伺服電機選型要求及注意事項

伺服電機(servo motor )是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。根據(jù)使用電源不同：分直流伺服電機和交流伺服電機。他兩在功能上的區(qū)別：交流伺服要好一些，因為是正弦波控制，轉(zhuǎn)矩脈動小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡單，便宜。伺服電機可以實現(xiàn)精確控制，你讓它轉(zhuǎn)多少它就轉(zhuǎn)多少，而且它還會反饋，實現(xiàn)所謂的閉環(huán)，由編碼器去反饋看是否確實轉(zhuǎn)了那么多，這樣控制精度就更高。

我們知道步進電機的精度以步距來衡量，市場上步進電機的步距角一般有0.36度/0.72度(五相電機)、0.9度/1.8度(二、四相電機)、1.5度/3度 (三相電機)德國百格拉公司(BERGER LAHR)生產(chǎn)的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°。我們以步距角為0.036°的步進電機為例。

0.036=360/10000

假設(shè)給這個步進電機后端加上編碼器，那么公式相當于電機轉(zhuǎn)一圈編碼器發(fā)出10000個脈沖，編碼器分辨率是10000。

伺服電機的精度是電機后端的編碼器分辨率來衡量的，現(xiàn)在伺服編碼器分辨率達到2的23次方，可見伺服電機的精度遠遠比步進電機精度高。

普通電機上電就轉(zhuǎn)，沒電就停，除了轉(zhuǎn)如果還非要說它有什么功能的話那就是正反轉(zhuǎn)。

提供伺服電機選型流程

1、負載機構(gòu)(確定機構(gòu)類型以及其細節(jié)數(shù)據(jù)，如滾珠絲桿長度、滾珠絲桿的直徑、行程和帶輪直徑等)

2、動作模式(決定控制對象部分的動作模式，時間與速度的關(guān)系;將控制對象的動作模式換算為電機軸上的動作形式;確定運行模式，包括加速時間(ta)、勻速時間(tu)、減速時間(td)、停止時間(ts)、循環(huán)時間(tc)和運動距離(L)等參數(shù))

3、負載的慣量、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速(我們在選型時，是根據(jù)扭矩來選擇功率!)

4、定位精度(確認編碼器的脈沖數(shù)是否滿足系統(tǒng)要求規(guī)格的分辨率)

5、使用環(huán)境(如環(huán)境溫度、濕度、使用環(huán)境大氣及振動沖擊等等)

自動化領(lǐng)域指如今的大熱門，而伺服電機在其中占有重要地位，通常用于項目中較精確的速度或位置控制部件的驅(qū)動。自動化設(shè)備的設(shè)計者常常需要面臨各種各樣不同需求的電機選型問題，而供應商提供的電機也是五花八門，參數(shù)多如牛毛，常常使初學者一頭霧水，本文僅根據(jù)作者的實際工作經(jīng)歷做一些分享，望能夠給需要者提供一些幫助。

1.應用場景

自動化領(lǐng)域的控制型電機可分為伺服電機、步進電機、變頻電機等。在需要較為精確的速度或位置控制的部件，會選擇伺服電機驅(qū)動。變頻器+變頻電機的控制方式，是通過改變輸入電機的電源頻率而改變電機轉(zhuǎn)速的控制方法。一般只用于電機的調(diào)速控制。伺服電機與步進電機相比：a) 伺服電機使用閉環(huán)控制，步進電機為開環(huán)控制;b) 伺服電機使用旋轉(zhuǎn)編碼器計量精度，步進電機使用步距角。普通產(chǎn)品級別上前者的精度可達后者的百倍數(shù)量級;c) 控制方式相似(脈沖或方向信號)。

2.供電電源

伺服電機從供電電源上區(qū)分可分為交流伺服電機和直流伺服電機。二者還是比較好選擇的。一般的自動化設(shè)備，甲方都會提供標準的380V工業(yè)電源或220V電源，此時選擇對應電源的伺服電機即可，免去電源類型的轉(zhuǎn)換。但有一些設(shè)備，比如立體倉庫中的穿梭板、AGV小車等，由于本身的移動性質(zhì)，大部分使用自帶直流電源，所以一般使用直流伺服電機。

3.抱閘

根據(jù)動作機構(gòu)的設(shè)計，考慮在停電狀態(tài)下或靜止狀態(tài)下，是否會造成對電機的反轉(zhuǎn)趨勢。如果有反轉(zhuǎn)趨勢，就需要選擇帶抱閘的伺服電機。

4.選型計算

選型計算前，首先要確定的是機構(gòu)末端的位置和速度要求，再者確定傳動機構(gòu)。此時即可選擇伺服系統(tǒng)和對應的減速器。選型過程中，主要考慮以下參數(shù)：

功率和速度

根據(jù)結(jié)構(gòu)形式和最終負載的速度和加速度要求，計算電機所需功率和速度。值得注意的是，通常情況下需要結(jié)合所選電機的速度選取減速機的減速比。在實際選型過程中，比如負載為水平運動，因為各個傳動機構(gòu)的摩擦系數(shù)和風載系數(shù)的不確定性，公式P=T*N/9549往往無法明確計算(無法精確計算扭矩的大小)。而在實踐過程中，也發(fā)現(xiàn)使用伺服電機所需功率最大處往往是加減速階段。所以，通過T=F*R=m*a*R可定量計算所需電機的功率大小和減速機的減速比(m：負載質(zhì)量;a：負載加速度;R：負載旋轉(zhuǎn)半徑)。

每種類型的伺服電機的規(guī)格中都有額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、伺服電機慣量等參數(shù)。每個參數(shù)與負載扭矩和負載慣性之間必須有相關(guān)性。伺服電機的輸出轉(zhuǎn)矩必須滿足機構(gòu)的加速度和重量等負荷機構(gòu)的運動條件的要求。機構(gòu)的運動條件(水平和垂直旋轉(zhuǎn))與伺服電機的輸出沒有直接關(guān)系，但一般情況下，伺服電機的輸出越高，相對輸出扭矩越高。

伺服電機的選用不僅受機構(gòu)重量的影響，同時設(shè)備運動條件也會改變伺服電機的選用。慣性越大，加減速扭矩越大，加減速時間越短，伺服電機輸出扭矩越大。選擇伺服電機規(guī)格時，請遵循以下步驟。

(1)初始選擇伺服電機的最高輸出功率扭矩必須大于加速扭矩+負載扭矩時，必須選擇其他模型進行驗證，直到符號滿足要求。

(2)負載力矩是根據(jù)負載重量、結(jié)構(gòu)、摩擦系數(shù)和運行效率計算的。

(3)根據(jù)運行條件的要求，選擇適當?shù)呢摵蓱T性量修正公式，計算機構(gòu)的負荷慣性量。

(4)根據(jù)負載慣量和伺服電機慣量，選擇合適的假選定伺服電機規(guī)格。

(5)根據(jù)負載扭矩、加速扭矩、減速扭矩和保持扭矩計算連續(xù)瞬時扭矩。

(6)定義了載荷機構(gòu)的運動條件，即加減速速度、運動速度、機構(gòu)重量、機構(gòu)運動等。

(7)結(jié)合主伺服電機的慣性和負載慣性，計算了加速扭矩和減速扭矩。

(8)完成選擇。

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審核編輯 黃宇