交流伺服系统常见故障及处理

伺服驱动及电机常见故障分析与处理交流伺服电动机的分类交流伺服电动机可依据电动机运行原理的不同分为：永磁同步电机永磁无刷直流电机感应（或称异步）电机磁阻同步电机这些电机具有相同的三相绕组的定子结构。永磁同步电机永磁同步交流伺服电机，气隙磁场由稀土永磁体产生，转矩控制由调节电枢的电流实现，转矩的控制较感应电机简单，并且能达到较高的控制精度；转子无铜、铁损耗，效率高、内功率因数高，也具有无刷免维护的特点，体积和惯量小，快速性好；在控制上需要轴位置传感器，以便识别气隙磁场的位置；价格较感应电机贵。感应（或称异步）电机感应式交流伺服电机，其转子电流由滑差电势产生，并与磁场相互作用产生转矩，优点是无刷，结构坚固、造价低、免维护，对环境要求低，其主磁通用激磁电流产生，很容易实现弱磁控制，高转速可以达到4~5倍的额定转速；缺点是需要激磁电流，内功率因数低，效率较低，转子散热困难，要求较大的伺服驱动器容量，电机的电磁关系复杂，要实现电机的磁通与转矩的控制比较困难，电机非线性参数的变化影响控制精度，必须进行参数在线辨识才能达到较好的控制效果。无刷直流伺服电机，其结构与永磁同步伺服电机相同，借助较简单的位置传感器（如霍耳磁敏开关）的信号，控制电枢绕组的换向，控制最为简单；由于每个绕组的换向都需要一套功率开关电路，电枢绕组的数目通常只采用三相，相当于只有三个换向片的直流电机，因此运行时电机的脉动转矩大，造成速度的脉动，需要采用速度闭环才能运行于较低转速，该电机的气隙磁通为方波分布，可降低电机制造成本。有时，将无刷直流伺服系统与同步交流伺服混为一谈，外表上很难区分，实际上两者的控制性能是有较大差别的。磁阻同步交流伺服电机转子磁路具有不对称的磁阻特性，无永磁体或绕组，也不产生损耗；其气隙磁场由定子电流的激磁分量产生，定子电流的转矩分量则产生电磁转矩；内功率因数较低，要求较大的伺服驱动器容量，也具有无刷、免维护的特点；克服了永磁同步电机弱磁控制效果差的缺点，可实现弱磁控制，速度控制范围可达到0.1rpm~10000rpm，也兼有永磁同步电机控制简单的优点，但需要轴位置传感器，价格较永磁同步电机便宜，但体积较大些。键盘、显示RS232I/oDSP逻辑门阵列模拟输入电源、制动IGBT逆变器交流伺服电机故障检测、保护位置传感器交流伺服系统组成（1）交流伺服电动机。可分为永磁交流同步伺服电机，永磁无刷直流伺服电机、感应伺服电机及磁阻式伺服电机；（2）PWM功率逆变器。可分为功率晶体管逆变器、功率场效应管逆变器、IGBT逆变器（包括智能型IGBT逆变器模块）等。（3）微处理器控制器及逻辑门阵列。可分为单片机、DSP数字信号处理器、DSP+CPU、多功能DSP（如TMS320F240）等；交流伺服系统主要由下列几个部分构成：（4）位置传感器（含速度）。可分为旋转变压器、磁性编码器、光电编码器等；（5）电源及能耗制动电路；（6）键盘及显示电路；（7）接口电路。包括模拟电压、数字I/O及串口通讯电路（8）故障检测，保护电路。伺服驱动的接线COM+INHCLSRV-ONGAINDIVZEROSPDC-MODEA-CLRCCWLCWLS-RDY+S-RDY-ALM+ALM-COIN-COIN+BRKOFF+BRKOFF-TLCZSPCOM-FGPULS1PULS2SIGN1SIGN2GNDOA+OA-OB+OB-GNDCZSPR/TRQRGNDCCWTL/TRQRGNDOZ+OZ-CWTLSPMIMCNI/F4.7K分频器20K10K10K10K10K指令脉冲输入禁止计数清零伺服-ONP运行/第2增益选择指令脉冲分配选择控制方式选择报警清除CCW驱动禁止CW驱动禁止伺服准备好伺服报警位置到位机械制动释放转矩限制中零速检出PR0A选择PR09选择1K1KVDC12~24V指令脉冲输入A相脉冲输入B相脉冲输入C相脉冲输入Z相脉冲开集电极输出CCW转矩限制输入(0--+10伏)CW转矩限制输入(-10--0伏)速度监视输出转矩监视输出73330292728263231983534373639381110401241124356132122484923242519141516171843424647CN1/F位置控制接线图过电压输入交流电压过高;部再生放电电路故障；驱动器内部电路故障。交流伺服驱动系统主要报警及故障诊断欠电压输入交流电压过低；电源容量太小；伺服ON信号提前有效过电流电机接线短路；电机接线对地短路；驱动器的IGBT损坏；电机与驱动器不匹配。过热驱动功率元件过热；温度传感器电路故障过载超额定负载时间过长；电机振动或抖动；电机接线错误；电机轴被堵转制动过压放电电阻开路或阻值太大；负载惯量太大；电机转速太高；减速时间太短编码器出错无A和B相脉冲；引线电缆短路；噪声干扰；接地、屏蔽不良。限位保护限位开关动作；限位开关电路开路位置偏差过大指令脉冲频率太高；转矩限制太低；位置增益太小；伺服电机常见故障分析（一）电机不转1.控制模式选择不当；2.信号源选择不当；3.转矩限制禁止设定不当；4.转矩限制被设置成0；5.零速箱位被接通；6.限位开关开路,驱动禁止；7.没有伺服ON信号；8.指令脉冲禁止有效；9.轴承锁死。10.电机抱闸未打开（二）.旋转不均匀1.增益时间常数选择不当；2.速度或位置指令不稳定；3.伺服ON\转矩限制\指令脉冲禁止信号有抖动；4.速度指令包含噪声；5.信号线接触不良。（三）.定位精度不好1.指令脉冲波形不好,变形或太窄；2.指令脉冲上有噪声干扰；3.位置环增益太小；4.指令脉冲频率过高；5.伺服ON\转矩限制\指令脉冲禁止信号有抖动。（四）.初始位置变动1.Z相脉冲丢失；2.回归速度太高；3.原点接近开关输出抖动；4.编码器信号有噪声。（五）电机异常响声\振动1.速度指令包含噪声；2.增益太高；3.机械共振；4.轴锁死，轴窜动，轴变形；5.编码器出现故障：（1）.联轴器松动或断开（2）.码盘断线（3）.码盘线内部损坏或受到干扰6.电机的机械故障。（六）电机过热1.增益不当；2.驱动器与电机配合不当；3.驱动器参数设置不当；4.电机轴承故障；5.驱动器故障。谢谢！