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客户使用常遇问题解答

(仅供参考)

 


  目录

一.关于电机电流,电压

二.关于驱动器电源

三.关于如何限制泵升电压

四.关于如何实现电机变速时有升降速

五.关于驱动器输出加LC滤波后,可减小电机回路电流纹波,改进系统性能

六.关于用户使用无感(或低电感)电机问题的解决

七.关于驱动器与电源,电机之间波形分析图

八.关于用驱动器组成模拟位置环

九.关于电机长线驱动及系统干扰问题的解决

十.关于驱动效率的讨论

十一.关于光电隔离

十二.关于系统设计时驱动器的选择

十三.关于驱动器产品标签的说明

十四.关于测速反馈电位器在初调驱动器系统时一点提示

十五.关于阶跃信号下电机速度响应曲线

十六.关于无测速机情况下要求电机高速启停

十七.关于用户初次使用驱动器时容易出现的问题

十八.关于电路板内部POTIB(电流平衡)电位器使用说明

十九.关于实现电机超低速运行

二十.关于军品级驱动器

二十一.关于用户使用编码器或旋转变压器做为速度反馈信号

二十二.关于直流电机无测速发电机时的稳速效果

二十三.关于直流电机无测速发电机时如何做到正反转速度对称和加大功率输出

 

一.关于电机电流,电压

1. ZYMCS系列直流电机伺服驱动器电流信号(VI)用下图方式取得,电流信号主体可实现四个功能:

     (1).电流指示信号输出    (2).IRF(电流补偿)    (3).限流    (4).过流保护。

2. 电机电流的测试是在电机回路串接一个电流表取得(±20A,±30A,±50A,±100A,见下图),单极性电流

   只能测一个方向电流,用户也可在电机回路串接一个1欧姆左右大功率电阻R,利用I=V/R估算出电

   电流。

3. 测得电机两端电压波形为正或负的脉冲波,其脉冲波宽度受速度值控制,当停转时(电机速度值为0V时)

   电机两端电压波形如下图所示( Vpp = ±60V )。

4. 用户如果想用示波器测电机两端电压波形,则必须用隔离示波器,否则可能造成B端C端对地短路

   (见下图)。

5. 用户如果想用万用表测电机两端电压值,则必须小心不要使表棒短接,否则过流保护电路来不及反应。

 

驱动器电机电流采样电路

驱动器电机两端电压波形(速度为零时)

驱动器负载试验时所使用的电流表

 

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二.关于驱动器电源

1. 加到驱动器上的电压HV与电源变压器次级电压E1之间有1.414倍的关系(见下图),例如E1=100V,HV=141V。

   当带上负载后,HV会略有下降 。用户设计电源变压器时,建议以HV值为参考,除1.414得出E1值。

2. 外部保险丝1,保险丝2可对驱动器产生一定的保护作用,我们曾做过试验,将60V电源反极性加到驱动器上,

   结果保险丝1烧断,驱动器没坏,恢复后仍正常工作。

3. 外部电容C1起着储能与能量交换的作用,在满足电压要求情况下该值越大越好(通常: C1=2000uF-20000uF,

   耐压取HV的1.5倍),由于内部电容C2受机壳尺寸限制不能取的很大,所以在高压大功率驱动系统中外部电容

   C1必不可少。

   (如果用户是使用蓄电池做为驱动器电源,它相当于C1值无限大,无须再加电容)。

4. 在高压大功率驱动系统中,电源合闸后会通过电容C1产生很大的浪涌电流,利用下图合闸浪涌电流抑制电

   路可有效抑制浪涌电流的产生,动作原理为:

   电源开机,继电器由于R,C1充电放缓吸合,当延迟一段时间后,HV达到最高值,此时继电器吸合,继电器开关

   接通将R短路,使之不影响正常工作时电源功率。当工作完毕电源关机后,HV通过R2,R3放电,迅速回到0V。

 

 

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三.关于如何限制泵升电压

电机驱动器在高速启停,换向时,会产生泵升电压,泵升电压往往会高出驱动器额定电压很多,转速越高,

泵升电压越高。驱动器在低电压下使用时,泵升电压影响不大,但在高电压,大功率情况下使时,泵升电

压有时会损坏功放电路。高电压,大功率驱动器出厂时,内部通常装有压敏电阻,当泵升电压超过压敏电

阻工作电压时,压敏电阻瞬间可以通过高达数千安的释放电流,从而抑制泵升电压的进一步升高,用户也

可以用以下方法降低泵升电压:

1.尽可能加大驱动器外部直流电源上电解电容的容量。

2.软件编程时控制电机速度值不使其产生突变。

3.驱动器外部加RC滤波,使送到驱动器上的速度值不产生突跳(见下节: 四.如何实现电机变速时有升降速图)。

4.用外接分流器的方式将泵升电压限制在一定范围(了解国外产品

动作原理:如下图所示,电压比较器负端稳在+12V电平上,正端调节到+11V到+11.5V左右,当泵电压升高到

高于设定值时,比较器输出高电平,触发MOSFET管导通,大电流通过R4释放到地,从而限制了泵电压的升高。

 

   

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四.关于如何实现电机变速时有升降速

    用户在很多场合(比如大型天文光学望远镜)不允许电机高速起动,停止或换向,因为这样会产生很大

    的机械震动从而会影响到光学精度,用下图所示的方法可实现电机变速时有升降速,从而使速度信号

    不会产生突变,用户也可以在后台控制系统上通过软件实现上述功能

    *** 新版本伺服驱动器“ZYMC-10系列”已将升降速功能加入其中,用户可自行选择用否 ***。

 

 

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五.关于驱动器输出加LC滤波后,可减小电机回路电流纹波,改进系统性能

   用户大部分情况下不需要在驱动器输出端加接LC滤波电路,因为现有驱动电路已经能满足要求。但如

   果想提高系统性能,进一步降低电机回路中的电流纹波,可以在驱动器输出端加LC滤波,如下图所示。   

   ZYMC系列直流电机驱动器在控制直流电机运行时,我们做了对比试验,在电机轴上分别装了1000线和

   12500线编码器,试验中编码器线长20米,运动控制卡中有编码器四细分电路,电机旋转一圈分别为

   4000和50000个脉冲。试验发现当电机轴上装有低分辨率编码器时,运动控制卡读数准确,旋转多圈

   后的累计误差等于零,而当采用高分辨率的编码器后,运动控制卡读数出现错误,表现为少计脉冲。

   后在电路中加入如下图所示的LC滤波电路,上述问题得到完全解决。

   另一案例:用户系统工作时,能听到电机电流产生的纹波杂音,后在驱动器输出串接如下图所示LC滤波,

   杂音全无。

   注意事项:

    1.用户不可用50HZ电源滤波器或用普通电源变压器磁芯绕制电感,因频响太低,会造成驱动器短路。

    2.下图中若驱动器电源电压很高,电容C1,C2值要适当减小,否则电感会很烫。

 

 

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六.关于用户使用无感(或低电感)电机问题的解决

案例:用户在对进口机床改造时,遇到了低电感系数电机(国外叫:"pancake"and"basket-wound"),

此时驱动器接上后电机不转。遇到这种情况,只要在电机回路串接一个不小于200uh的电感器就好了。

注意事项:

用户不可用50HZ电源滤波器或用普通电源变压器磁芯绕制电感,因频响太低,会造成驱动器短路。

 

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七.关于驱动器与电源,电机之间波形分析图

 

 

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八.关于用驱动器组成模拟位置环

 

 

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九.关于电机长线驱动及系统干扰问题的解决

一. 如果驱动器输出外接电机和测速机需要线很长时

    驱动器输出端外接电机和测速机为长线驱动时,注意三点,一是电机线尽可能用带屏蔽的电缆线,二是

    电机线尽可能粗,三是电机线与测速线分开走,不要放在同一股电缆线中。

二. 如果控制信号线与驱动器之间需要线很长时

    控制信号线与驱动器之间线很长时,首先控制信号线最好用带屏蔽的(双绞)线,且尽可能远离其它线,

    如果控制信号线为TTL电平,最好能在驱动器输入端(DIR方向命令,STOP停机命令)各对地接一个104小

    电容,这样更有利于消除线路干扰。

三. 如果驱动器电源线需要接多台驱动器且线很长时

    此时电源线最好用带屏蔽的(双绞)线,且尽可能粗,多台驱动器相连接时,电源线应在一点引出,以前

    要求最好在驱动器入口处外加一个电解电容(见下图C2) ,新版驱动器内部已做好,不需要了。

四. 如果想更多了解国外有关详细资料

 

 

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十.关于驱动效率的讨论

  在下图中,设Vdd为电机驱动电源,IM为流过电机的电流,Vmg1,Vr0,Vmg4分别为MG1,R0(电流采样电阻),

MG4上的压降,电机两端电压等于:

Vmotor = Vdd - Vmg1 - Mr0 - Vmg4

设功率场效应管(MOSFET)的内阻Rds=40毫欧,电流采样电阻R0=20毫欧,则总内阻=100毫欧。

设Vdd=24V,IM=10A,

则电机两端电压:Vmotor = 24V - 0.4V - 0.2V - 0.4V = 23V

驱动效率为:23 ÷ 24 = 0.96(96%)

  由分析可见,驱动器的驱动效率与流过电机的电流,功率场效应管的内阻Rds和电流采样电阻R0的大小有关,

另外为保证MG1,MG3高端功率管能正常工作及防止共态穿透现象发生,通常驱动控制逻辑部分会占用很少一部

分PWM资源,此外电机导线如果过长过细也会影响驱动效率,故通常的驱动效率在95%-98%之间。

  由上分析可见,用户若想提高驱动效率只需将驱动器电源电压适当提高即可。

 

 

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十一.关于光电隔离

   用户使用单片机中的PWM信号做为速度调节信号时,有时为消除干扰会采用光电隔离技术,遇到这种情况,

首先可选用我公司带光隔驱动器,若已选用无光隔驱动器,则可按下图外接光隔电路,需要注意一点的是若

单片机的PWM频率很高,则应将P521换成高速光偶(如:6N137),同时将R1取值约300欧。

 

 

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十二.关于系统设计时驱动器的选择

    用户进行系统设计时应首先确定机械结构,根据机械结构确定机械速比,力和转速,最后折算到电机

轴上确定出电机的力矩和转速,由电机力矩和转速查表找出该款电机的电压,电流参数,由电机电压和电

流参数查驱动器参数表选择出合适的驱动器。

    例如系统设计选择一款直流伺服电机:

    工作电压: 160V,  额定电流: 4A, 额定转速: 1500转/分

    查驱动器参数表选择ZYMC-11系列产品中的6A/190比较合适,它的工作电压为190V,工作电流为6A。

注:

用户如果希望电机最高转速能达到电机额定转速,可在设计驱动器电源时将电压值适当提高(比如选在

170V-180V)就可以了。

 

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十三.关于驱动器产品标签的说明

    驱动器出厂时,产品侧面贴有一标签如下图所示,说明如下:

    产品系列号:ZYMC-10属10系列,S表示该产品版本号为S 。

    编号:1607表示日期 (2016年7月),E表示产品序列号,142表示产品流水号。

          10020表示产品电压电流参数(工作电压100V,工作电流20A)。

          D表示产品等级,这里:  B商业级   (0℃ - +65℃)

                                 C工业级   (-25℃ - +70℃)

                                 D军品级   (-40℃ - +85℃)

                                 M军品Ⅰ级 (-55 - +125℃)

 

 

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十四.关于测速反馈电位器在初调驱动器系统时一点提示

    用户驱动器系统组成后初次调试应注意测速反馈电位器对系统的影响,首先测速反馈电位器会影响

电机转速(顺时针旋转转速变慢,逆时针旋转转速加快),转速变慢后,系统低速性能变好,但过慢有

可能会造成电机震荡,如果此时电机已带上机械负载,小的震荡往往不易被用户察觉,但它会影响到系

统精度。检查电机是否震荡可用手摸电机是否有微微的颤动,静听是否有小的嗡嗡声,遇到这种情况,

表明电机参数已调过头,应将测速反馈电位器逆时针旋转直至症状消除,并且在接下来的系统调试中,

一般情况不再调测速反馈电位器。

 

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十五.关于阶跃信号下电机速度响应曲线

    用户有时需要发一定频率的阶跃信号来控制电机做摆动式运行,这种控制往往电机负载较轻,但要求电机做一定

频率的摆动(摆动频率通常不大于25HZ),下图给出的是同一款驱动器出厂前在两款电机中的速度响应曲线,图中黄

色曲线为在驱动器输入端加的阶跃测试信号,蓝色曲线为驱动器输出端在测速发电机两端测的速度响应曲线,左图为电

机正转,右图为电机反转。

 

     

驱动器型号:ZYMC-11,   所加电压:80V,   电机参数:150V/5A,   测试条件:空载     示波器扫描:20毫秒/格

 

     

驱动器型号:ZYMC-11,   所加电压:50V,   电机参数:50V/2A,   测试条件:空载     示波器扫描:20毫秒/格

 

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十六.关于无测速机情况下要求电机高速启停

用户工作电压为90V,无测速发电机,电机工作在高速启停状态,要求电机停止时不能产生贯性漂移。

对此我们用ZYMC-10伺服驱动器做了试验,驱动器工作电压设在90V,功能开关设定为电压控制模式,

由电脑发出启停指令,具体试验结果请看下面视频:

请点击图标看视频

 

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十七.关于用户初次使用驱动器时容易出现的问题

关键:当设P1.6 = 0 后(表示下一步要启动驱动器),要加一个小延时软件再将速度值送P1.2口。

电机驱动器控制信号的连接主要有上面三种方式,注意一点的是如果用户电机不带测速发电机,则需要将SW1接通。

 

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十八.关于电路板内部POTIB(电流平衡)电位器使用说明

      电路板内部有一个POTIB电位器,该电位器是调节电流正反方向平衡所用(I Balance)。

驱动器出厂前调试时,先设定好工作电压,然后设定速度值为0伏,开启电源,测量P1接线器

第八脚(MONI:电流信号监视)的对地电平,通过调节POTIB电位器来使该点对地电平为0伏,

调好后该电位器就不能再动了。如果此时出现电机慢转,则调节面板调零补偿电位器(OFFSET),

调到使电机不转。

      如果用户不小心动了POTIB电位器,也可用上述方式将其调回,否则可能会影响到电机速

度的对称性。

 

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十九.关于实现电机超低速运行

    要实现电机超低速运行,首先电机和测速机性能要好(通常电机转速为几百转/分钟,测速机灵敏度要很高)。

    为了进一步改进和提高超低速性能,驱动器参数可做适当变动(每做一个变动先看一下效果)。

 1. 在RF3上并电阻,加大测速反馈增益。

    电路板内部有一个RF3电阻,阻值是51K,当阻值变小时,测速反馈增益就会加大,阻值越小,电机低速性能越好,

    但阻值过小会引起驱动器振荡,通常并联后该阻值不要低于1K。

 2. 低速过低后可能会导致高速达不到最高速要求。

    如果用户对最高速确实有要求,这时可在测速发电机输出两端接一个背靠背稳压二极管,以限制测速发电机高速时

    的输出电压,为防止稳压管损坏,可在测速发电机输出端串接一个限流电阻加以保护。

 

    注:

 1. 不同用户所选的电机和测速机参数离散性很大,以上调节以系统不振荡为前题,若出现振荡,参数要适当回调。   

 2. 以上方法适用于电机上带有测速发电机,若无测速发电机则不起作用。

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二十.关于军品级驱动器

      军品级驱动器测试条件:

      一般情况下在-40℃或-55℃低温下储存(关机)48小时,然后开机用测试仪器进行工作性能检测。

      通常每个批次抽检一台测试,特殊情况下(或用户有特殊要求)另外处理。

      高温测试+85℃,+105℃(或+125℃)一般用抽检方式进行,用户有特殊要求的按用户要求进行。

      详情可看视频:驱动器高低温试验

 

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二十一.关于用户使用编码器或旋转变压器做为速度反馈信号

       驱动器的测速反馈输入端不仅可以外接测速发电机,也可以外接由编码器或旋转变压器送来的速度反馈

        信号(必须为模拟量,通常±10V),如果希望加大反馈深度,可打开机盖,电路板内部有一个RF3电阻,

        阻值是51K,当阻值变小时,测速反馈增益就会加大,阻值越小,电机低速性能越好,但阻值过小会引起

        驱动器振荡,通常并联后该阻值不要低于1K。

        用户也可以尝试用软件实现速度反馈,方法是先读取编码器或旋转变压器的速度值,根据读取的速度值自

        动调节速度控制信号,但这种方法需要占用一定的软件资源。

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二十二.关于直流电机无测速发电机时的稳速效果

        如果用户使用的直流电机无测速发电机,电机是否能比较好的稳速运转呢?对此我们做了试验 :

        我们在无测速发电机的直流电机后轴上装了一个4000线圆光栅编码器,驱动器设置在电流模式上(SW1开关

        接通,做为效果比较,将SW4开关也接通),开机后给驱动器发一个低速指令让电机低速旋转,每200毫秒采

        集一次编码器的读数值,试验结果如下图所示,

        从图中可以看出,纵坐标编码器读数值呈线性增长,没有出现任何波动,这表明电机转速很稳,它们之间关系很线性。

 

 

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二十三.关于直流电机无测速发电机时如何做到正反转速度对称和加大功率输出

        如果用户使用的直流电机无测速发电机,可打开SW1开关,同时建议将SW4开关也打开(加大功率输出)。

        让电机在低速下分别正反方向旋转,用万用表测电机两端直流电压,如果电压值有偏差,可调节POT1电位器进行修正。

        如果SW4接通后出现了振荡,逆时针旋转POT5(环路增益调节电位器)可消除振荡。

 

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