1、1、機電領域中伺服電機的選擇原則現代機電行業中經常會碰到一些復雜的運動，這對電機的動力荷載有很大影響。 伺服驅動裝置是許多機電系統的核心，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載要求的電動機，然后再從中按價格、重量、體積等技術 經濟指標選擇最適合的電機。各種電機的 T- 曲線1)傳統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，對于旋轉運動用角速度 (t) ，角加速度 (t) 和所需扭矩 T(t) 表示，它們均可以表示為時間的函數，與其他因素無關。很顯然。電機的最 大功率P電機，最大應大于工作負載所需的峰值

2、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載特性分離開，并用圖解的形式表示，這種 表示方法使得驅動裝置的可行性檢

3、查和不同系統間的比較更方便，另外，還提供 了傳動比的一個可能范圍。這種方法的優點：適用于各種負載情況；將負載和電 機的特性分離開；有關動力的各個參數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動某個特定的負載。在電機和負載之間的傳動比會改變電機提供的動力荷載參數。比如，一個大的傳 動比會減小外部扭矩對電機運轉的影響，而且，為輸出同樣的運動，電機就得以 較高的速度旋轉，產生較大的加速度，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很好地協調起來。一是，從

4、電機得到的最 大速度小于電機自身的最大速度 電機，最大；二是，電機任意時刻的標準扭矩 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）電機的最高轉速電機選擇首先依據機床快速行程速度。快速行程的電機轉速應嚴格控制在電機的額定轉速之內 式中，為電機的額定轉速（rpm）； n為快速行程時電機的轉速（rpm）；為直線 運行速度（m/min）； u為系統傳動比，u=n電機/n絲杠；絲杠導程（mr）i。（ 2）慣量匹配問題及計算負載慣量為了保證足夠的角加速度使系統反應靈敏和滿足系統的穩定性要求 ,負載慣量JL應限制在倍電機慣量JM之內，即。式中， 為各轉動件的轉動慣量，；為各轉動件角速度， r

5、ad/min ； 為各移動件 的質量，kg；為各移動件的速度，m/min；為伺服電機的角速度，rad/min。（ 3）空載加速轉矩空載加速轉矩發生在執行部件從靜止以階躍指令加速到快速時。一般應限定 在變頻驅動系統最大輸出轉矩的 80% 以內。式中， 為與電機匹配的變頻驅動系統的最大輸出轉矩（）；為空載時加速轉矩（）；為快速行程時轉換到電機軸上的載荷轉矩（）；為快速行程時加減速時間 常數（ ms）。4）切削負載轉矩在正常工作狀態下，切削負載轉矩 不超過電機額定轉矩 的 80%。式中，為最大切削轉矩（）；D為最大負載比。（ 5）連續過載時間連續過載時間 應限制在電機規定過載時間 之內3、根據負載轉

6、矩選擇伺服電機根據伺服電機的工作曲線，負載轉矩應滿足：當機床作空載運行時， 在整個速度范圍內，加在伺服電機軸上的負載轉矩應在電機的連續額定轉矩范圍 內，即在工作曲線的連續工作區；最大負載轉矩，加載周期及過載時間應在特性 曲線的允許范圍內。加在電機軸上的負載轉矩可以折算出加到電機軸上的負載轉 矩。式中，為折算到電機軸上的負載轉矩 （）； F 為軸向移動工作臺時所需的力 （N）； l為電機每轉的機械位移量（m ；為滾珠絲杠軸承等摩擦轉矩折算到電機軸上的 負載轉矩（）；為驅動系統的效率。式中，為切削反作用力（N）;為齒輪作用力（N ； W為工作臺工件 等滑動部分總重量（N）;為由于切削力使工作臺壓向

7、導軌的正壓力（N）;為 摩擦系數。無切削時，。計算轉矩時下列幾點應特別注意。（a由于鑲條產生的摩擦轉矩必須充分地考慮。通常，僅僅從滑塊的重量和摩擦系數來計算的轉矩很小的。請特別注意由于鑲條加緊以及滑塊表面的精度誤差所產生的力矩。（b）由于軸承，螺母的預加載，以及絲杠的預緊力滾珠接觸面的摩擦等所產生 的轉矩均不能忽略。尤其是小型輕重量的設備。這樣的轉矩回應影響整個轉矩。 所以要特別注意。（c）切削力的反作用力會使工作臺的摩擦增加，以此承受切削反作用力的點與 承受驅動力的點通常是分離的。如圖所示，在承受大的切削反作用力的瞬間，滑 塊表面的負載也增加。當計算切削期間的轉矩時，由于這一載荷而引起的摩擦

8、轉 矩的增加應給予考慮。（d）摩擦轉矩受進給速率的影響很大，必須研究測量因速度工作臺支撐物（滑塊, 滾珠，壓力 ） ，滑塊表面材料及潤滑條件的改變而引起的摩擦的變化。已得出正 確的數值。（e）通常，即使在同一臺的機械上，隨調整條件，周圍溫度，或潤滑條件等因素而變化。當計算負載轉矩時，請盡量借助測量同種機械上而積累的參數，來得 到正確的數據。4、根據負載慣量選擇伺服電機為了保證輪廓切削形狀精度和低的表面加工粗糙度，要求數控機床具 有良好的快速響應特性。隨著控制信號的變化，電機應在較短的時間內完成必須 的動作。負載慣量與電機的響應和快速移動 ACC/DE時間息息相關。帶大慣量負 載時，當速度指令變

9、化時，電機需較長的時間才能到達這一速度，當二軸同步插 補進行圓弧高速切削時大慣量的負載產生的誤差會比小慣量的大一些。因此，加 在電機軸上的負載慣量的大小，將直接影響電機的靈敏度以及整個伺服系統的精 度。當負載慣量 5 倍以上時，會使轉子的靈敏度受影響， 電機慣量和負載慣量 必 須滿足：由電機驅動的所有運動部件，無論旋轉運動的部件，還是直線運動的 部件，都成為電機的負載慣量。電機軸上的負載總慣量可以通過計算各個被驅動 的部件的慣量，并按一定的規律將其相加得到。（a）圓柱體慣量如滾珠絲杠，齒輪等圍繞其中心軸旋轉時的慣量可按下面公式計算：kg cm2)式中，丫為材料的密度(kg/cm3) ;D為圓柱

10、體的直經(cm) ；L為圓柱體的長度(cm)(b) 軸向移動物體的慣量工件，工作臺等軸向移動物體的慣量，可由下面公式得出：( kg cm2)式中，W/為直線移動物體的重量(kg) ； L為電機每轉在直線方向移動的距離(cm)(c) 圓柱體圍繞中心運動時的慣量如圖所示：圓柱體圍繞中心運動時的慣量屬于這種情況的例子：如大直經的齒輪，為了減少慣量，往往在圓盤上挖出分布均勻的孔這時的慣量可以這樣計算：( kg cm2)式中，為圓柱體圍繞其中心線旋轉時的慣量(kgcm2) ； W為圓柱體的重量(kg) ； R 為旋轉半徑 (cm)。(d) 相對電機軸機械變速的慣量計算將上圖所示的負載慣量Jo折算到電機軸

11、上的計算方法如下：kg cm2)式中， 、 為齒輪的齒數。5、電機加減速時的轉矩（1）按線性加減速時加速轉矩電機加速或減速時的轉矩按線性加減速時加速轉矩計算如下：（）式中， 為電機的穩定速度； 為加速時間；為電機轉子慣量（）；為折算到電機 軸上的負載慣量（）；為位置伺服開環增益。加速轉矩開始減小時的轉速如下：2）按指數曲線加速電機按指數曲線加速時的加速轉矩曲線此時，速度為零的轉矩 To 可由下面公式給出：（）式中， 為指數曲線加速時間常數。（3）輸入階段性速度指令這時的加速轉矩Ta相當于To,可由下面公式求得（ts=Ks ）。（）6、根據電機轉矩均方根值選擇電機工作機械頻繁啟動,制動時所需轉矩

12、,當工作機械作頻繁啟動,制動時,必須檢查電機是否過熱,為此需計算在一個周期內電機轉矩的均方根值,并且應使此均方根值小于電機的連續轉矩。電機的均方根值由下式給出：式中，為加速轉矩（Nm ；為摩擦轉矩（Nm ;在停止期間的轉矩（ Nm）；, 如下圖所示。的轉矩曲線負載周期性變化的轉矩計算，也需要計算出一個周期中的轉矩均方根值，且該值小于額定轉矩。這樣電機才不會過熱，正常工作。負載周期性變化的轉矩計算圖設計時進給伺服電機的選擇原則是：首先根據轉矩速度特性曲線檢 查負載轉矩，加減速轉矩是否滿足要求，然后對負載慣量進行校合，對要求頻繁 起動、制動的電機還應對其轉矩均方根進行校合，這樣選擇出來的電機才能既

13、滿 足要求，又可避免由于電機選擇偏大而引起的問題。8、伺服電機選擇的步驟、方法以及公式（1）決定運行方式根據機械系統的控制內容，決定電機運行方式，啟動時間 ta 、減速時間 td 由實 際情況合機械剛度決定。典型運行方式2）計算負載換算到電機軸上的轉動慣量 GD2為了計算啟動轉矩 ，要先求出負載的轉動慣量：式中，L為圓柱體的長cm； D為圓柱體的直徑cm式中， 為負載側齒輪厚度； 為負載側齒輪直徑； 為電機側齒輪厚度；為電機側齒輪直徑；為材料密度；為負載轉動慣量（）；為負載軸轉速rpm；為電機軸轉速 rpm； 為減速比。（ 3）初選電機計算電機穩定運行時的功率 Po以及轉矩TL。TL為折算到電

14、機軸上的 負載轉矩：式中， 為機械系統的效率； 負載軸轉矩（ 4）核算加減速時間或加減速功率對初選電機根據機械系統的要求，核算加減速時間，必須小于機械系統要求值。加速時間:減速時間:上兩式中使用電機的機械數值求出，故求出加入起動信號后的時間，必須加算作 為控制電路滯后的時間510ms負載加速轉矩可由起動時間求出，若大于初選 電機的額定轉矩，但小于電機的瞬時最大轉矩(510倍額定轉矩)，也可以認 為電機初選合適。(5)考慮工作循環與占空因素的實效轉矩計算在機器人等激烈工作場合，不能忽略加減速超過額定電流這一影響，則需要以占空因素求實效轉矩。該值在初選電機額定轉矩以下，則選擇電機合適 以典型運行方

15、式中圖a為例：式中，為起動時間s；為正常運行時間s；為減速時間s；為波形 系數。若不滿足額定轉矩式，需要提高電機容量，再次核算。逸飛、電動機起動方式的選擇作為應用最廣泛的鼠籠型異步電動機，它采用降壓起動的條件：一是電動機 起動時，機械不能承受全壓起動的沖擊轉矩；二是電動機起動時，其端電壓不能 滿足規范要求；三是電動機起動時，影響其他負荷的正常運行。對于降壓起動目前有兩種方式，一種是降壓起動，一種是軟起動。他經過了 三個發展階段，一是“ Y- ”起動器和自藕降壓起動器，二是磁控式軟啟動器, 三是目前最先進最流行的電子軟啟動器。電子軟啟動器一般都是采用 16 位單片 機進行智能化控制，他既能保證電

16、動機在負載要求的起動特性下平滑起動，又能 降低對電網的沖擊，同時，還能實現直接計算機通訊控制，為自動化智能控制打 下良好的基礎。它們的造價比較是：“ 丫- ”起動器須六根出線而且故障率太高，維修費 也高已不常采用，自藕方式每個千瓦 80元左右，磁控的每千瓦 150元左右，自 藕和磁控的體積較大且故障率較高，維修費較高，電子軟啟動器每個千瓦在 80 元到 150 元之間，一般情況下，一臺開關柜能放多臺電子軟啟動器，節省工程造 價，且故障率較低，維修費也低。所以，電子軟啟動器應是我們首選的目標。二、電子軟啟動器的選擇通過以上所述，毋庸置疑地在工程設計和工程改造中，要想改善工藝提高自 動化水平，降低

17、成本提高企業效益，對電動機的起動就必須首先采用先進的起動 設備電子軟啟動器。在應用電子軟啟動器時應考慮哪些問題呢做為軟啟動器首先要看它的起動性能和停車性能，目前的軟啟動器有以下五種起動方式：軟起動器疑難問題解答1 什么是軟起動器軟起動器是一種用來控制鼠籠型異步電動機的新設備，集電機軟起動、軟停 車、輕載節能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，國外稱為SoftStarter。它的主要構成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯閘管及其電 子控制電路。 運用不同的方法，控制三相反并聯晶閘管的導通角，使被控電機 的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實現不同的功能。lawfe ng軟起動器家族及磁控式

18、軟起動器一、軟起動一詞的朔源：軟起動一詞始見于一九七七年美國宇航局工程師諾勒的專利：“功率因 數控制器”的報道之中，該專利為異步電動機節能器，其中的起動方式采用了電 壓爬升式起動始稱軟起動。此后在八十年代初期基于此原理的異步電動機軟起動 器首先在西方國家問世并進入我國市場。由于其起動性能優越所以很快被廣大用 戶認可，因此以自耦變壓器為代表的電壓分步式起動器逐漸地淡出市場。其實在 此之前的液阻起動器也具備上述起動特征筆者認為也應該納入軟起動之范疇。二、磁控式軟起動器的誕生與延革：磁控式軟起動器是胡琪順工程師九一年為適應油田生產設備的需要開題研究 的，當時的首選方案是電子式軟起動器方案，但在實驗中

19、很快發現它存在以下問 題：一是由于電子器件的固有特性使整機的性能脆弱。二是由于斬波調壓產生的 高次諧波轉矩使電動機在起 動時產生微震現象。三是技術復雜現場維護困難尤 其是非電專業人員使用操作此問題更加突出。為此必須尋找一個既能保持軟起動 性能且可靠性能高的方案，這樣磁控方案就應運而生了。磁控方案的核心就在于 用磁放大器取代了可控硅作為主電路的執行單元。這樣就實現磁電器件對磁電設 備電動機的控制，使二者的瞬態抗過載能力處于同一水平，大幅度地提高了 整機的可靠性和起動成功率；變斬波調壓為限幅調壓抑制了高次諧波的影響使電 動機在起動時消除了微震現象。同時也使整機的結構及操作要求大為簡化。對工 況條件

20、的適應性大為提高。滿足了生產的需要和課題要求。第一代磁控式電動機軟起動器產品于一九九三年獲得國家專利（）小蟲好棒磁控式電動機軟起動器簡介一、結構特征：磁控式軟起動器與電子式軟起動器的主要區別在于主回路調壓執行單元采用大功率磁放大器取代了電力半導體器件可控硅模塊。其優勢由 此而產生。二、性能特征：1. 過載能力強：磁放大器屬于磁電器件，其過載能力為幾十秒級；可控硅 是電力半導體器件，其過載能力為幾十毫秒級；兩者抗過載能力不在同一等級（見下表）磁放大器瞬時不重復抗過載能力與電動機相同可控硅4le/ 33le/2le/2. 輸出波型好：磁放大器是控制磁場、調節電抗、限幅調壓，輸出為正弦 波性，高次諧

21、波不超標。可控硅是斬波式調壓輸出波型不連續，為非正弦波、波型崎變高次諧波均產生、污染電網。（見下圖）3結構簡單，安裝操作方便，磁控式電動機軟起動器對電源無相序要求； 進線出線端也可互換。復式反饋自動調節、無需繁瑣的設定。便于非專業人員操 作。4.起動性能好：磁控式軟起動器由于輸出波型好，所以電動機起動時電機 平穩，無微震現象；電子式軟起動器由于咼次諧波電磁力矩的影響，電動機起動 時會不同成度地產生微震和噪聲。三、特有的性能：磁控式軟起動器在萬一控制單元故障的情況下，可斷開控制單元該設備 可作通常的電抗器起動，不會影響工作。而電子式則無此功能。四、磁控式存在之不足：磁控式軟起動器（第二代專利升級

22、版）體積與電子式基本持平，但重量 較重。由于磁滯伸縮的原因，起動器工作時會產生一定交流音頻聲孵保存到我的收藏夾產品名稱:三菱MR-J2S系列伺服馬達型廠立即詢抿價號：阪-J2S-40A商：單價：電議類別：其他東莞市振芳電子貿I三易有限.O給我留言龔小姐成為商務伙伴電7話：傳3直：地樟木頭鎮禧蕾街15址：號郵523653編：網址：H三菱MR-J2S系列伺服馬達三菱伺服：MR-E MR-J2S三菱伺服MR-J2S手冊MR-J2S系列產品：MR-J2S-10A,MR-J2S-20A40A100/定轉速（最大轉速）：3000（4500） r/min2. 額定輸出（KW）：, 0.3. 特性：低慣量，由

23、于電機的慣性矩較大，適合用于負載慣性矩發生變動的機械及皮帶驅動等的韌性較差的機械。4. 用途例：皮帶驅動、機器人、裝配、縫紉機、X-Y型桌、食品機械。技術參數：1. 允許瞬間轉速：5275r/min。2. 速度、位置檢測器：131072p/rev。3. 附件：絕對、增量方式共用17位解碼器。4. 結構：全封閉、自冷卻做伺服控制必然涉及伺服電機的功率計算。 這是我找到的公式。大家看看是否正 確？輸出功率P= *N*T式中N為旋轉速度，T為扭矩。旋轉速度基本為3000.轉。那么T扭矩如何計算?T扭矩=r*M*式中r為軸半徑，M為物體重量，由于附件過大，未上傳上來。只能用文字說明了。大家討論一下，如果不正確請指正，還有其他方法的當然更是歡迎了。電動機的功率，應根據生產機械所需要的功率來選擇， 盡量使電動機在額定負載 下運行。選擇時應注意以下兩點： 如果電動機功率選得過小就會出現“小馬拉大車”現象，造成電動機長期 過載使其絕緣因發熱而損壞甚至電動機被燒毀。 如果電動機功率選得過大就會出現“大馬拉小