伺服電機pdf

7. 台達伺服電機的應用案例

隨著世界能源供應的日趨緊張，可再生能源光伏產品發展迅猛，據行業統計2005年全國太陽能電池產能為300MW，到 2007年已發展到1000MW，到2010年我國太陽能電池/組件產能將達到5000MW以上，顯示出對單晶和多晶硅有很大的市場需求，比原來的市場預期提前了10年以上，也預示出單晶硅爐的市場需求將成倍增長。單晶硅爐是半導體材料直拉法晶體專用設備，其硅單晶棒料經切割等後續工藝處理成晶元被製作為二極體.太陽能電池.集成電路等半導體材料的主要器件。近幾年來由於國際能源危機及地球環境改善帶來對新能源，可再生能源的巨大需求，光伏產業出現前所未有的增長，半導體硅材料的生產又進入新的發展期，因此大力加速發展可再生能源.硅光伏產業及共基礎材料---高純半導體硅（單晶.多晶元）材料已成為當務之急，而硅材料的生長離不開單晶硅爐和多晶硅爐的設備支持。
二、單晶硅爐的工藝流程簡介、技術需求及方案的分析
2-1、單晶硅爐的工藝流程簡介
單晶硅爐爐的組成組件可分成四部分
（1）爐體：包括石英坩堝，石墨坩堝，加熱及絕熱組件，爐壁
（2）晶棒及坩堝拉升旋轉機構：包括籽晶夾頭，吊線及拉升旋轉組件
（3）氣氛壓力控制：包括氣體流量控制，真空系統及壓力控制閥
（4）控制系統：包括偵測感應器及電腦控制系統
加工工藝：
加料→熔化→縮頸生長→放肩生長→等徑生長→尾部生長
（1）加料：將多晶硅原料及雜質放入石英坩堝內，雜質的種類依電阻的N或P型而定。雜質種類有硼，磷，銻，砷。
（2）熔化：加完多晶硅原料於石英堝內後，長晶爐必須關閉並抽成真空後充入高純氬氣使之維持一定壓力范圍內，然後打開石墨加熱器電源，加熱至熔化溫度（1420℃）以上，將多晶硅原料熔化。
（3）縮頸生長：當硅熔體的溫度穩定之後，將籽晶慢慢浸入硅熔體中。由於籽晶與硅熔體場接觸時的熱應力，會使籽晶產生位錯，這些位錯必須利用縮勁生長使之消失掉。縮頸生長是將籽晶快速向上提升，使長出的籽晶的直徑縮小到一定大小（4-6mm）由於位錯線與生長軸成一個交角，只要縮頸夠長，位錯便能長出晶體表面，產生零位錯的晶體。
（4）放肩生長：長完細頸之後，須降低溫度與拉速，使得晶體的直徑漸漸增大到所需的大小。
（5）等徑生長：長完細頸和肩部之後，借著拉速與溫度的不斷調整，可使晶棒直徑維持在正負2mm之間，這段直徑固定的部分即稱為等徑部分。單晶矽片取自於等徑部分。
（6）尾部生長：在長完等徑部分之後，如果立刻將晶棒與液面分開，那麼效應力將使得晶棒出現位錯與滑移線。於是為了避免此問題的發生，必須將晶棒的直徑慢慢縮小，直到成一尖點而與液面分開。這一過程稱之為尾部生長。長完的晶棒被升至上爐室冷卻一段時間後取出，即完成一次生長周期。單晶硅爐整機如下圖：
2-2、技術需求和方案分析
單晶硅爐上面共需要四個軸驅動，其中2個使用的是伺服控制系統，另外2個使用的是直流驅動裝置實現；該設備根據工藝需要，設備分為爐架、主爐室、副室、提拉旋轉機構，下隨動機構及液壓提升機構、真空及氣路系統、水冷系統、光學測量系統、電加熱和運動控制系統及計算機控制系統等諸多機構。通過系統優化，實現高科技產品的集成。其次設備採用了許多較新的機構。如上提拉旋轉機構，通過花鍵軸配繞絲輪結合電刷環，在很小的體積上實現了穩定提拉和旋轉，滿足工藝需求且降低了設備高度，再有下隨動機構設備採用精密滾珠絲杠配合坩堝的磁流體密封，運動保持部件置於真空室外，實現精密運動與真空密封的完美結合，使用穩定可靠，還有液壓提升機構對副室翻板閥的保持採用無自鎖，爐內有漏硅等壓力驟增的緊急情況可以實現自動泄壓提高了設備的安全可靠性等等。在電器控制上設備採用可編程操作，代替了傳統的邏輯編程繼電器。電器控制系統由國產機大多採用的單片機，提升到IRCON和CCD工控自動化控制三個類型，提高了設備的自動化控制水平。
有控制方案中伺服控制系統存在如下問題：1、伺服控制器的編碼器輸出管角經常性的損壞；2、伺服電機的輸出軸端經常出現斷裂的情況；3、伺服控制器的輸入輸出點需要DC24V和DC12V的開關電源共計4個；
原有伺服控制系統同台達AB系列伺服控制系統的功能比較如下表： 項 目 原有日系伺服 優勢 台達AB系列伺服 輸入電源 單相200V(400W以下) < 單相200V(2KW以下) 單軸控制 無 < 點對點八點 分度功能 無 < 32度 自動定位 無 < 8組定時器定位 DI INPUT 7點 < 8點 DO OUTPUT 4點 < 5點 通信 RS232 < MODBUS 位置定位整定時間 3ms < 1ms 數字輸入可程序化 NO < OK 速度迴路頻率特性 450Hz = 450Hz DC24V 無 < 內建 通過原日系伺服系統所存在的問題以及台達伺服同原有日系伺服的功能比較表客戶最終在伺服控制系統上面選擇了我們台達AB系列伺服系統的控制方案即：2套伺服控制系統選用台達AB系列伺服，型號為ASDA-0421AB；
三、台達AB系列伺服的控制理論及主要特點
3-1、台達AB系列伺服採用的是先進強健式的控制理論(PDFF)如下圖
3-2、強健式控制理論的優缺點
優點：
1、在大范圍負載慣量變化,系統依然保有優秀性能
2、對命令和干擾有不同的補償控制
3、穩定性完全保證
4、阻尼剛性優良, 低速轉動特性優良
缺點：
1、控制參數需由繁復數學計算而得, 使用者無法自行調整
對策：依阻尼剛性的大小, 驅動器內含十組強健控制器, 供使用者選用
四、台達AB系列伺服在單晶硅爐上使用方案的實施
4-1、單晶硅爐上位機控制系統與台達AB系列伺服的連線 線色 伺服CN1 上位機線編號 帶限位 不帶限位 黃 11 H951 √ √ 橙色 9 H952 √ √ 綠色 31 H953 √ 藍色 10 H954 √ √ 白色 21 H955 √ √ 棕色 22 H956 √ √ 紅色 42 H949 √ √ 黑色 13 H950 √ √ 4-2、台達伺服的調試
手動調試：在整個系統的機械安裝和電器的連接完畢後，首先利用上位系統或台達伺服所具有的手動控制方式，同時將所有伺服的參數P0-02設置成14，讓機構的X軸和Y軸進行往復的運動，在伺服的顯示屏上會顯示伺服在此機構上面應用的轉動慣量JL/JM，我們利用台達伺服的軟體自動增益調整功能中的靜態增益調整，將伺服顯示的轉動慣量JL/JM和我們通過調試計算出來的響應頻寬B.W輸入的軟體中，在單晶硅爐項目中我們測試出伺服的轉動慣量JL/JM、響應頻寬B.W是80，計算出來我們需要的參數，把這些參數手動輸入的伺服控制器中，單晶硅爐即可正常運行。
自動調試：這種調試比手動要簡單了，首先也要像手動那樣先將轉動慣量JL/JM測試出來，把這個值輸入到參數P1-37中，再把參數P2-31設置成64、P2-32設置成5，這樣單晶硅爐就可以正常運行了。 無計算機軟體時的PDFF 自動增益調機步驟 手動調整比自動調整要精確的多，可以通過多次的加工測試來測試出一組最適合整個機構的參數；但是手動調整的時間要比較長，花費的工期也比較多，同時在成批量生產的過程中，伺服參數的輸入等也都非常的不方便；台達AB系列伺服的高性能、整定時間短、在單晶硅爐應用中的調頻參數比較寬等等，所以我們在單晶硅爐的正常應用中使用自動調整比較多一點。
4-3、ASDA伺服參數的說明
ASDA伺服在單晶硅爐系統應用中需要更改的參數說明
P0-02:14
驅動器的狀態的顯示；用來顯示機構的轉動慣量
P1-01:2
控制模式及控制命令輸入源的設定
P1-37:11
伺服電機的負載慣量比；在自動模式下用來設定伺服電機的負載慣量比
P1-44:12、P1-45:10
電子齒輪比的分子、分母；使伺服電機帶動的滾珠絲杠等機構運動的距離與上位機要求的距離相同
P1-46:10128
檢出器輸出脈沖數設定: 脈沖數設定值范圍即為伺服電機一回轉的輸出單相脈沖數。
P2-00:125
位置控制增益；主要控制伺服位置環迴路的應答性
P2-04:5526
速度控制增益；主要控制伺服速度環迴路的應答性
P2-06:80
速度積分補償；控制伺服電機、機構的固定偏差和整個機構的抖動
P2-25:3
共振抑制低通濾波；用來設定共振抑制低通濾波的時間常數
P2-26:14
外部干擾抵抗增益；用來增加對外力的抵抗能力並降低加減速的過沖現象
P2-31:64
自動及簡易模式設定；在自動模式時用來設定響應的頻寬
P2-32:5
增益調整方式；設定伺服的調整模式為PDFF自動模式即負載慣量比固定，伺服的響應頻寬可調整
2007年，在全球范圍內晶體硅產量中，電子級占接近55%，太陽能級佔45%多。隨著太陽能光伏產業的迅猛發展，太陽能電池晶元對晶體硅需求量的增長速度遠高於半導體晶體硅的發展（太陽能遞增速度2位數以上，半導體晶元5%左右），不久的將來太陽能晶體硅的需求量將大幅度超過電子級晶體硅用量。當前，晶體硅材料（包括多晶硅和單晶硅）是最主要的光伏材料，其市場佔有率在90%以上，而且在今後相當長的一段時期也依然是太陽能電池的主流材料。在世界范圍內，太陽能級晶體硅生產與供應已嚴重製約太陽能電池的發展，由此可以看到對應生產晶體硅的設備單晶硅爐和多晶硅爐在最近幾年的市場必定是異常火爆，同時晶體硅爐設備的發展也是影響太陽能行業的重要發展方向之一；

8. 西門子伺服電機入門到精通

可以買一本《深入淺出西門子運動控制器SIMOTION實用手冊》

9. 請教各位關於伺服電機svpwm控制的原理

svpwm（空間矢量控制）：三相交流電機矢量控制的思路是:用坐標變換將三相靜止坐標系變為兩相旋轉坐標系來進行解禍;以速度調節為外環，電流調節為內環，通過控制電流來調節速度。而三相PWM整流器是通過控制電流來調節電壓。因而，可以採用電機矢量控制的思路，形成電壓空間矢量PWM技術。電壓 空 間 矢量技術是按照跟蹤圓形旋轉磁場來控制PWM 電壓，磁鏈的軌跡依靠電壓空間矢
量的相加。在 由三 相 對稱正弦電源供電時，其空間矢量以恆速旋轉，磁鏈矢量頂端的運動軌跡形成圓形的空間旋轉磁場。當磁鏈矢量在空間旋轉一周時，電壓矢量也連續地按磁鏈圓的切線方向運動2)r弧度，其軌跡與磁鏈圓重合。這樣，旋轉磁場的形狀問題就轉化為電壓空間矢量運動軌跡的形狀問題。當電 壓 空 間矢量非零時，電壓將沿著電壓空間矢量的方向以正比於直流電壓的速度移動:當為零電壓矢量時，電壓就停下來。利用這八個基本電壓矢量的線性組合，可以合成更多的與vi- V6
相位不同的新的電壓空間矢量，最終構成一組等幅不同相的電壓空間矢量，盡可能逼近圓形旋轉磁場的磁鏈圓。也就是說， SVPWM控制通過分配八個基本電壓空間矢量及其作用時間，最終形成等幅不等寬的PWM脈沖波，實現追蹤磁通的圓形軌跡。主電路功率器件的開關頻率越高，正六邊形軌跡就越逼近圓形旋轉磁場。

10. 台達伺服電機ECMA-E21315RS B2的安裝尺寸，及四個孔尺寸，軸尺寸

如圖所示：

伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉1個脈沖對應的角度，從而實現位移，因為，伺服電機本身具備發出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉一個角度，都會發出對應數量的脈沖。

(10)伺服電機pdf擴展閱讀：

交流伺服電動機的轉子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動機具有較寬的調速范圍、線性的機械特性，無「自轉」現象和快速響應的性能，它與普通電動機相比，應具有轉子電阻大和轉動慣量小這兩個特點。目前應用較多的轉子結構有兩種形式：

一種是採用高電阻率的導電材料做成的高電阻率導條的鼠籠轉子，為了減小轉子的轉動慣量，轉子做得細長；

另一種是採用鋁合金製成的空心杯形轉子，杯壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉子內放置固定的內定子.空心杯形轉子的轉動慣量很小，反應迅速，而且運轉平穩，因此被廣泛採用。