伺服電機(jī)選型技術(shù)指南

1、機(jī)電領(lǐng)域中伺服電機(jī)的選擇原則

現(xiàn)代機(jī)電行業(yè)中經(jīng)常會(huì)碰到一些復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，這對(duì)電機(jī)的動(dòng)力荷載有很大影響。伺服驅(qū)動(dòng)裝置是許多機(jī)電系統(tǒng)的核心，因此，伺服電機(jī)的選擇就變得尤為重要。首先要選出滿足給定負(fù)載要求的電動(dòng)機(jī)，然后再?gòu)闹邪磧r(jià)格、重量、體積等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)選擇最適合的電機(jī)。

伺服電機(jī)如何進(jìn)行選型知識(shí)講解

各種電機(jī)的T-ω曲線

（1）傳統(tǒng)的選擇方法

這里只考慮電機(jī)的動(dòng)力問(wèn)題，對(duì)于直線運(yùn)動(dòng)用速度v(t)，加速度a(t)和所需外力F(t)表示，對(duì)于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用角速度ω(t)，角加速度α(t)和所需扭矩T(t)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ω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=ω峰值，最大/ω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(guò)對(duì)每種電機(jī)的廣泛類比來(lái)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。

（2）新的選擇方法

一種新的選擇原則是將電機(jī)特性與負(fù)載特性分離開(kāi)，并用圖解的形式表示，這種表示方法使得驅(qū)動(dòng)裝置的可行性檢查和不同系統(tǒng)間的比較更方便，另外，還提供了傳動(dòng)比的一個(gè)可能范圍。這種方法的優(yōu)點(diǎn)：適用于各種負(fù)載情況；將負(fù)載和電機(jī)的特性分離開(kāi)；有關(guān)動(dòng)力的各個(gè)參數(shù)均可用圖解的形式表示并且適用于各種電機(jī)。因此，不再需要用大量的類比來(lái)檢查電機(jī)是否能夠驅(qū)動(dòng)某個(gè)特定的負(fù)載。

在電機(jī)和負(fù)載之間的傳動(dòng)比會(huì)改變電機(jī)提供的動(dòng)力荷載參數(shù)。比如，一個(gè)大的傳動(dòng)比會(huì)減小外部扭矩對(duì)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的影響，而且，為輸出同樣的運(yùn)動(dòng)，電機(jī)就得以較高的速度旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較大的加速度，因此電機(jī)需要較大的慣量扭矩。選擇一個(gè)合適的傳動(dòng)比就能平衡這相反的兩個(gè)方面。通常，應(yīng)用有如下兩種方法可以找到這個(gè)傳動(dòng)比n，它會(huì)把電機(jī)與工作任務(wù)很好地協(xié)調(diào)起來(lái)。一是，從電機(jī)得到的最大速度小于電機(jī)自身的最大速度ω電機(jī)，最大；二是，電機(jī)任意時(shí)刻的標(biāo)準(zhǔn)扭矩小于電機(jī)額定扭矩M額定。

2、一般伺服電機(jī)選擇考慮的問(wèn)題

（1）電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速

電機(jī)選擇首先依據(jù)機(jī)床快速行程速度。快速行程的電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)嚴(yán)格控制在電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速之內(nèi)。

nom3h

maxn10PuVn≤??=式中，nomn為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（rpm）；n為快速行程時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速（rpm）；maxV為直線運(yùn)行速度（m/min）；u為系統(tǒng)傳動(dòng)比，u=n電機(jī)/n絲杠；hP絲杠導(dǎo)程（mm）。

（2）慣量匹配問(wèn)題及計(jì)算負(fù)載慣量

為了保證足夠的角加速度使系統(tǒng)反應(yīng)靈敏和滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求,負(fù)載慣量JL應(yīng)限制在2.5倍電機(jī)慣量JM之內(nèi)，即ML5J.2J<。

2N1jjj2M

1jjjL)V(m)(JJ∑∑==+=ωωω式中，jJ為各轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg.m2；jω為各轉(zhuǎn)動(dòng)件角速度，rad/min；jm為各移動(dòng)件的質(zhì)量，kg；jV為各移動(dòng)件的速度，m/min；ω為伺服電機(jī)的角速度，rad/min。

（3）空載加速轉(zhuǎn)矩

空載加速轉(zhuǎn)矩發(fā)生在執(zhí)行部件從靜止以階躍指令加速到快速時(shí)。一般應(yīng)限定在變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最大輸出轉(zhuǎn)矩的80%以內(nèi)。

%8060)(2maxmax?≤+=AFac

MLTTtJJnTπ式中，maxAT為與電機(jī)匹配的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩（N.m）；maxT為空載時(shí)加速轉(zhuǎn)矩（N.m）；FT為快速行程時(shí)轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上的載荷轉(zhuǎn)矩（N.m）；act為快速行程時(shí)加減速時(shí)間常數(shù)（ms）。

（4）切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩

在正常工作狀態(tài)下，切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩msT不超過(guò)電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩MST的80%。

%802

1?≤=MScmsTDTT

式中，cT為最大切削轉(zhuǎn)矩（N.m）；D為最大負(fù)載比。

（5）連續(xù)過(guò)載時(shí)間

連續(xù)過(guò)載時(shí)間lont應(yīng)限制在電機(jī)規(guī)定過(guò)載時(shí)間Mont之內(nèi)。