交流伺服電機編碼器更換和對零方法

張海濤

一拖（洛陽）柴油機有限公司裝備部 河南洛陽市

交流伺服電機又稱執(zhí)行電機，因其出色的機械特性及高控制精度，從而得到廣泛應(yīng)用。伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，將收到的電信號轉(zhuǎn)換成電機軸上的角位移或角速度輸出。同時電機自帶的編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器等會反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。交流伺服電機要正常工作就需要有檢測電機轉(zhuǎn)子位置的編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等檢測元件，其反饋元件的好壞、精度直接影響控制精度。一般伺服電機編碼器損壞多依靠廠家維修，這一方面需要花費高額的維修費用，另一方面維修周期長。下面介紹1臺西門子交流伺服電機編碼器的更換和調(diào)整方法。

1.編碼器工作原理

輸入軸上裝有玻璃碼盤，碼盤上印有不透光的黑色刻度。碼盤兩側(cè)分別為一發(fā)光元件和一受光元件，中間還有一分度尺。電機轉(zhuǎn)動時，帶動輸入軸上的碼盤轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)到透明的地方光就投到受光元件上，轉(zhuǎn)到不透光的黑色刻度上光就會遮擋。受光元件將光線的有無轉(zhuǎn)化為脈沖電信號，即反饋脈沖。按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。需要更換的增量式編碼器型號為ERN1387.001-2048（圖1）。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。碼盤的刻度越細越多，編碼器的分度越細，即編碼器精度越高。在碼盤上還有一特殊的刻度，即零點信號。

圖1 編碼器構(gòu)成

在安裝調(diào)整時，編碼器的零點相位與電機電角度的零點相位對齊至關(guān)重要。只要安裝過程中出一點差錯，就會出現(xiàn)編碼器方面的報警而不能啟動機床或出現(xiàn)飛車事故，導致電機報廢或機械部件損壞。因為在交流伺服電機屬于永磁式無刷電機，其連續(xù)旋轉(zhuǎn)需要換相，編碼器在其中起控制轉(zhuǎn)角及速度反饋的作用，防止飛車等現(xiàn)象的發(fā)生。為了使換相電流最小，就需要編碼器零相位與電機電角度零點對齊，通過調(diào)整編碼器定子的角度，使電機電流最小而且抖動最小時，是電機編碼器的最佳狀態(tài)。

2.編碼器拆除方法

松開伺服電機后蓋螺釘，拆下伺服電機后蓋，即可看到圖1所示伺服電機編碼器，松開編碼器接線蓋，拔下編碼器引線。手緩慢轉(zhuǎn)動電機軸，直到編碼器轉(zhuǎn)軸碼盤上刻線標記與電路板上刻線（零點標記）準確對齊，在電機軸和外殼上用記號筆做一標記。松開編碼器固定螺釘，用自制的編碼器專用拆裝工具將編碼器轉(zhuǎn)軸從電機轉(zhuǎn)子上頂出，完成編碼器的拆卸工作。

3.編碼器安裝對齊方法

（1）用采購的伺服電機編碼器備件更換損壞的編碼器，手緩慢轉(zhuǎn)動電機軸直到電機軸與外殼上記號筆做的標記準確對齊為止并保持電機軸對齊狀態(tài)。

（2）將編碼器轉(zhuǎn)軸碼盤上刻線與電路板或外殼上刻線標記對齊并保持對齊狀態(tài)，將編碼器轉(zhuǎn)軸小心壓入電機轉(zhuǎn)子內(nèi)錐孔中，用M5×50mm螺栓穿過中心孔將其固定，注意固定時用力要適當均勻，防止編碼器旋轉(zhuǎn)。

（3）把電源線插頭插上，蓋上金屬外殼，保證電源線順利放在外殼的槽內(nèi)，并使屏蔽層和金屬外殼良好接觸，安上固定外殼的螺絲。（4）在工作臺案上連接好電機的動力電纜和反饋電纜，先進行電機的空載試驗。給機床送電，待機床啟動方式組就緒后，可點動試驗電機，如果電機能夠正常轉(zhuǎn)動無報警、無飛車現(xiàn)象，說明編碼器安裝成功。否則還需拆下重新進行安裝，若直接在機床上試車如果出現(xiàn)飛車現(xiàn)象，將會嚴重損壞機床的機械部分。

（5）將電機裝回到機床上，啟動機床，在西門子數(shù)控系統(tǒng)診斷菜單下，進入伺服診斷子菜單，查看更換過編碼器的伺服電機工作電流百分率，如果工作電流百分率在20%以內(nèi)，電機不抖動，則伺服電機編碼器的對齊工作完成，如果工作電流百分率超過20%，可以微松電機編碼器外殼固定螺釘微調(diào)編碼器對齊位置，直到電機工作電流百分率滿足要求為止。

圖2 編碼器拆除示意

（6）如果對電機編碼器對齊位置有更高的要求，可以斷開伺服電機電源，用3個1kΩ的電阻分別接到伺服電機的U、V、W，電阻另一端短接在一起，手轉(zhuǎn)動電機軸時用雙蹤示波器比較一下U-Y波形和編碼器零脈沖波形，調(diào)整編碼器位置直到零脈沖和U-Y從負到正的過零點重合，固定編碼器。

4.編碼器更換安裝時注意事項

（1）編碼器安裝時應(yīng)輕輕推入被套軸，嚴禁用錘敲擊和碰撞，以免損壞軸系和碼盤。

（2）安裝時請注意允許的軸負載，不得超過極限負載。

（3）請不要將編碼器的輸出線與動力線等繞在一起或同一管道傳輸，也不宜在配電盤附近使用，以防干擾。

（4）安裝開機前，應(yīng)仔細檢查產(chǎn)品說明書與編碼器型號是否相符，電機轉(zhuǎn)速是否超過編碼器所允許的極限轉(zhuǎn)速。接線是否正確。

上述方法更換編碼器，可滿足電機正常工作要求，工作電流較小，故障停機時間大幅減少，節(jié)約維修成本，減少因停產(chǎn)帶來的經(jīng)濟損失，為日后自主更換編碼器提供了基礎(chǔ)。