伺服電機選型技術(shù)指南

1、機電領(lǐng)域中伺服電機的選擇原則

現(xiàn)代機電行業(yè)中經(jīng)常會碰到一些復(fù)雜的運動，這對電機的動力荷載有很大影響。伺服驅(qū)動裝置是許多機電系統(tǒng)的核心，因此，伺服電機的選擇就變得尤為重要。首先要選出滿足給定負(fù)載要求的電動機，然后再從中按價格、重量、體積等技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)選擇最適合的電機。

伺服電機如何進行選型知識講解

各種電機的T-ω曲線

（1）傳統(tǒng)的選擇方法

這里只考慮電機的動力問題，對于直線運動用速度v(t)，加速度a(t)和所需外力F(t)表示，對于旋轉(zhuǎn)運動用角速度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間的函數(shù)，與其他因素?zé)o關(guān)。很顯然。電機的最大功率P電機，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，但在實際的傳動機構(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，電機的最大扭矩決定了減速比的下限，n下限=T峰值/T電機，最大，如果n下限大于n上限，選擇的電機是不合適的。反之，則可以通過對每種電機的廣泛類比來確定上下限之間可行的傳動比范圍。只用峰值功率作為選擇電機的原則是不充分的，而且傳動比的準(zhǔn)確計算非常繁瑣。

（2）新的選擇方法

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

在電機和負(fù)載之間的傳動比會改變電機提供的動力荷載參數(shù)。比如，一個大的傳動比會減小外部扭矩對電機運轉(zhuǎn)的影響，而且，為輸出同樣的運動，電機就得以較高的速度旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較大的加速度，因此電機需要較大的慣量扭矩。選擇一個合適的傳動比就能平衡這相反的兩個方面。通常，應(yīng)用有如下兩種方法可以找到這個傳動比n，它會把電機與工作任務(wù)很好地協(xié)調(diào)起來。一是，從電機得到的最大速度小于電機自身的最大速度ω電機，最大；二是，電機任意時刻的標(biāo)準(zhǔn)扭矩小于電機額定扭矩M額定。

2、一般伺服電機選擇考慮的問題

（1）電機的最高轉(zhuǎn)速

電機選擇首先依據(jù)機床快速行程速度?？焖傩谐痰碾姍C轉(zhuǎn)速應(yīng)嚴(yán)格控制在電機的額定轉(zhuǎn)速之內(nèi)。

nom3h

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

（2）慣量匹配問題及計算負(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倍電機慣量JM之內(nèi)，即ML5J.2J<。

2N1jjj2M

1jjjL)V(m)(JJ∑∑==+=ωωω式中，jJ為各轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)動慣量，kg.m2；jω為各轉(zhuǎn)動件角速度，rad/min；jm為各移動件的質(zhì)量，kg；jV為各移動件的速度，m/min；ω為伺服電機的角速度，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。一般應(yīng)限定在變頻驅(qū)動系統(tǒng)最大輸出轉(zhuǎn)矩的80%以內(nèi)。

%8060)(2maxmax?≤+=AFac

MLTTtJJnTπ式中，maxAT為與電機匹配的變頻驅(qū)動系統(tǒng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩（N.m）；maxT為空載時加速轉(zhuǎn)矩（N.m）；FT為快速行程時轉(zhuǎn)換到電機軸上的載荷轉(zhuǎn)矩（N.m）；act為快速行程時加減速時間常數(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不超過電機額定轉(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)過載時間

連續(xù)過載時間lont應(yīng)限制在電機規(guī)定過載時間Mont之內(nèi)。