西门子6ES7223-1PH22-0XA8详解说明

西门子6ES7223-1PH22-0XA8详解说明我给大家介绍一下在我们行业经常遇到的步进,它的结构组成和工作原理。1、步进电动机它主要也是由定子和转子两部分组成的（hb混合型步进电动机）,大家看一下下面这个图片,如图1：我们从左往右看啊,个小的,接着大的,右边这个有两股线的它是带编码器的,它是可以进行闭环控制的。我们右边的是的立体图,有了这个立体图呢就便于大家了解它的真式结构,它上面呢有定子、转子（转子上面有磁钢有齿牙）、线圈、这个就是我们的混合式的步进电动机,现在是我们用的广泛的步进电机。大家再看一下下面是一个拆开的步进电机,这个比较直观,如图2：大家仔细看一下,我们这个定子铁芯它里面的绕组和交流电动机是不是有点不一样呀？它里面有绕组,有定子铁芯。这个定子它主要是由硅钢片一片一片的组合起来的,大家有空的时候可以去看一下,它这样的组装方法呢,主要防止形成涡流,我们再看一下下面这个图,如图3：大家看一下这里总共有几个绕组？8个是不是,大家再看一下上面那个绕组和下面那个绕组我在中间连了一根直线,就是说这两个绕组我们可以把它连接起来变成一个绕组,其余的绕组也是一样的,这样就变成了4个绕组,每一个绕组都是绕在硅钢上的,硅钢上面呢,都是有槽的,这个槽它的宽度跟那个转子上面刻的槽它是一样的,它都是一比一的,凸出来和凹进去是相等的。因为它用的都是直流电,我们一通电它就形成磁场,我们看一下下面这个图,如图4：只要我们一通电,这边就是s极,另一边呢就是n极,如果把线接反了,那么它的磁极也会跟着就反过来了,所以,这个混合式步进电机它的通电的方式是：来回改变的。大家有机会可以去找一个坏的步进电机自己动手去拆开来看一下,它接出来有8根线,它是两个线圈连在一起接出来两根线（也就是说,它是把两个线圈串接起来形成一个线圈）,我在这个图上面已经给大家标出来了,8个线圈就形成了4个线圈,那么问题来了,我就知道有人会问？你把人家的8个线圈改变成了4个线圈,那我可不可以把它变成两（2）个线圈呀？当然可以,我们把4个线圈接在一起,采用并励接法或串励接法,还有的人还是问,那可不可以把两个线圈接成一个线圈呢？我的回答是可以的,那样你的老板就叫你明天不用来上班了！所以大家在接线的时候一定要注意千万不要把线接错了。下面呢,我们再看一下转子,如图5：转子：转子铁芯、永磁铁,它有两组磁铁,一头s极一头是n极,它这样排列呢,主要作用是推力比较大,大家再看一下那个s极和n极的磁条它们的对应是等距的,它的那个槽的部分对着那个突出的部分,也就是说s极和n极要错一个槽,那它有什么好处呢？就是一个推一个拉的作用。步进电动机有哪些主要的参数呢？如图6：在我们市场上呢两相多,用量是大的,这个就是它的相数也就是线圈的组数。第二一个呢就是它的拍数,如图7：拍数：这句话是什么意思呢？比如说像这个a线圈4个线圈通电了,就要吸引它,那么我b线圈通电了（当然a线圈这个时候已经断电）,b线圈又吸引它,那么它就要转一个齿（一个角度,15度）,当这个b线圈通完电呢,c线圈又通电,通电就吸引它,那么它又转一个角度,后呢,它就是a线圈、b线圈、c线圈通完电之后,它又是下一个a线圈、b线圈、c线圈通完电之后,又是下一个abc线圈通电之后,有后一个abc线圈通完电就是一个磁场周期,那么他需要的脉冲数呢就是abc三个脉冲（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。“伺服”一词源于希腊语“奴隶”的意思，“伺服电机”可以理解为服从控制信号指挥的电机：在控制信号发出之前，转子静止不动；当控制信号发出时，转子立即转动；当控制信号消失时，转子能即时停转。因此伺服电机指的是随时跟随命令进行动作的一种电机，是以其工作性质命名的，概念上和“直流电机”“异步电机”“同步电机”这些常见以电机驱动方式来分类的方式不一样，注意不要混肴。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成轴上的角位移或角速度输出。伺服电机主要分为直流伺服电机和交流伺服电机，其中直流伺服又分为有刷直流伺服和无刷直流伺服，交流伺服又分为异步交流伺服和永磁同步交流伺服。（实际上无刷直流伺服也算是交流伺服一派的，只不过区别在于用直流供电，并控制器换向实现交流电机驱动）但由于主要用于控制，因此市面上大多的伺服电机通常是指永磁同步电机，因为其控制响应性能优；久而久之，大家日常说道的伺服电机通常都是指永磁同步电机。永磁同步伺服电机永磁同步伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的u/v/w三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。特点如下：控制速度非常快，从启动到额定转速只需几毫秒；而相同情况下异步电机却需要几秒钟。启动扭矩大，可以带动大惯量的物体进行运动。功率密度大，相同功率范围下相比异步电机可以把体积做得更小、重量做得更轻。运行效率高。可支持低速长时间运行。断电无自转现象，可快速控制停止动作。但随着异步电机控制技术的不断发展，当前以模拟信号控制的异步电机在控制响应方面性能也跟上来了，且其亦具备永磁同步电机不具备的优点，因此异步伺服电机作为伺服电机行业的一股新生力量也在渐露头角。异步伺服电机异步伺服电机实际上和异步电机是几乎完全相似的，不过其引入了编码器实现了对电机的闭环控制，因此也可以视为伺服电机的一种。尤其是当前变频调速技术的飞速发展，异步伺服电机的实际控制性能也很不错，配合其支持大功率、高转速的特点，在一些永磁同步电机无法胜任的地方大放异彩。特点如下：功率可以做得很大，设计成熟，运行可靠性高。支持高速（过10000rpm）长时间运行，同比下永磁电机高只能做到6000~8000rpm转速。，在对控制精度要求不高的情况下可以替代永磁电机使用。机床的驱动电机包括进给和主轴伺服电机两类。商在选购电机时担心切削力不够，往往选择较大规格的马达，这不但会增加机床的制造成本，而且使之体积增大，其结构布局不紧凑。因此，一定要通过具体的分析计算，选择佳规格的电机。 进给驱动伺服电机的选择1、原则上应该根据负载条件来选择伺服电机。在电机轴上所加的负载有两种，即阻尼转矩和惯量负载。这两种负载都要正确地计算，其值应满足下列条件:1) 当机床作空载运行时，在整个速度范围内，加在伺服电机轴上的负载转矩应在电机连续额定转矩范围内，即应在转矩—速度特性曲线的连续工作区。2) 大负载转矩，加载周期以及过载时间都在提供的特性曲线的准许范围以内。3) 电机在加速/减速过程中的转矩应在加减速区(或间断工作区)之内。4) 对要求频繁起，制动以及周期性变化的负载，必须检查它的在一个周期中的转矩均方根值。并应小于电机的连续额定转矩。加在电机轴上的负载惯量大小对电机的灵敏度和整个伺服系统的精度将产生影响。通常，当负载小于电机转子惯量时，上述影响不大。但当负载惯量达到甚至超过转子惯量的5倍时，会使灵敏度和响应时间受到很大的影响。甚至会使伺服放大器不能在正常调节范围内工作。所以对这类惯量应避免使用。推荐对伺服电机惯量jm和负载惯量jl之间的关系:1<=jl/jm<52、负载转矩的计算方法 加到伺服电机轴上的负载转矩计算公式，因机械而异。但不论何种机械，都应计算出折算到电机轴上的负载转矩。通常，折算到伺服电机轴上的负载转矩可由下列公式计算:tl=(f*l/2πμ)+t0式中:tl—折算到电机轴上的负载转矩(n。m); f—轴向移动工作台时所需要的力 l—电机轴每转的机械位移量(m) to—滚珠丝杠螺母，轴承部分摩擦转矩折算到伺服电机轴上的值(n。m) μ—驱动系统的效率 f取决于工作台的重量，摩擦系数，水平或垂直方向的切削力，是否使用了平衡块(用在垂直轴)。如果是水平方向，f轴的值由上图例给出。无切削时: f=μ*(w+fg)切削时: f=fc+μ*(w+fg+fcf)w:滑块的重量(工作台与工件)kg μ:摩擦系数 fc:切削力的反作用力 fg:用镶条固紧力fcf:由于切削力靠在滑块表面作用在工作台上的力(kg)即工作台压向导轨的正向压力。计算转矩时下列几点应特别注意。(a)由于镶条产生的摩擦转矩必须充分地考虑。通常，仅仅从滑块的重量和摩擦系数来计算的转矩很小的。情特别注意由于镶条加紧以及滑块表面的精度误差所产生的力矩。(b)由于轴承，螺母的预加载，以及丝杠的预紧力滚珠接触面的摩擦等所产生的转矩均不能忽略。尤其是小型轻重量的设备。这样的转矩响应乡整个转矩。所以要特别注意。(c)切削力的反作用力会使工作台的摩擦增加，以此承受切削反作用力的点与承受驱动力的点通常是分离的。如图所示，在承受大的切削反作用力的瞬间，滑块表面的负载也增加。当计算切削期间的转矩时，由于这一载荷尔引起的摩擦转矩的增加应给予考虑。(d)摩擦转矩受进给速率的影响很大，必须研究测量因速度工作台支撑物(滑块，滚珠，浄压力)，滑块表面材料及润滑条件的改变而引起的摩擦的变化。已得出正确的数值。(e)通常，即使在同一台的机械上，随调整条件，周围温度，或润滑条件等因素而变化。当计算负载转矩时，请尽量借助测量同种机械上而积累的参数，来得到正确的数据。3、负载惯量的计算 由电机驱动的所有运动部件，无论旋转运动的部件，还是直线运动的部件，都成为电机的负载惯量。电机轴上的负载总惯量可以通过计算各个被驱动的部件的惯量，并按一定的规律将其相加得到。1) 圆柱体惯量 如滚珠丝杠，齿轮等围绕其中心轴旋转时的惯量可按下面公式计算: j=(πγ/32)*d4l (kg cm2)如机构为钢材，则可按下面公式计算;j=(0.78*10-6)*d4l (kg cm2)式中; γ—材料的密度(kg/cm2) d—圆柱体的直经(cm) l—圆柱体的长度(cm)2) 轴向移动物体的惯量 工件，工作台等轴向移动物体的惯量，可由下面公式得出:j=w*(l/2π)2 (kg cm2)式中; w—直线移动物体的重量(kg) l—电机每转在直线方向移动的距离 (cm)3) 圆柱体围绕中心运动时的惯量如图所示:属于这种情况的例子; 如大直经的齿轮，为了减少惯量，往往在圆盘上挖出分布均匀的孔这时的惯量可以这样计算; j=jo+w*r2(kg cm2)式中; jo—为圆柱体围绕其中心线旋转时的惯量(kgcm2) w—圆柱体的重量(kg) r—旋转半径(cm)4) 相对电机轴机械变速的惯量计算 将上图所示的负载惯量jo折算到电机轴上的计算方法如下: j=(n1/n2)2jo式中: n1 n2为齿轮的齿数4、电机加速或减速时的转矩 1) 按线性加减速时加速转矩计算如下:ta=(2πvm/60*104) *1/ta(jm+jl)(1-e-ks。ta)vr=vm{1-1/ta。ks(1-e-ksta)ta—加速转矩(n.m)vm—快速移动时的电机转速(r/min)ta—加速时间(sec)jm—电机惯量(n.m.s2)jl—负载惯量(n.m.s2)vr—加速转矩开始减少的点ks—伺服系统位置环增益(sec-1)电机按指数曲线加速时的加速转矩曲线如下图:此时，速度为零的转矩to可由下面公式的出。to==(2πvm/60*104) *1/te(jm+jl)te—指数曲线加减速时间常数2) 当输入阶跃性速度指令时，他的速度曲线与转矩曲线如图所示这时的加速转矩ta相当于to 可由下面公式求得(ts=ks) ta==(2πvm/60*104) *1/ts(jm+jl)5、工作机械频繁激活，制动时所需转矩 当工作机械作频繁激活，制动时，必须检查电机是否过热，为此 须计算在一个周期内电机转矩的均方根值，并且应使此均方根值小于电机的连续转矩。电机的均方根值;trms=√[(ta+tf)2t1+tf2t2+(ta-tf)2t1+to2t3]/t周式中; ta—加速转矩(n.m) tf—摩擦转矩(n.m) to—在停止期间的转矩(n.m)t1t2t3t周 所知的时间可参见图所示6、负载周期性变化的转矩计算 如图所示也需要计算出一个周期中的转矩均方根值trms。且该值小于额定转矩。这样电机才不会过热，正常工作。