伺服電機(jī)選型的原則和注意事項(xiàng)

      為了滿足機(jī)械設(shè)備對(duì)高精度、快速響應(yīng)的要求，伺服電機(jī)應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時(shí)間常數(shù)和啟動(dòng)電壓，還應(yīng)具有較長時(shí)間的過載能力，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求，能夠承受頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)和正、反轉(zhuǎn)，如果盲目地選擇大規(guī)格的電機(jī)，不僅增加成本，也會(huì)使得設(shè)計(jì)設(shè)備的體積增大，結(jié)構(gòu)不緊湊，因此選擇電機(jī)時(shí)應(yīng)充分考慮各方面的要求，以便充分發(fā)揮伺服電機(jī)的工作性能；下面介紹伺服電機(jī)的選型原則和注意事項(xiàng)。

　　選用伺服電機(jī)型號(hào)的步驟

　　1、明確負(fù)載機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)條件要求，即加／減速的快慢、運(yùn)動(dòng)速度、機(jī)構(gòu)的重量、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式等。

　　2、依據(jù)運(yùn)行條件要求選用合適的負(fù)載慣最計(jì)算公式，計(jì)算出機(jī)構(gòu)的負(fù)載慣量。

　　3、依據(jù)負(fù)載慣量與電機(jī)慣量選出適當(dāng)?shù)募龠x定電機(jī)規(guī)格。

　　4、結(jié)合初選的電機(jī)慣量與負(fù)載慣量，計(jì)算出加速轉(zhuǎn)矩及減速轉(zhuǎn)矩。

　　5、依據(jù)負(fù)載重量、配置方式、摩擦系數(shù)、運(yùn)行效率計(jì)算出負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

　　6、初選電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩必須大于加速轉(zhuǎn)矩加負(fù)載轉(zhuǎn)矩；如果不符合條件，必須選用其他型號(hào)計(jì)算驗(yàn)證直至符合要求。

　　7、依據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、加速轉(zhuǎn)矩、減速轉(zhuǎn)矩及保持轉(zhuǎn)矩，計(jì)算出連續(xù)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩。

　　8、初選電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩必須大于連續(xù)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩，如果不符合條件，必須選用其他型號(hào)計(jì)算驗(yàn)證直至符合要求。

　　9、完成選定。

　　伺服電機(jī)的選型計(jì)算方法 

　　1、轉(zhuǎn)速和編碼器分辨率的確認(rèn)。

　　2、電機(jī)軸上負(fù)載力矩的折算和加減速力矩的計(jì)算。

　　3、計(jì)算負(fù)載慣量，慣量的匹配，安川伺服電機(jī)為例，部分產(chǎn)品慣量匹配可達(dá)50倍，但實(shí)際越小越好，這樣對(duì)精度和響應(yīng)速度好。

　　4、再生電阻的計(jì)算和選擇，對(duì)于伺服，一般2kw以上，要外配置。

　　5、電纜選擇，編碼器電纜雙絞屏蔽的，對(duì)于安川伺服等日系產(chǎn)品絕對(duì)值編碼器是6芯，增量式是4芯。

　　以上的選擇方法只考慮到電機(jī)的動(dòng)力問題，對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)用速度，加速度和所需外力表示，對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用角速度，角加速度和所需扭矩表示，它們均可以表示為時(shí)間的函數(shù)，與其他因素?zé)o關(guān)。很顯然。電機(jī)的最大功率P電機(jī)，最大應(yīng)大于工作負(fù)載所需的峰值功率P峰值，但僅僅如此是不夠的，物理意義上的功率包含扭矩和速度兩部分，但在實(shí)際的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中它們是受限制的。用 峰值，T峰值表示最大值或者峰值。電機(jī)的最大速度決定了減速器減速比的上限，n上限= 峰值，最大/ 峰值，同樣，電機(jī)的最大扭矩決定了減速比的下限，n下限=T峰值/T電機(jī)，最大，如果n下限大于n上限，選擇的電機(jī)是不合適的。反之，則可以通過對(duì)每種電機(jī)的廣泛類比來確定上下限之間可行的傳動(dòng)比范圍。只用峰值功率作為選擇電機(jī)的原則是不充分的，而且傳動(dòng)比的準(zhǔn)確計(jì)算非常繁瑣。

　　如何選擇伺服電機(jī)

　　1、首先，你需要區(qū)分常見的電機(jī)，比如伺服電機(jī)，主軸電機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)，你要清楚明白為什么使用伺服電動(dòng)機(jī)，伺服電動(dòng)機(jī)一般用在數(shù)控系統(tǒng)上，它是可控的，能夠?qū)崿F(xiàn)半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制。

　　2、我們常用的伺服電機(jī)廠家有西門子，發(fā)那科FANUC，還有一些其他廠家，不過選型過程大同小異，下面以西門子的選型為例進(jìn)行說明。

　　3、首先，需要計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算需要計(jì)算負(fù)載力，負(fù)載力可能是摩擦力，也可能是切削力，都要根據(jù)你的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)大致的計(jì)算。負(fù)載轉(zhuǎn)矩的單位是N.M 。所以還要知道工件的轉(zhuǎn)動(dòng)直徑（半徑）。

　　4、然后根據(jù)工件的轉(zhuǎn)動(dòng)速度及負(fù)載質(zhì)量計(jì)算出工件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。再然后需要把工件的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)換成主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

　　5、得到上述轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量后，便可以聯(lián)系廠家確定所用電機(jī)了。伺服電機(jī)的選型一般不看轉(zhuǎn)速。一個(gè)原則是選定電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩×0.8比換算到電機(jī)軸負(fù)載轉(zhuǎn)矩大的電機(jī)，TMx0.8＞TL。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：選定電機(jī)的轉(zhuǎn)子·慣量為負(fù)載的1/3*以上的電機(jī)：JM≥JL/3。

　　6、最后需要確定一些細(xì)枝末節(jié)的東西，比如電機(jī)的輸出軸要不要鍵，帶不帶剎車，防護(hù)等級(jí)，編碼系統(tǒng)等等。推薦一個(gè)軟件：CAD CREATOR 2.0，可以到西門子的官網(wǎng)上下載，能夠幫助你的選型。并到處相應(yīng)電機(jī)的圖紙及模型。

　　伺服電機(jī)選型的原則

　　1、根據(jù)運(yùn)行要求選擇負(fù)載慣量計(jì)算公式，計(jì)算機(jī)構(gòu)的負(fù)載慣量。

　　2、通常，明確負(fù)載機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)條件要求，即加減速度、運(yùn)行速度、重量、運(yùn)行方式等，這是選擇伺服規(guī)格的必要。

　　3、負(fù)載重量、配置方式、摩擦系數(shù)來計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

　　4、負(fù)載慣量和伺服電機(jī)慣量也是選擇電機(jī)規(guī)格的必要考慮因素，用戶可以根據(jù)兩者計(jì)算出加速轉(zhuǎn)矩及減速轉(zhuǎn)矩，并選擇行當(dāng)?shù)募龠x定規(guī)格。

　　5、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、加減速轉(zhuǎn)矩、保持轉(zhuǎn)矩，計(jì)算連續(xù)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩。連續(xù)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩一定要小于初選伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，否則只能選擇其他符合條件的規(guī)格。

　　6、注意 加速轉(zhuǎn)矩+負(fù)載轉(zhuǎn)矩〈初選伺服的最大輸出轉(zhuǎn)矩

　　伺服電機(jī)選型的注意事項(xiàng)

　　1、有些系統(tǒng)如傳送裝置，升降裝置等要求伺服電機(jī)能盡快停車，而在故障、急停、電源斷電時(shí)伺服器沒有再生制動(dòng)，無法對(duì)電機(jī)減速。同時(shí)系統(tǒng)的機(jī)械慣量又較大，這時(shí)對(duì)動(dòng)態(tài)制動(dòng)器的要依據(jù)負(fù)載的輕重、電機(jī)的工作速度等進(jìn)行選擇。

　　2、有些系統(tǒng)要維持機(jī)械裝置的靜止位置，需電機(jī)提供較大的輸出轉(zhuǎn)矩，且停止的時(shí)間較長。如果使用伺服的自鎖功能，往往會(huì)造成電機(jī)過熱或放大器過載，這種情況就要選擇帶電磁制動(dòng)的電機(jī)。

　　3、有的伺服驅(qū)動(dòng)器有內(nèi)置的再生制動(dòng)單元，但當(dāng)再生制動(dòng)較頻繁時(shí)，可能引起直流母線電壓過高，這時(shí)需另配再生制動(dòng)電阻。再生制動(dòng)電阻是否需要另配，配多大，可參照相應(yīng)樣本的使用說明來配。

　　4、如果選擇了帶電磁制動(dòng)器的伺服電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量會(huì)增大，計(jì)算轉(zhuǎn)矩時(shí)要進(jìn)行考慮。