào)節(jié)位置、速度和電流,三者之間實行串級聯(lián)接,把位置調(diào)節(jié)器的輸出當作速度調(diào)節(jié)器的輸入, 再把速度調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入,而把電流調(diào)節(jié)器的輸出經(jīng)過坐標變換后,給出同步電動機三相電壓的瞬時給定值,通過PWM逆變器,()瞬時值,也要通過坐標反變換,在結(jié)構(gòu)電流為最內(nèi)環(huán),位置為最外環(huán),形成了位置、速度、電流的三閉環(huán)控制系統(tǒng)。圖411 永磁同步電動機控制原理框圖 典型接口電路舉例及電路接口例：采用SINUMERIK802D帶總線指令接口控制的SIMODRIVE 進給驅(qū)動裝置的連線實例，如圖412所示。例：某進給伺服驅(qū)動裝置的接口如圖413所示。圖413 某進給伺服驅(qū)動裝置的內(nèi)部接口圖 進給伺服驅(qū)動系統(tǒng)常見的報警及處理 進給伺服系統(tǒng)各類故障的表現(xiàn)形式當進給伺服系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，通常有三種表現(xiàn)方式：① 在CRT或操作面板上顯示報警內(nèi)容和報警信息，它是利用軟件的診斷程序來實現(xiàn)的。② 利用進給伺服驅(qū)動單元上的硬件（如：報警燈或數(shù)碼管指示，保險絲熔斷等）顯示報警驅(qū)動單元的故障信息；③ 進給運動不正常，但無任何報警信息。其中前兩類，都可根據(jù)生產(chǎn)廠家或公司提供的產(chǎn)品《維修說明書》中有關(guān)“各種報警信息產(chǎn)生的可能原因”的提示進行分析判斷，一般都能確診故障原因、部位。對于第三類故障，則需要進行綜合分析，這類故障往往是以機床上工作不正常的形式出現(xiàn)的，如機床失控、機床振動及工件加工質(zhì)量太差等。伺服系統(tǒng)的故障診斷，雖然由于伺服驅(qū)動系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的不同，在具體做法上可能有所區(qū)別，但其基本檢查方法與診斷原理卻是一致的。診斷伺服系統(tǒng)的故障，一般可利用狀態(tài)指示燈診斷法、數(shù)控系統(tǒng)報警顯示的診斷法、系統(tǒng)診斷信號的檢查法、原理分析法的等等。 軟件報警（CRT顯示）故障及處理1. 進給伺服系統(tǒng)出錯報警故障 這類故障的起因，大多是速度控制單元方面的故障引起的，或是主控制印制線路板與位置控制或伺服信號有關(guān)部分的故障。例：下表為FANUC PWM速度控制單元的控制板上的7個報警指示燈，分別是BRK、HVAL、HCAL、OVC、LVAL、TGLS以及DCAL；在它們下方還有PRDY（位置控制已準備好信號）和VRDY（速度控制單元已準備好信號）2個狀態(tài)指示燈，其含義見表411。表411 速度控制單元狀態(tài)指示燈一覽表代號含義備注代號含義備注BRK驅(qū)動器主回路熔斷器跳閘紅色TGLS轉(zhuǎn)速太高紅色HCAL驅(qū)動器過電流報警紅色DCAL直流母線過電壓報警紅色HVAL驅(qū)動器過電壓報警紅色PRAY位置控制準備好綠色OVC驅(qū)動器過載報警紅色VRDY速度控制單元準備好綠色LVAL驅(qū)動器欠電壓報警紅色備注：表示出于含義說明中是的狀態(tài)2. 檢測元件（測速發(fā)電動機、旋轉(zhuǎn)變壓器或脈沖編碼器）或檢測信號方面引起的故障。例如：某數(shù)控機床顯示“主軸編碼器斷線”。引起的原因有：① 電動機動力線斷線。如果伺服電源剛接通，尚未接到任何指令時，就發(fā)生這種報警，則由于斷線而造成故障可能性最大。② 伺服單元印制線路板上設(shè)定錯誤，如將檢測元件脈沖編碼器設(shè)定成了測速發(fā)電動機等。③ 沒有速度反饋電壓或時有時無，這可用顯示其來測量速度反饋信號來判斷，這類故障除檢測元件本身存在故障外，多數(shù)是由于連接不良或接通不良引起的。④ 由于光電隔離板或中間的某些電路板上劣質(zhì)元器件所引起的。當有時開機運行相當長一段時間后，出現(xiàn)“主軸編碼器斷線”，這時，重新開機，可能會自動消除故障。3. 參數(shù)被破壞 參數(shù)被破壞報警表示伺服單元中的參數(shù)由于某些原因引起混亂或丟失。引起此報警的通常原因及常規(guī)處理見表412。表412 “參數(shù)被破壞”報警綜述警報內(nèi)容警報發(fā)生狀況可能原因處理措施參數(shù)破壞在接通控制電源時發(fā)生正在設(shè)定參數(shù)時電源斷開進行用戶參數(shù)初始化后重新輸入?yún)?shù)正在寫入?yún)?shù)時電源斷開超出參數(shù)的寫入次數(shù)更換伺服驅(qū)動器（重新評估參數(shù)寫入法）伺服驅(qū)動器EEPROM以及外圍電路故障更換伺服驅(qū)動器參數(shù)設(shè)定異常在接通控制電源時發(fā)生裝入了設(shè)定不適當?shù)膮?shù)執(zhí)行用戶參數(shù)初始化處理4. 主電路檢測部分異常 引起此報警的通常原因及常規(guī)處理見下表413。表413 “主電路檢測部分異?！眻缶C述警報內(nèi)容警報發(fā)生狀況可能原因處理措施主電路檢測部分異常在接通控制電源時或者運行過程中發(fā)生控制電源不穩(wěn)定將電源恢復正常伺服驅(qū)動器故障更換伺服驅(qū)動器5. 超速 引起此報警的通常原因及常規(guī)處理見下表414。表414 “超速”報警綜述警報內(nèi)容警報發(fā)生狀況可能原因處理措施超速接通控制電源時發(fā)生電路板故障更換伺服驅(qū)動器電動機編碼器故障更換編碼器電動機運轉(zhuǎn)過程中發(fā)生速度標定設(shè)定不合適重設(shè)速度設(shè)定速度指令過大使速度指令減到規(guī)定范圍內(nèi)電動機編碼器信號線故障重新布線電動機編碼器故障更換編碼器電動機啟動時發(fā)生超跳過大重設(shè)伺服調(diào)整使起動特性曲線變緩負載慣量過大伺服在慣量減到規(guī)定范圍內(nèi)6. 限位動作 限位報警主要指的就是超程報警。引起此報警的通常原因及常規(guī)處理見下表415。表415 “限位”報警綜述警報發(fā)生狀況可能原因處理措施限位開關(guān)動作限位開關(guān)有動作（即控制軸實際已經(jīng)超程）；參照機床使用說明書進行超程解除限位開關(guān)電路開路。依次檢查限位電路，處理電路開路故障7. 過熱報警故障 所謂過熱是指伺服單元、變壓器及伺服電動機等的過熱。引起過熱報警的原因見表416。表416 伺服單元過熱報警原因綜述表過熱報警過熱的具體表現(xiàn)過熱原因處理措施過熱的繼電器動作機床切削條較苛刻重新考慮切削參數(shù)，改善切削條件機床摩擦力矩過大改善機床潤滑條件熱控開關(guān)動作伺服電動機電樞內(nèi)部短路或絕緣不良加絕緣層或更換伺服電動機電動機制動器不良更換制動器電動機永久磁鋼去磁或脫落更換電動機電動機過熱驅(qū)動器參數(shù)增益不當；重新設(shè)置相應(yīng)參數(shù)驅(qū)動器與電動機配合不當；重新考慮配合條件電動機軸承故障；更換軸承驅(qū)動器故障。更換驅(qū)動器例如：某伺服電動機過熱報警，可能原因有：① 過負荷?？梢酝ㄟ^測量電動機電流是否超過額定值來判斷。② 電動機線圈絕緣不良?？捎?00V絕緣電阻表檢查電樞線圈與機殼之間的絕緣電阻。如果在1MΩ以上，表示絕緣正常。③ 電動機線圈內(nèi)部短路?？尚断码妱訖C，測電動機空載電流，如果此電流與轉(zhuǎn)速成正比變化，則可判斷為電動機線圈內(nèi)部短路。④ 電動機磁鐵推辭?？赏ㄟ^快速旋轉(zhuǎn)電動機時，測定電動機電樞電壓是否正常。如電壓低且發(fā)熱，則說明電動機已退磁。應(yīng)重新充磁。⑤ 制動器失靈。當電動機帶有制動器時，如電動機過熱則應(yīng)檢查制動器動作是否靈活。⑥ CNC裝置的有關(guān)印制線路板不良。8. 電動機過載 引起的通常原因及常規(guī)處理見表417。表417 伺服驅(qū)動系統(tǒng)過載報警綜述表警報內(nèi)容警報發(fā)生狀況可能原因處理措施過載（一般有連續(xù)最大負載和瞬間最大負載）在接通控制電源時發(fā)生伺服單元故障更換伺服單元在伺服ON時發(fā)生電動機配線異常（配線不良或連接不良）修正電動機配線編碼器配線異常（配線不良或連接不良）修正編碼器配線編碼器有故障（反饋脈沖與轉(zhuǎn)角不成比例變化，而有跳躍）更換編碼器伺服單元故障更換伺服單元在輸入指令時伺服電動機不旋轉(zhuǎn)的情況下發(fā)生電動機配線異常（配線不良或連接不良）修正電動機配線編碼器配線異常（配線不良或連接不良）修正編碼器配線起動扭矩超過最大扭矩或者負載有沖擊現(xiàn)象；電動機振動或抖動；重新考慮負載條件、運行條件或者電動機容量伺服單元故障更換伺服單元在通常運行時發(fā)生有效扭矩超過額定扭矩或者起動扭矩大幅度超過額定扭矩重新考慮負載條件、運行條件或者電動機容量伺服單元存儲盤溫度過高將工作溫度下調(diào)伺服單元故障更換伺服單元9. 伺服單元過電流報警 引起過流的通常原因及常規(guī)處理見下表418。表418 伺服單元過電流報警綜述警報內(nèi)容警報發(fā)生狀況可能原因處理措施過電流（功率晶體管（IGBT）產(chǎn)生過電流）或者散熱片過熱在接通控制電源時發(fā)生伺服驅(qū)動器的電路板與熱開關(guān)連接不良更換伺服驅(qū)動器伺服驅(qū)動器電路板故障在接通主電路電源時發(fā)生或者在電動機運行過程中產(chǎn)生過電流接 線 錯 誤U、V、W與地線連接錯誤檢查配線，正確連接地線纏在其他端子上電動機主電路用電纜的U、V、W與地線之間短路修正或更換電動機主電路用電纜電動機主電路用電纜的U、V、W之間短路再生電阻配線錯誤檢查配線，正確連接伺服驅(qū)動器的U、V、W與地線之間短路更換伺服驅(qū)動器伺服驅(qū)動器故障（電流反饋電路、功率晶體管或者電路板故障）伺服電動機的U、V、W與地線之間短路更換伺服單元伺服電動機的U、V、W之間短路其 他 原 因因負載轉(zhuǎn)動慣量大并且高速旋轉(zhuǎn)，動態(tài)制動器停止，制動電路故障更換伺服驅(qū)動器（減少負載或者降低使用轉(zhuǎn)速）位置速度指令發(fā)生劇烈變化重新評估指令值負載是否過大，是否超出再生處理能力等重新考慮負載條件、運行條件伺服驅(qū)動器的安裝方法（方向、與其他部分的間隔）不適合將伺服驅(qū)動器的環(huán)境溫度下降到55℃一下伺服驅(qū)動器的風扇停止轉(zhuǎn)動更換伺服驅(qū)動器伺服驅(qū)動器故障驅(qū)動器的IGBT損壞；最好是更換伺服驅(qū)動器電動機與驅(qū)動器不匹配重新選配10. 伺服單元過電壓報警 引起過壓的通常原因及常規(guī)處理見下表419。表419 伺服單元過電壓報警綜述警報內(nèi)容警報發(fā)生狀況可能原因處理措施過