泰興減速機2018年7月10日訊  為了滿足機械設備對高精度、快速響應的要求，伺服電機應有較小的轉(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，也會使得設計設備的體積增大，結構不緊湊，因此選擇電機時應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行采樣．內(nèi)部構成位置環(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，伺服電機廣泛應用于對精度有較高要求的機械設備，如印刷設備、機床和CNC數(shù)控設備、裝配線和材料夾持自動生產(chǎn)、印刷設備、打漿成紙及網(wǎng)面處理和自動機載系統(tǒng)包裝設備、紡織設備、激光加工設備、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備。

正確設定慣量比參數(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系，若負載電機慣量比過大，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；在沒有自適應調(diào)整的情況下，伺服系統(tǒng)的默認參數(shù)在1～3倍負載電機慣量比下，系統(tǒng)會達到晟佳工作狀態(tài)，這樣，就有了負載電機慣量比的問題。也就是我們一般所說的慣量匹配，如果電機慣量和負載慣量不匹配，就會出現(xiàn)電機慣量和負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——負載轉(zhuǎn)矩；

J_M——電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量；

J_L——負載的總轉(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)響應速度就越慢；如果α變化，則系統(tǒng)響應就會忽快忽慢，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)響應都有影響，慣量越小，系統(tǒng)的動態(tài)特性反應越好。慣量大，系統(tǒng)的機械常數(shù)大，響應慢，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速度，也越難控制，慣量的適當增大只有在改善低速爬行時有利，因此，機械設計時在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，應盡量減小慣量。

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)矩無關，是電機轉(zhuǎn)子和負載之間沖擊、松動的問題嗍。不同負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，當正J_M≤J_L時，電機的可控性好，系統(tǒng)的動態(tài)特性好；

• 當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)動方式來計算負載慣量。下式為負載發(fā)電量的通用計算公式。

電機選擇首先應依據(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)速應嚴格控制在電機的額定轉(zhuǎn)速之內(nèi)，并應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)矩是負載的轉(zhuǎn)矩決定；恒功率范圍內(nèi)的功率是負載的功率決定；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。

在進行機械方面的校核時，可能還要考慮負載的機械特

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

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。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采取適當?shù)拇胧?，如變更電機系列或提高電機容量等。

我們?nèi)菀讓﹄姶胖苿樱偕苿?，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)負載的輕重、電機的工作速度等進行選擇。

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”來表達分辨率。這種編碼器在較快速度時，內(nèi)部要用未細分的低位信號來處理輸出，否則響應跟不上，所以不要

被它“17位”迷惑，在設計選擇伺服電機時要注意。

再生制動頻率表示元負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，甚至影響所要求達到的精度。

要注意電機軸伸與其它零部件的配合關系。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，伺服電機不應當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，使用伺服電機時應當加油封，以防止減速齒輪的油進入。

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)，并且應當用一個裝在電纜支座里的附加電纜來延長它，這樣彎曲應力可以減到最小。

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載可能導致軸端和軸承的損壞或磨損。

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

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，可能導致振動或軸承損壞)。