交流伺服电机编码器更换和对零方法

张海涛

一拖（洛阳）柴油机有限公司装备部 河南洛阳市

交流伺服电机又称执行电机，因其出色的机械特性及高控制精度，从而得到广泛应用。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，将收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出。同时电机自带的编码器或旋转变压器等会反馈信号给驱动器，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。交流伺服电机要正常工作就需要有检测电机转子位置的编码器、旋转变压器等检测元件，其反馈元件的好坏、精度直接影响控制精度。一般伺服电机编码器损坏多依靠厂家维修，这一方面需要花费高额的维修费用，另一方面维修周期长。下面介绍1台西门子交流伺服电机编码器的更换和调整方法。

1.编码器工作原理

输入轴上装有玻璃码盘，码盘上印有不透光的黑色刻度。码盘两侧分别为一发光元件和一受光元件，中间还有一分度尺。电机转动时，带动输入轴上的码盘转动，转到透明的地方光就投到受光元件上，转到不透光的黑色刻度上光就会遮挡。受光元件将光线的有无转化为脉冲电信号，即反馈脉冲。按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。需要更换的增量式编码器型号为ERN1387.001-2048（图1）。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。码盘的刻度越细越多，编码器的分度越细，即编码器精度越高。在码盘上还有一特殊的刻度，即零点信号。

图1 编码器构成

在安装调整时，编码器的零点相位与电机电角度的零点相位对齐至关重要。只要安装过程中出一点差错，就会出现编码器方面的报警而不能启动机床或出现飞车事故，导致电机报废或机械部件损坏。因为在交流伺服电机属于永磁式无刷电机，其连续旋转需要换相，编码器在其中起控制转角及速度反馈的作用，防止飞车等现象的发生。为了使换相电流最小，就需要编码器零相位与电机电角度零点对齐，通过调整编码器定子的角度，使电机电流最小而且抖动最小时，是电机编码器的最佳状态。

2.编码器拆除方法

松开伺服电机后盖螺钉，拆下伺服电机后盖，即可看到图1所示伺服电机编码器，松开编码器接线盖，拔下编码器引线。手缓慢转动电机轴，直到编码器转轴码盘上刻线标记与电路板上刻线（零点标记）准确对齐，在电机轴和外壳上用记号笔做一标记。松开编码器固定螺钉，用自制的编码器专用拆装工具将编码器转轴从电机转子上顶出，完成编码器的拆卸工作。

3.编码器安装对齐方法

（1）用采购的伺服电机编码器备件更换损坏的编码器，手缓慢转动电机轴直到电机轴与外壳上记号笔做的标记准确对齐为止并保持电机轴对齐状态。

（2）将编码器转轴码盘上刻线与电路板或外壳上刻线标记对齐并保持对齐状态，将编码器转轴小心压入电机转子内锥孔中，用M5×50mm螺栓穿过中心孔将其固定，注意固定时用力要适当均匀，防止编码器旋转。

（3）把电源线插头插上，盖上金属外壳，保证电源线顺利放在外壳的槽内，并使屏蔽层和金属外壳良好接触，安上固定外壳的螺丝。（4）在工作台案上连接好电机的动力电缆和反馈电缆，先进行电机的空载试验。给机床送电，待机床启动方式组就绪后，可点动试验电机，如果电机能够正常转动无报警、无飞车现象，说明编码器安装成功。否则还需拆下重新进行安装，若直接在机床上试车如果出现飞车现象，将会严重损坏机床的机械部分。

（5）将电机装回到机床上，启动机床，在西门子数控系统诊断菜单下，进入伺服诊断子菜单，查看更换过编码器的伺服电机工作电流百分率，如果工作电流百分率在20%以内，电机不抖动，则伺服电机编码器的对齐工作完成，如果工作电流百分率超过20%，可以微松电机编码器外壳固定螺钉微调编码器对齐位置，直到电机工作电流百分率满足要求为止。

图2 编码器拆除示意

（6）如果对电机编码器对齐位置有更高的要求，可以断开伺服电机电源，用3个1kΩ的电阻分别接到伺服电机的U、V、W，电阻另一端短接在一起，手转动电机轴时用双踪示波器比较一下U-Y波形和编码器零脉冲波形，调整编码器位置直到零脉冲和U-Y从负到正的过零点重合，固定编码器。

4.编码器更换安装时注意事项

（1）编码器安装时应轻轻推入被套轴，严禁用锤敲击和碰撞，以免损坏轴系和码盘。

（2）安装时请注意允许的轴负载，不得超过极限负载。

（3）请不要将编码器的输出线与动力线等绕在一起或同一管道传输，也不宜在配电盘附近使用，以防干扰。

（4）安装开机前，应仔细检查产品说明书与编码器型号是否相符，电机转速是否超过编码器所允许的极限转速。接线是否正确。

上述方法更换编码器，可满足电机正常工作要求，工作电流较小，故障停机时间大幅减少，节约维修成本，减少因停产带来的经济损失，为日后自主更换编码器提供了基础。