电机专用语

式中：P—机械功率（单位：W），n—转速（单位：转/分），T—转矩（单位：Nm）。 电机的机械输出功率和电机的转速、转矩紧密相关，指定功率时还必须要说明转速或转矩中任一个指标。

由于步进电机的输出转矩随转速的变化而变化，所以，步进电机没有一个确定的功率指标。 伺服驱动器对伺服电机采用矢量控制，伺服电机的转矩在零速～额定转速内，可以保持恒转矩输出，所以伺服电机有一个确定的功率指标——额定功率。在伺服电机电气参数表中标明的功率，就是指电机在额定转速下保持一定转矩的机械输出功率。

较为准确地描述伺服电机和步进电机的参数指标，是电机的转矩。

转 矩：伺服电机和步进电机的转矩单位均为Nm，它表示电机出力的大小。 伺服电机的转矩可分为零速转矩和额定转矩二种。 零速转矩是仅对伺服电机而言。当电机的转速升高时，由于电机的铁损、机械损耗等损耗增大，为了使电机的温升不超过允许值，电机在高速时的转矩会略有下降。而电机铁损等损耗，与驱动器的PWM调制频率的高低、电流谐波等指标有相当大的关系。所以，零速转矩是指，伺服电机在极低转速下，当相电流为额定电流时产生的转矩。

额定转矩是指在伺服电机相电流为额定电流时，电机运行在额定转速下产生的转矩。

伺服电机和伺服驱动器配套时，伺服驱动器产生优良的电流指标后，伺服电机的零速转矩即为额定转矩。

由于伺服电机是闭环控制运行，在Id=0的控制方式下（矢量控制），电机转矩的大小与供给电机电流的大小成正比。电机的转矩输出随负载的变化而变化，当负载恒定时，伺服电机的转矩输出也为恒定，并非电机转矩输出恒定不变。所以，伺服电机恒转矩输出的含义，是指在此区域、此转矩下，电机的温升在允许值下可长期运行的转矩。同时伺服电机可短时间的过载运行，过载倍数由驱动器输出的过载电流决定，过载时间由驱动器的容量及伺服电机的温升来决定。 步进电机的转矩有保持转矩和动态转矩二种。 保持转矩是指步进电机静止不运转时，电机相电流为静态相电流的输出转矩。动态转矩是指步进电机在运转时输出的转矩。

由于步进电机的特点，动态转矩会随转速的升高而下降，并且动态转矩均小于保持转矩（正弦波驱动BYG混合式步进电机，在低速下，动态转矩可达到保持转矩）。同时，由于步进电机运行在开环运行状态下，电机的转矩输出不随负载的变化而变化，电机也不能过载运行。

步进电机的转矩为标称值，负载应低于保持转矩和动态转矩，步进电机才能可靠的工作。伺服电机的转矩为工作转矩。

用曲线表示电机转速与转矩关系的图，称为转矩—转速图（T—M）。 额定转速：伺服电机仍可输出额定转矩的最高转速，单位：转/分（rpm）。超过额定转速运行，伺服电机受驱动器的限止，转矩会较大幅度的下降，直至电机停转。 步进电机没有额定转速指标。

额定电流：伺服电机的电气参数。该参数表示，伺服电机输出额定转矩时所需的相电流。伺服电机转矩与相电流成线性正比关系，在电机的过载范围内，相电流的增减，必然引起转矩的增减。

静态相电流：步进电机的电气参数。该参数表示，步进电机输出保持转矩时所需的相电流。步进电机转矩与相电流为非线性正比关系，当电机转速上升后，由于电机电感及反电势的作用，

步进电机的相电流会急剧下降，从而引起转矩急剧下降。 转子惯量：电机转子本身自有的惯量，单位： 。

伺服驱动器对于伺服电机所带的负载惯量的要求是，适用负载惯量为小于电机转子惯量的5倍，所以，较大的电机转子惯量，可带较大的负载惯量，但电机的机械时间常数会增大，电机对速度的响应会降低；较小的电机转子惯量，电机的机械时间常数小，电机对速度的响应反应快，但所容许电机所带的负载惯量不能大。

由于步进电机运行于开环状态，所以一般步进电机的电气参数中无此指标。

机械时间常数：反应伺服电机对速度响应能力的指标，单位：ms。该参数表明速度上升初变化率的一个函数，表达式如下：

式中：Jm—电机转子惯量，Rm—电机绕组电阻，Kt—转矩常数，Kv—反电势常数

表达式定义为，当施加一个阶跃速度指令时，电机转速达到给定转速的63.2%所需的时间。机械时间常数小，电机达到给定速度的时间短，电机对速度反响快。 步进电机的电气参数中无此指标。

编码器线数：光电编码器A、B信号在旋转360度机械角时发出的脉冲个数。

伺服电机的反馈元件，一般为光电编码器。ST-M系列伺服电机编码器标准配置为2500线，经伺服驱动器的4倍频处理，电机的分辩率为0.036度。

电机绝缘等级：表示电机所用的绝缘材料及绝缘结构，允许工作的温度。 电机绝缘结构耐热等级分为5等，如下表：

防护等级：电机的防护等级是用IP及后二位数字来标志的。第一位数字表示电机对固体的防护程度，第二位数字表示电机对液体的防护程度。二位数字的含义如下表所示： IP后面第一位数字的含义

IP后面第二位数字的含义

电机的防护等级为IP65，即电机对固体是尘密防护，任何方向对电机进行喷水，均对电机无有害影响。

工作电压：伺服电机的工作电压为DC300V，即适配驱动器的工作电压为AC220V；步进电机的工作电压为DC300V，即适配驱动器的工作电压为AC220V。低于电机工作电压运行时，电机的额定转速或最高转速将受影响，在其相应转速下的转矩也会受影响。

绕组连接方式：伺服电机和步进电机的绕组连接方式均为Y接法，电机绕组的相电流与驱动器输出的线电流相等。

步距角：步进电机的电气参数。该参数表示，当步进电机绕组通电状态（节拍）每改变一次，电机转子所旋转的角度。由于步进电机采用正弦波电流驱动，配置相应的驱动器，步距角可有多个选择，实际步距角的含义参见技术支持中的步进电机栏目。

空载起动频率：步进电机的电气参数。该参数表示，电机不带负载时，突加（无升频时间）此频率的脉冲，电机能可靠地起动。当步进电机带上负载后，突跳（无升频时间）频率要低于空载起动频率。

空载运行频率：步进电机的电气参数。该参数表示，电机不带负载时，最高运行转速（用频率表示）。

三相交流永磁同步伺服电机简称交流伺服电机（AC server motor)或伺服电机，由于它具有高响应、高精度、运行平稳、恒转矩输出、能过载、低噪声、结构简介、可靠性高、免维护等优点，是目前旋转电机中最佳的控制电机。

伺服电机的电源及运转状态是由驱动器提供和控制的。驱动器的驱动能力及驱动指标的优异，影响伺服电机的机械输出特性；伺服电机性能参数的优异，影响驱动器的驱动和控制效果。 伺服电机选型：伺服电机的选型是多个因素综合考虑、合理选择的过程，一般应着重注意这几个参数的选择：电机的额定转矩、电机运行的最高转速、负载惯量及电机转子惯量、加减速时所需要的过载能力、电机起停频率等。

通过机械传动机构加在电机上的负载有二种，即负载转矩和负载惯量。 负载转矩如由下图运动方式形成：

则：图中Ta为因加速时间t1形成的加速转矩，Tb为由于减速时间t3形成的制动转矩，Tf为在t2时间内产生的负载转矩，T0为在停止时间t4产生的锁定转矩，n为工作时电机的转速。Ta、Tb、Tf、T0、n均为通过机械动

装置折算到电机轴上的参数。Ta、Tb可参见下式确定：

式中：Jm—电机转子惯量（

），Jl—折算到电机轴上的负载惯量（

），

t单位：sec，n单位：rpm，Ta、Tf单位：Nm。

由下式确定一个周期电机转矩的均方根值：

确定预选电机的额定转矩大于Trms值；确定预选电机的额定转速大于实际运行的最高转转速；查预选电机适配驱动器的T—M图，其过载转矩大于Ta、Tb中最大值，即可选定伺服电机。 加在电机轴上的负载惯量，对伺服电机的灵敏度及快速移动、精确定位有很大的影响。较大的负载惯量，当指令速度发生变化时，电机达到指令速度的时间会较长；多轴同时运动时，会使

形成的轨迹偏离指令轨迹过大，造成较大的误差。所以，选择机械传动机械，使折算到电机轴上的负载惯量合适，是伺服电机选型中重要的过程。机械传动不仅要满足脉冲当量、转矩（功率）放大等技术要求，更要注重负载惯量与电机的适配。 负载惯量是否与电机相适配的标准，是指负载惯量折算到电机轴上的负载惯量Jl，其数值与电机转子惯量的倍数关系。最佳的倍数关系是，折算到电机轴上的负载惯量Jl，与选用的电机转子惯量（Jm）相当，即： Jl=Jm

依据这个倍数关系，机械传动比的最佳比例为：

式中：n—电机轴的转数，nl0—实际负载轴的转数，Jl0—实际负载惯量，Jm—电机转子惯量。 在实际应用中，机械传动比不容易满足Jl=Jm惯量比的倍数关系，但一般不要超过5倍的倍数关系。Jl值过大，不仅使Ta、Tb、Trms值增大，电机选定的额定转矩大，还会使起停频率受到影响。Jl与电机起停关系参见下表所 示：

附：园柱体的转动惯量可由下式计算：

式中：D—园柱体直径（cm），L—园柱体长度（cm），J—园柱体转动惯量（的比重

，同时

，故对于钢园柱体可近拟计算如下：

)，因钢

综上所述，合理地确定指标参数，综合机械传动装置设计，可选择高性价比的伺服电机与适配的伺服驱动器,为客户提出的合理配置的全套产品。

伺服电机安装：伺服电机采用立式方形凸缘安装方式，通过法兰盘和止口固定在机械装置上。电机轴伸标准形式为光轴，客户可通过弹性联接器或涨紧套，与负载相联。如果电机轴伸端安装刚性联轴器时，应确保安装电机的法兰盘止口与平面垂直，同时应确保法兰盘与刚性联轴器同心，以防损坏和磨损电机的轴伸端和轴承。 电机轴伸采用光轴形式，是因为电机尾部装有光电编码器，利用弹性联接器或涨紧套来与负载联接，可避免重力敲打轴伸端，保护编码器。我们也可为客户提供其它形式的轴伸，但请注意： 伺服电机尾部装有光电编码器，在安装或拆卸联接器时，严禁用锤子重力直接敲打电机轴伸端，以防光电编码器损坏。

伺服电机安装的光电编码器，编码器的信号与安装的机械位置、角度有严格的要求，客户不要自行装卸编码器。 伺服电机有二个插座，插座出线方向可朝几个方向，如插头出线方式朝后、插头出线方式前后、

插头出线方式朝一边，客户可依据实际情况，改变插头出线方向。改变插头出线方向的方法，是打开插头外壳，将外壳的定位槽定位于插头本体不同的角度上，即可改变插头出线方向。 伺服电机插头内装有防护塑料套，焊接完连线后应套好。插头与插座之间有塑料防护垫，插头应充分插入插座并旋紧，使防护垫起防护作用。

伺服电机接线：伺服电机4芯插头应严格与驱动器相应端口相接。伺服电机改变旋转方向，必须通过改变驱动器方向命令来实现，不能象普通异步电机改变电机接线，来改变电机旋转方向。PE端应与驱动器的PE端相接，不可省略。 伺服电机15芯插头连接线（编码器插头），必须使用优质的双绞屏蔽线，每对双绞线接相应编码器差分输出的+、-端；屏蔽层的两端，一端必须接电机编码器插座的1脚，一端必须接驱动器的FG端，不可不接或只接一端。

驱动器为编码器提供+5V电源，并在CN2插座上提供了多个+5V与0V的焊片，其目地是当编码器连线太长时，应使用多线并接+5V和0V，以降低连线上的压降。光电编码器最大工作电流为250mA。

编码器连线不应和电机连线同走一个线槽或将它们捆扎在一起，以防电机连线对编码器信号干扰。

伺服电机与驱动器：伺服电机与驱动器适配表是为客户提供的一种电机与驱动器相配套的参数表，它表示该型号的电机与该型号的驱动器相配套后的基本性能指标。T—M图表示在该配置中，电机转速与转矩的关系。A区为连续工作区，B区为电机短时工作区（过载）。B区最大值除以A区最大值即为该配置的过载倍数。

失电制动器：失电制动器仅是在电机失电（断电）的情况下，保持电机位置，防止移位的制动装置。

制动器必须在电机已停止运行后才能制动！电机在运行时，失电制动器制动会急剧降低制动器的寿命，甚至会立即烧毁制动器。

请注意：失电制动器的制动力有限，并有动作时间要求。

失电制动器上电（不制动）时序的前提是，电机已通电锁住，在这种情况下，才能上电使制动器不制动；失电制动器断电（制动）时序的前提是，电机已停止运行并仍在通电，在这种情况下，才能断电使制动器制动，再断开电机（驱动器）的电源。

电机一旦出现故障，驱动器立即报警，并切断供给电机的电源，电机将不得电。建议客户使用EP100系列驱动器的BRK控制端，来对失电制动器进行控制。 相关问答：

1.伺服电机会丢步或走不准吗？

伺服电机是通过编码器的反馈，被驱动器进行闭环控制的。驱动器每接收到一个脉冲命令后，驱使电机旋转一个角度，并通过编码器检查电机是否按命令旋转到了给定的角度，如果电机没有按给定的命令旋转，驱动器会立即报警；同时，驱动器对编码器在线按约定的编码器参数进行检查，一旦编码器信号出现异常，驱动器会立即报警。所以，当驱动器工作正常时（不报警），伺服电机不可能丢步或走不准。

2.当机械运动装置运行的尺寸不对时，如何确定问题所在？

驱动器提供了完善的监视方式，通过监视方式可方便地找出问题所在。 当机械运动装置运行的尺寸不对时，主要问题集中在三个方面：上位机发出的命令正确与否和驱动器命令接收的正确与否；机械间隙；驱动器参数。

进入驱动器监视方式中的位置指令显示（dP-CPo.、dP-CPo)，记录这两个数据的初始值，然后让上位机发给驱动器N个脉冲。N个脉冲发完后，dP-CPo.和dP-CPo的总值应增加N个或减少N个（增加或减少与电机的旋转方向有关）值。例：初始值dP-CPo.=0000000000，dP-CPo=12345，总值为000000000012345，当上位机发了100个脉冲后，dP-CPo.应为0000000000，dP-CPo应为

12445或12245。

如果驱动器在N个脉冲发完后，显示的数据不是上述规律时，则说明可能是上位机发出的脉冲有错误，或者驱动器没有收到全部的脉冲，甚至由于干扰多收了脉冲。检查上位机，检查信号线，检查驱动器。

如果驱动器在N个脉冲发完后，显示的数据是上述规律，表明驱动器正确的收到了上位机发出的全部信号。这时，应进入进入驱动器监视方式中的一转中转子绝对位置（脉冲）显示（dP-APo），记录数据的初始值，然后让上位机发给驱动器N个脉冲。N个脉冲发完后，dP-APo的数值应是，初始值增加或减少N个脉冲×电子齿轮比的结果值（增加或减少与电机的旋转方向有关）。例：dP-APo的初始值为1234，电子齿轮比为2：1，当上位机发了100个脉冲后，dP-APo应为1434或1034。

如果驱动器在N个脉冲发完后，显示的数据不是上述规律时，则应检查电子齿轮比。 如果驱动器在N个脉冲发完后，显示的数据是上述规律时，则问题多出在机械间隙方面。 3.伺服电机编码器A、B、Z、U、V、W信号起什么作用？

伺服电机编码器提供的A、B、Z信号，是提供给驱动器，用于测量电机转速和转角的。A、B信号每转脉冲数（线数）是一样的，Z信号每转一个脉冲，为基准信号。U、V、W信号提供给驱动器，用于测量伺服电机磁性。

EP100系列驱动器提供与伺服电机同步的A、B、Z信号，供客户使用，其波形图如下：

伺服电机编码器信号均为差分输出方式。差分输出方式是一种适用于长线驱动，并且抗干扰能力强的电路形式。EP100驱动器A、B信号均为差分输出方式，Z信号输出有差分与集电极开路输出二种方式。请按输出方式接线及确定接收信号的器件。 4.伺服电机“零点”是什么含义？

伺服电机是采用矢量控制原理来进行控制和驱动的。矢量控制要求电机的Id轴为零（Id=0），为此电机制造厂家在电机出厂前，要将该电机按配套驱动器的零点要求，将电机的Id轴调整为零。不是所有的伺服电机的零点与所有的驱动器零点的要求都一至。

伺服电机的零点如果误差太大，轻者电机无功电流增大，转矩并未与电流的增大而增大，电机表现转矩不够（无力），重者电机不能运行。所以，请客户不要自行调整编码器的机械安装位置与角度。

5.伺服电机的A、B、C绕组引线为何要与驱动器的U、V、W引线相对应连接？

伺服电机的绕组引线与电机的零点有关，与驱动器反馈极性有关，如不对应相接，或者电机不运行（零点不对），或者电机会产生飞车（由负反馈变成正反馈）。所以，必须与驱动器相应端

子连接。

6.编码器线数为2500线，为何伺服电机的分辩率为0.036度？

由于伺服驱动器采用了四倍频技术，使编码器的脉冲数倍频至10000，所以，伺服电机的分辩率为0.036度。

7.型号代码参数与伺服电机的关系

当伺服驱动器对伺服电机进行精确控制时，在控制算法中需使用电机的参数，所以，每台驱动器驱动的伺服电机，应该是使用了该电机的参数，即驱动器的型号代码参数中电机型号，应是当前控制的电机型号，否则电机的运行效果会不佳。所以，只要该驱动器的容量满足了电机电流的要求、及客户对过载的要求，驱动器与电机可以互换，但必须保证驱动器的型号代码参数是当前电机的型号，如果不符，请修改型号代码，并使用驱动器恢复缺省功能。 8.驱动器对电机的控制方式主要有几种？

伺服驱动器对伺服电机的三种主要的控制方式为：位置控制、速度控和转矩控制。

位置控制方式的特点，是驱动器对电机的转速、转角和转矩均于控制，上位机对驱动器发脉冲串进行转速与转角的控制，输入的脉冲频率控制电机的转速，输入的脉冲个数控制电机旋转的角度。脉冲频率f与电机转速n（rpm）、脉冲个数P与电机旋转角度ß的关系参见下式：

式中：G—电子齿轮比 速度控制方式的特点，是驱动器仅对电机的转速和转矩进行控制，电机的转角由上位机取驱动器反馈的A、B、Z编码器信号进行控制，上位机对驱动器发出的是模拟量（电压）信号，范围为+10V～-10V，正电压控制电机正转，负电压控制电机反转，电压值的大小决定电机的转数。 转矩控制方式的特点，是驱动器仅对电机的转矩进行控制，电机输出的转矩不在随负载变，只听从于输入的转矩命令，上位机对驱动器发出的是模拟量（电压）信号，范围为+10V～-10V，正电压控制电机正转，负电压控制电机反转，电压值的大小决定电机输出的转矩。电机的转速与转角由上位机控制。 9.什么是电子齿轮比？ 脉冲当量：数控装置每就化一个最小数字单位时，要求相应的机械装置有一个设定的长度或角度的相应变化，称为脉冲当量。

当机械装置的传动比不能满足数控装置脉冲当量的要求时，伺服驱动器应可提供电子齿轮比，来配合数控装置与机械传动比之间的关系，满足数控装置所需要的脉冲当量。它起到了一个输入与输出变比的作用。电子齿轮比仅在位置控制中起作用。 电子齿轮比数值设置过大，会降低伺服电机的运行状态。

10.驱动器输入的工作电压，是用三相AC220V，还是单相AC220V？

伺服驱动器的工作电压为AC220V。驱动器在配置小转矩的伺服电机时（2Nm、4Nm、5Nm)，可采用单相AC220V电源对驱动器供电，但驱动器驱动大转矩的伺服电机时，必须要三相AC220V电源对驱动器供电。

为了提高驱动器工作的可靠性及防止驱动器对数控装置的干扰，请客户采用变压器，对驱动器提供三相AC220V电源。

11.伺服驱动器速度环、位置环参数调整的原则是什么？ 伺服电机使用效果如何，除了与电机和驱动器的性能有关外，驱动器参数的调整也是一个十分关键的因素。

伺服驱动器主要的性能参数调整有三个：速度环比例增益、速度环积分时间常数、位置环比例增益。EP100伺服驱动器相应的参数编号为：速度环比例增益（PA5）、速度环积分时间常数（PA6）及位置环比例增益（PA9）。 速度环比例增益、积分时间常数仅对电机在运行时（有速度）起作用。速度环比例增益的大小，影响电机速度的响应快慢，速度环积分时间常数的大小，影响电机稳态速度误差的大小及速度环系统的稳定性。伺服驱动器在出厂时，针对适配的每种规格的伺服电机，都设有一个缺省值，并形成相应的速度环带宽。缺省值是按轻负载来设置的。当伺服电机带上实际负荷时，由于实际负载转矩和负载惯量与缺省值设置时并不相符，速度环的带宽会变窄，如果此时的速度环带宽满足需求，没有发生电机速度爬行或振荡等现象，可以不调整速度环的比例增益及积分时间常数。如果实际负荷使电机工作不稳定，发生爬行或振荡现象，或者现有的速度环带宽不理想，则需要对速度环的比例增益、积分时间常数进行调整。

速度环参数调整的原则，是保证速度环系统稳定（不振荡）的前提下，允许超调并只有一个超调量不大的波头，使速度环响应最快，并且系统稳定工作。

为了保证系统稳定的工作，应该调整速度环积分时间常数。调整的原则是，负载惯量折算到电机轴上的Jl与电机转子惯量的倍数越大，速度环积分时间常数的值应增加越大。

速度环积分时间常数的倒数为积分增益。速度环积分时间常数增大，将导至速度环响应变慢。增大速度环比例增益，可在保证系统稳定的前提下，达到较快的响应速度。

速度环积分时间常数的提高，需相应的提高速度环比例增益，以提高速度环的响应时间。这二个参数的调整，是一个反复的过程，需要对负载准确的认识与经验。 速度环比例增益提高的上限是，系统临界振荡点以下。简单的方法是，提高速度环的比例增益，直至系统发生振荡，然后再降低一点速度环的比例增益，即为刚度较好速度环比例增益。 综上，在系统能稳定工作的前提下，较大的速度环比例增益和较小的速度环时间常数，可以获得较好的速度响应。较大的速度环比例增益和过小的速度环时间常数，较容量发生系统振荡，工作不稳定；较小的速度环比例增益和过大的速度环时间常数，电机速度响应低，电机运行易出现爬行状态。

位置环比例增益仅在驱动器工作在位置方式时有效。当伺服电机停止运行时，增加位置环比例增益，能提高伺服电机的锁定刚度。当伺服电机在位置环下运行时，增大与减小位置环比例增益时，位置滞后量将随之变化。

位置环比例增益调整的原则是，在保证位置环系统稳定工作，位置不超差（过冲）的前提下，增大位置环比例增益，以减小位置滞后量。简单的方法是，提高位置环的比例增益，直至系统发生位置超差（过冲），然后再降低一点位置环的比例增益，即为刚度较好位置环比例增益。 速度环比例增益和积分时间常数采用缺省值可以满足需要时，调整位置环比例增益，可以减小位置滞后量，提高位置跟随特性。建议调整位置环比例增益。

多轴同时进行插补运算时，各轴的位置比例增益值应调整为一样。