泰興減速機2018年7月10日訊  為了滿足機械設(shè)備對高精度、快速響應(yīng)的要求，伺服電機應(yīng)有較小的轉(zhuǎn)動慣量和大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，并具有盡可能小的時間常數(shù)和啟動電壓，還應(yīng)具有較長時間的過載能力。以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的要求，能夠承受頻繁啟動、制動和正、反轉(zhuǎn)，如果盲目地選擇大規(guī)格的電機，不僅增加成本，也會使得設(shè)計設(shè)備的體積增大，結(jié)構(gòu)不緊湊，因此選擇電機時應(yīng)充分考慮各方面的要求，以便充分發(fā)揮伺服電機的工作性能；下面介紹伺服電機的選型原則和注意事項。

• 起動轉(zhuǎn)矩大；

• 運行范圍較廣；

• 無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

• 控制精度更高；

• 低頻特性好，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象；

• 矩頻特性不同，即在其額定轉(zhuǎn)速(一般為2000r/min或3000r/min)以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出；

• 具有較強的速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力，最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的2—3倍；

• 交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進(jìn)行采樣．內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，控制性能更為可靠；

• 交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000r/min僅需數(shù)ms，可用于要求快速啟停的控制場合。

因此，伺服電機廣泛應(yīng)用于對精度有較高要求的機械設(shè)備，如印刷設(shè)備、機床和CNC數(shù)控設(shè)備、裝配線和材料夾持自動生產(chǎn)、印刷設(shè)備、打漿成紙及網(wǎng)面處理和自動機載系統(tǒng)包裝設(shè)備、紡織設(shè)備、激光加工設(shè)備、機器人、自動化生產(chǎn)線等對工藝精度、加工效率和工作可靠性等要求相對較高的設(shè)備。

正確設(shè)定慣量比參數(shù)是充分發(fā)揮機械及伺服系統(tǒng)最佳效能的前提，此點在要求高速高精度的系統(tǒng)上表現(xiàn)尤為突出。伺服系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整跟慣量比有很大的關(guān)系，若負(fù)載電機慣量比過大，伺服參數(shù)調(diào)整越趨邊緣化，也越難調(diào)整，振動抑制能力也越差，所以控制易變得不穩(wěn)定；在沒有自適應(yīng)調(diào)整的情況下，伺服系統(tǒng)的默認(rèn)參數(shù)在1～3倍負(fù)載電機慣量比下，系統(tǒng)會達(dá)到晟佳工作狀態(tài)，這樣，就有了負(fù)載電機慣量比的問題。也就是我們一般所說的慣量匹配，如果電機慣量和負(fù)載慣量不匹配，就會出現(xiàn)電機慣量和負(fù)載慣量之間動量傳遞時發(fā)生較大的沖擊；下面分析慣量匹配問題。

T_M-T_L=（J_M+J_L）α

式中，T_M——電機所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩；

T_L——負(fù)載轉(zhuǎn)矩；

J_M——電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量；

J_L——負(fù)載的總轉(zhuǎn)動慣量；

α——角加速度。

由上式可知，角加速度α影響系統(tǒng)的動態(tài)特性，α越小，則由控制器發(fā)出的指令到系統(tǒng)執(zhí)行完畢的時間越長，系統(tǒng)響應(yīng)速度就越慢；如果α變化，則系統(tǒng)響應(yīng)就會忽快忽慢，影響機械系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

由于電機選定后最大輸出力矩值不變，如果希望α的變化小，則（J_M+J_L）應(yīng)該盡量小。J_M為伺服電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，伺服電機選定后，此值就為定值，而J_L則根據(jù)不同的機械系統(tǒng)類型可能是定值，也可能是變值，如果J_L是變值的機械系統(tǒng)，我們一般希望（J_M+J_L）變化量較小，所以我們就希望上在總的轉(zhuǎn)動慣量中占的比例就小些，這就是我們常說的“慣量匹配”。

通過以上分析可知：

1、轉(zhuǎn)動慣量對伺服系統(tǒng)的精度，穩(wěn)定性，動態(tài)響應(yīng)都有影響，慣量越小，系統(tǒng)的動態(tài)特性反應(yīng)越好。慣量大，系統(tǒng)的機械常數(shù)大，響應(yīng)慢，會使系統(tǒng)的固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振，因而限制了伺服帶寬，影響了伺服精度和響應(yīng)速度，也越難控制，慣量的適當(dāng)增大只有在改善低速爬行時有利，因此，機械設(shè)計時在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，應(yīng)盡量減小慣量。

2、機械系統(tǒng)的慣量需和電機慣量相匹配才行，負(fù)載電機慣量比是一個系統(tǒng)穩(wěn)定性的問題，與電機輸出轉(zhuǎn)矩?zé)o關(guān)，是電機轉(zhuǎn)子和負(fù)載之間沖擊、松動的問題嗍。不同負(fù)載電機慣量比的電機可控性和系統(tǒng)動態(tài)特性如下：

• 一般情況下，當(dāng)正J_M≤J_L時，電機的可控性好，系統(tǒng)的動態(tài)特性好；

• 當(dāng)J_M＜J_L≤3J_M時，電機的可控性會些稍降低，系統(tǒng)的動態(tài)特性較好；

• 當(dāng)J_L＞3J_M時，電機的可控性會明顯下降，系統(tǒng)的動態(tài)特性一般。

不同的機械系統(tǒng)，對慣量匹配原則有不同的選擇，且有不同的作用表現(xiàn)。但大多要求負(fù)載慣量與電機慣量的比值小于10，總之，慣量匹配的確定需要根據(jù)具體機械系統(tǒng)的需求來確定的。

需要注意的是，不同系列型號的伺服電機給出的允許負(fù)載電機慣量比是不同的，可能是3倍、15倍、30倍等，需要根據(jù)廠家給定的伺服電機樣本確定。

常見的機械類型驅(qū)動方式有：

①滾珠絲杠(直接連接)

②滾珠絲杠(減速)

③齒條和小齒輪

④同步皮帶(傳送帶)

⑤鏈條驅(qū)動

⑥進(jìn)料輥

⑦主軸驅(qū)動等

計算時需要根據(jù)具體的機械類型驅(qū)動方式來計算負(fù)載慣量。下式為負(fù)載發(fā)電量的通用計算公式。

電機選擇首先應(yīng)依據(jù)機械系統(tǒng)的快速行程速度來計算，快速行程的電機轉(zhuǎn)速應(yīng)嚴(yán)格控制在電機的額定轉(zhuǎn)速之內(nèi)，并應(yīng)在接近電機的額定轉(zhuǎn)速的范圍使用，以有效利用伺服電機的功率；額定轉(zhuǎn)速、最大轉(zhuǎn)速、允許瞬間轉(zhuǎn)速之問的關(guān)系為：允許瞬間轉(zhuǎn)速>最大轉(zhuǎn)速>額定轉(zhuǎn)速。

伺服電機工作在最低轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速之間時為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，工作在額定轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)速之問時為恒功率調(diào)速；在運行過程中，恒轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)矩是負(fù)載的轉(zhuǎn)矩決定；恒功率范圍內(nèi)的功率是負(fù)載的功率決定；恒功率調(diào)速是指電機低速時輸出轉(zhuǎn)矩大，高速時輸出轉(zhuǎn)矩小，即輸出功率是恒定的；恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速是指電機高速、低速時輸出轉(zhuǎn)矩一樣大，即高速時輸出功率大，低速時輸出功率小。

伺服電機的額定轉(zhuǎn)矩必須滿足實際需要，但是不需要留有過多的余量，因為一般情況下，其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3倍。

需要注意的是，連續(xù)工作的負(fù)載轉(zhuǎn)矩≤伺服電機的額定轉(zhuǎn)矩，機械系統(tǒng)所需要的最大轉(zhuǎn)矩<伺服電機輸出的最大轉(zhuǎn)矩。

在進(jìn)行機械方面的校核時，可能還要考慮負(fù)載的機械特

性類型，負(fù)載的機械特性類型一般有：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載、二次方律負(fù)載、直線律負(fù)載、混合型負(fù)載。

伺服電機除連續(xù)運轉(zhuǎn)區(qū)域外。還有短時間內(nèi)的運轉(zhuǎn)特性

如電機加減速，用最大轉(zhuǎn)矩表示；即使容量相同，最大轉(zhuǎn)矩也會因各電機而有所不同。最大轉(zhuǎn)矩影響驅(qū)動電機的加減速時間常數(shù)，使用下式，估算線性加減速時間常數(shù)t_a，根據(jù)該公式確定所需的電機最大轉(zhuǎn)矩，選定電機容量。

對要求頻繁起動、制動的數(shù)控機床，為避免電機過熱，必須檢查它在一個周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)矩的均方根值，并使它小于電機連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩，其具體計算可參考其它文獻(xiàn)。在選擇的過程中依次計算此五要素來確定電機型號，如果其中一個條件不滿足則應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧?，如變更電機系列或提高電機容量等。

我們?nèi)菀讓﹄姶胖苿?，再生制動，動態(tài)制動的作用混淆，選擇了錯誤的配件，以下對這幾個概念加以澄清。

• 動態(tài)制動器由動態(tài)制動電阻組成，在故障、急停、電源斷電時通過能耗制動縮短伺服電機的機械進(jìn)給距離。

  
  

• 再生制動是指伺服電機在減速或停車時將制動產(chǎn)生的能量通過逆變回路反饋到直流母線，經(jīng)阻容回路吸收。

  
  

• 電磁制動是通過機械裝置鎖住電機的軸。

三者的區(qū)別：

• 再生制動必須在伺服器正常工作時才起作用，在故障、急停、電源斷電時等情況下無法制動電機。動態(tài)制動器和電磁制動工作時不需電源。

• 再生制動的工作是系統(tǒng)自動進(jìn)行，而動態(tài)制動器和電磁制動的工作需外部繼電器控制。

• 電磁制動一般在SV OFF后啟動．否則可能造成放大器過載，動態(tài)制動器一般在SV OFF或主回路斷電后啟動，否則可能造成動態(tài)制動電阻過熱。

• 動態(tài)制動和再生制動都是靠伺服電機內(nèi)部的激磁完成的，也就是向旋轉(zhuǎn)方向相反的方向增加電流來實現(xiàn)。

• 電磁制動，也就是常說的抱閘，是靠外圍的直流電源控制，常閉。得電后抱閘打開，失電即閉合，屬于純機械摩擦制動。

選擇配件的注意事項：

1、有些系統(tǒng)如傳送裝置，升降裝置等要求伺服電機能盡快停車，而在故障、急停、電源斷電時伺服器沒有再生制動，無法對電機減速。同時系統(tǒng)的機械慣量又較大．這時對動態(tài)制動器的要依據(jù)負(fù)載的輕重、電機的工作速度等進(jìn)行選擇。

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

3、有的伺服驅(qū)動器有內(nèi)置的再生制動單元，但當(dāng)再生制動較頻繁時，可能引起直流母線電壓過高，這時需另配再生制動電阻。再生制動電阻是否需要另配，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器的伺服電機，電機的轉(zhuǎn)動慣量會增大，計算轉(zhuǎn)矩時要進(jìn)行考慮。

交流伺服電機的控制精度是由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器來保證。用其來測量電機的工作速度或轉(zhuǎn)過位置量。

常用的旋轉(zhuǎn)編碼器是增量式的，其編碼器碼盤是由很多光柵刻線組成的，有兩個(或4個)光眼讀取A、B信號的，刻線的密度決定了這個增量型編碼器的分辨率，也就是可以分辨讀取的最小變化角度值。代表增量編碼器的分辨率的參數(shù)是PPR，也就是每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)。有些增量編碼器，其原始刻線是2048線(2的11次方，11位)，通過16倍(4位)細(xì)分，得到15位PPR，再次4倍頻(2位)，得到了17位(Bjt)的分辨率，一般用“位、Bit”來表達(dá)分辨率。這種編碼器在較快速度時，內(nèi)部要用未細(xì)分的低位信號來處理輸出，否則響應(yīng)跟不上，所以不要

被它“17位”迷惑，在設(shè)計選擇伺服電機時要注意。

再生制動頻率表示元負(fù)載時電機從額定速度到減速停止的可允許頻率。

需要注意的是，一般樣本列表上的制動次數(shù)是電機在空載時的數(shù)據(jù)。實際選型中要先根據(jù)系統(tǒng)的負(fù)載慣量和樣本上的電機慣量，算出慣量比。再以樣本列表上的制動次數(shù)除以(慣量比+1)，這樣得到的數(shù)據(jù)才是允許的制動次數(shù)。

確保在安裝和運轉(zhuǎn)時加到伺服電機軸上的徑向和軸向負(fù)載控制在每種型號的規(guī)定值以內(nèi)，否則會加速伺服電機的磨損，降低電機的壽命，甚至影響所要求達(dá)到的精度。

要注意電機軸伸與其它零部件的配合關(guān)系。對于普通旋轉(zhuǎn)電機圓柱形軸伸(GB/T 756-1990)的公差帶見表1，軸伸與其它零部件一般為間隙配合，而伺服電機的軸伸公差帶一般為h6。

1、伺服電機可以用在有水或油滴侵襲的場所，但它不是全防水或防油的。因此，伺服電機不應(yīng)當(dāng)放置或使用在水中或油浸的環(huán)境中。

2、如果伺服電機連接到減速齒輪，使用伺服電機時應(yīng)當(dāng)加油封，以防止減速齒輪的油進(jìn)入。

3、伺服電機的電纜不要浸沒在油或水中。

1、確保電纜不因外部彎曲力或自身重量而受到力矩或垂直負(fù)荷，尤其是在電纜出口處或連接處。

2、在伺服電機移動的情況下，應(yīng)把電纜(隨電機配置的)牢固地固定到一個靜止的部分(相對電機)，并且應(yīng)當(dāng)用一個裝在電纜支座里的附加電纜來延長它，這樣彎曲應(yīng)力可以減到最小。

3、電纜的彎頭半徑盡可能大。

1、在安裝一個剛性聯(lián)軸器時要格外小心，特別是過度的彎曲負(fù)載可能導(dǎo)致軸端和軸承的損壞或磨損。

2、最好用柔性聯(lián)軸器，以便使徑向負(fù)載低于允許值，此物是專為高機械強度的伺服電機設(shè)計的。

1、在安裝、拆卸耦合部件到伺服電機軸端時，不要用錘子直接敲打軸端(錘子直接敲打軸端，伺服電機軸另一端的編碼器要被敲壞)。

2、竭力使軸端對齊到最佳狀態(tài)(對不齊，可能導(dǎo)致振動或軸承損壞)。