三菱交流伺服電機(jī)的選擇解讀三菱交流伺服電機(jī)的選擇楊世方基本理論對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)來(lái)講，應(yīng)當(dāng)首先考慮的是：1，最大速度或最大轉(zhuǎn)矩下所需的功率2，啟動(dòng)、停止過(guò)渡過(guò)程中所通的功率而對(duì)伺服電機(jī)來(lái)講，由于其使用目的主要還在于后者，即主要是根據(jù)負(fù)載加減速時(shí)所需要的動(dòng)力（功率）來(lái)決定馬達(dá)大小，因此主要依據(jù)是：（1）負(fù)載的慣性大?。?）合理選取傳動(dòng)比電機(jī)選取則主要依據(jù)功率速率（比功率）下面看一個(gè)選取例：MηαMαLJLTLJMTM符號(hào)說(shuō)明：TM：電動(dòng)機(jī)軸上所需的電機(jī)扭矩[N-m]JM:電動(dòng)機(jī)軸上的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量[kg-m2](=GD2/4)T1=JM·αM=JM·R·αL根據(jù)，η·R·T2=JL·αL（牛頓定律）負(fù)載加速轉(zhuǎn)矩：T2=（JL·αL）/η·R正常運(yùn)行時(shí)電機(jī)提供轉(zhuǎn)矩：T3=TL/η·R電機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TM≥T1+T2+T3≥JM·R·αL+{（JL·αL）+TL/η·R}(1)對(duì)上式右側(cè)求R的偏微分，并使其等于零，即可求得（1）式右變最小值時(shí)的R0?TM/?R=0R0=(JL·αL+TL)/JM·αL·η（2）R0稱為最佳傳動(dòng)比，就是能使TM最小的傳動(dòng)比，選取這個(gè)傳動(dòng)比，電機(jī)所需的起動(dòng)矩扭最小。若將R0值（2）代如（1）式，求得起動(dòng)扭矩T3:TM≥2{JM·αL(JL·αL+TL)}/η（3）啟動(dòng)后電機(jī)就以一定的速度運(yùn)行，此時(shí)所需轉(zhuǎn)矩T0=TL/R0·η（4）在反復(fù)進(jìn)行起動(dòng)、運(yùn)行、停止、操作時(shí)電動(dòng)機(jī)必須這樣來(lái)選擇，使電機(jī)連續(xù)輸出轉(zhuǎn)矩大于各階段所需轉(zhuǎn)矩的均方根值。社電機(jī)起動(dòng)停止時(shí)間相同（參考下圖）電機(jī)的轉(zhuǎn)據(jù)均方根值為TRMS,則：TRMS=(2Ta2·ta+T02·tb)/t（5）WLtatc時(shí)間tatbTaTaT0Ta對(duì)式（5）平方，再除以JM（注意，這一步很有意義，并注意它的量綱）TM2/JM≥TRMS2/JM=1/JM·t{2Ta2·ta+T02·tb}（6）再將（3）、（4）式代入（6）式可得：TRMS2/JM=1/tη{8αL（JL·αL+TL）ta+（TL2·αL）/（JL·αL+TL）·tb}（7）根據(jù)（7）式右側(cè)負(fù)載條件進(jìn)行計(jì)算，就可選取伺服電機(jī)。在對(duì)某些變量定義：加速轉(zhuǎn)矩：TA=JLαL[Kg-m]負(fù)載轉(zhuǎn)矩：TL=TL/9.8[Kg-m]最大轉(zhuǎn)居（峰值轉(zhuǎn)矩）：TP=TA=TL[Kg-m]負(fù)載軸轉(zhuǎn)速：NL=60/2л·αL·tL[rpm]將這些條件代入（7）式，并將絕對(duì)單位化成重力單位系統(tǒng)PRL=NL/973·ta·t（8TPTa+TL2/TP·tb）[kw/s]（8）（8）式稱為比功率，或叫做功率速率，它反映了電機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)所能提供的加速扭矩的能力。三菱伺服電機(jī)樣本中都提供了這一重要參數(shù)，很多人不明白，也未重視?，F(xiàn)在我將此式的意義再詳細(xì)講解一下：在中學(xué)就學(xué)過(guò)這樣的關(guān)系：f=maa=f/mfa=fv/t=P/t=f2/m直線運(yùn)動(dòng)中的比功率在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，J=Tα,Jα=J2/T旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的比功率現(xiàn)在，根據(jù)實(shí)例學(xué)會(huì)選擇，伺服電機(jī)選取步驟如下：掌握負(fù)載形式·負(fù)載慣量·負(fù)載轉(zhuǎn)矩·負(fù)載因數(shù)功率速率計(jì)算（比功率/功率比計(jì)算）根據(jù)（8）式計(jì)算，選擇比功率大的伺服電機(jī)。傳動(dòng)比計(jì)算·最佳傳動(dòng)比的計(jì)算根據(jù)（2）式計(jì)算最佳傳動(dòng)比R0=(JL·αL+TL)/JM·αL·η=（TA+TL）/(GDM2·NL/375·ta)·η式中：JM·αL=（GDM2/4·9.8）·2Л/60·NL/taGDM2：kgm2(千克·米2)·復(fù)核所需轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)比計(jì)算出后，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量加以考慮，在對(duì)加速時(shí)電機(jī)需要的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行復(fù)核。如果：電機(jī)轉(zhuǎn)矩嚴(yán)重不足將GDM2考慮后計(jì)算比功率修改傳動(dòng)比電機(jī)轉(zhuǎn)矩稍許不足修改傳動(dòng)比，使電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制在額定轉(zhuǎn)矩內(nèi)·轉(zhuǎn)速?gòu)?fù)核根據(jù)上述傳動(dòng)比復(fù)核一下電機(jī)最高轉(zhuǎn)速是否在電機(jī)最高轉(zhuǎn)速以下如果;電機(jī)轉(zhuǎn)速不夠選擇在相同比功率之下的額定轉(zhuǎn)速高的電機(jī)沒(méi)有轉(zhuǎn)速更高的電機(jī)時(shí)確定不超過(guò)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)比，提高電機(jī)容量。電機(jī)容量的決定若確定了電機(jī)種類和傳動(dòng)比，根據(jù)下圖負(fù)載情況假設(shè)必要的轉(zhuǎn)矩，鑒定是否在電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩內(nèi)電機(jī)所需轉(zhuǎn)矩TM≥（計(jì)算出的所需轉(zhuǎn)矩）·（安全系數(shù)）≥TRMS·1.2式中：TRMS=(TP·ta+TL2·ta+TS2·td)/t[kgm2]NMtatbtd時(shí)間st TPTL 時(shí)間sTTS實(shí)例：運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)基本要求項(xiàng)目?jī)?nèi)容規(guī)格最大速度V15m/min最大移動(dòng)量S100mm最大移動(dòng)量移動(dòng)時(shí)間t10.5st1=ta+tb+td停車時(shí)間t20.5st2=t-t1可動(dòng)部分重量W50kg力的單位傳動(dòng)效率η95%磨擦系數(shù)μ0.15V=15m/minW=15kgμ=0.15滾珠絲杠長(zhǎng)L=1000mm螺矩PB=10mm/rev傳動(dòng)比R伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速NL效率η（1）負(fù)載慣量：(由兩部分組成)GDL2：可移動(dòng)部分慣量（經(jīng)絲杠傳動(dòng)后）GDW2GDW2=W·（PB/л）2=50x0.101x(0.01)2{式中0.01=(1/л)2}=5.05x10-4kgm2：傳動(dòng)絲杠慣量GDS2GDS2=л/8·ρld4·103=л/8·7.87·103（0.02）4=4.95x104kgm2其中：ρ材質(zhì)比重所以：GDL2=GDW2+GDS2=(5.05+4.95)10-4=10·10-4kgm2（2）磨擦力矩：TL(磨擦力矩·每秒轉(zhuǎn)過(guò)弧度數(shù)=摩擦力·每秒位移量)TL=(μW/2πη)·V/NL={(0.15X50)/2xπx0.95}x15/1500=0.0126kgm式中絲杠轉(zhuǎn)速NL=V/PB=1.5/0.01=1500[rpm]（3）加速力矩：TA可允許起動(dòng)、停止時(shí)間：ta,tdTA=td=t1-s/(v/60)=0.5-{100/[15x(1000/60)]}=0.1s加速力矩：TA=(GDL2xNL)/375xtaη=(10x104x1500)/375x0.1x0.95=0.421kgm減速力矩：TSTS={(GDL2xNL)/375xtdη}-TL=0.0421-0.0126=0.0295kgm所以加速時(shí)力矩TP=TA+TL=0.0421+0.0126=0.0547kgm減速時(shí)力矩TS=TA-TL=0.0421-0.0126=0.0295kgm（4）設(shè)負(fù)載必要的功率速率PRL={NL/973·ta·(t1+t2)}x{8·TP·ta+(TL2/TP)(t1+ta-td)}=(1500/973x0.1x1)x{8x0.0547x0.1+(0.01262/0.0547)(0.5-0.1-0.1)}=0.69[KW/S]安全系數(shù)設(shè)為1.2，則：PRL=1.2X0.69=0.83[KW/S]假定根據(jù)樣本選擇了一種電機(jī)，數(shù)據(jù)如下：比功率：1.3KW/S額定扭矩：2.43kgcm慣性矩：1.72kgcm2功率：100W轉(zhuǎn)速：4000rpm轉(zhuǎn)速比計(jì)算，傳動(dòng)比計(jì)算R=(TA+TL)/(GDM2xNL)η/375xTA=0.0547/(4x0.43x10-4x1500x0.95)/375x0.1=2.9當(dāng)R=2.9時(shí)，最高速度NM=1500X2.9=4350超過(guò)了電機(jī)最高轉(zhuǎn)速4000設(shè)選取R=2.5時(shí)NM=1500X2.5=3750rpm,再額定轉(zhuǎn)速以下，可以使用。（6）電機(jī)容量選擇將所有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電機(jī)軸上：絲杠：GDS2=0.5x10-4kgm2電機(jī)本身：GDM2=1.72x10-4kgm2\]負(fù)荷慣量：=GDL2/R2全部：GDT2=GDM2+GDS2+GDL2/R2=3.82x10-4kgm2將前面摩擦力矩?fù)Q算到電機(jī)軸上，TL’=TL/R=0.0126/2.5=0.005kgm2電機(jī)加速力矩：TP’=(GDT2xNM)/375xtaη+TL’={(3.82x10-4x3750)/375x0.1x0.95}+0.005=0.0452kgm2假設(shè)機(jī)械減速時(shí)，TS’=TP’則電機(jī)實(shí)際有效轉(zhuǎn)矩TRMS=(TP’2xta+TL’2xtb+TP’2xtd)/t1+t2=(0.04522x0.1+0.0052x0.3+0.04522x0.076)1/20.0192kgm2安全系數(shù)取1.2則：TM=1.2x0.0192=2.31kgm2在電機(jī)曲線內(nèi)連續(xù)可用。幾個(gè)常識(shí)問(wèn)題（1）關(guān)于大慣量電機(jī)和小慣量電機(jī)的選用（2）關(guān)于負(fù)載慣量與電機(jī)慣量之比的問(wèn)題：籠統(tǒng)講相接近，但三菱普通在1/15之內(nèi)，樣本中給出了此值，不要超出。否則性能不好。（3）電機(jī)曲線中，連續(xù)運(yùn)行時(shí)不要超過(guò)額定轉(zhuǎn)矩，短時(shí)運(yùn)行不超過(guò)最大轉(zhuǎn)矩。額定轉(zhuǎn)矩就是在額定電壓、頻率、額定轉(zhuǎn)速下允許長(zhǎng)期運(yùn)行提供的轉(zhuǎn)矩。（4）選取其它廠家電機(jī)時(shí)可按比功率=力矩2/轉(zhuǎn)動(dòng)慣量=J2/（973·T）選取功率變化率單位JNmTKg2（5）伺服電機(jī)為何常常用扭矩表示其參數(shù)：機(jī)床行業(yè)、加工中心、機(jī)器人通常伺服電機(jī)用作進(jìn)給控制，需要電機(jī)保證足夠的扭矩，所以常以扭矩表示電機(jī)參數(shù)，而且，伺服電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下往往都是恒扭矩運(yùn)行方式，他的功率輸出大小不那樣受設(shè)計(jì)者關(guān)心。日本伺服電機(jī)普遍提供了電機(jī)的KW/S值，有的如安川還提供了電機(jī)的扭矩常數(shù)、角加速度、機(jī)械時(shí)間常數(shù)、電氣時(shí)間常數(shù)，再電機(jī)的過(guò)渡過(guò)程中，這些參數(shù)都有用。事實(shí)上功率速率=額定扭矩·角加速度不信可自己算算單位為rad/s2單位為Nm單位為W/s（6）西門子伺服電機(jī)選取方法先對(duì)電機(jī)頻矩曲線作一認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)矩Nm010205001020504030abcS325%S340%T0S1—(100K)S360%S1(60K)10002000300040005000rpm[a]驅(qū)動(dòng)器MASTERDRIVESMCVDCLink=540V(DC)Vmor=340Vrms[b]驅(qū)動(dòng)器SIMODRIV611(UE)VDCLink=540V(DC)andMASTERDRIVESMC(AFE)VDCLink=600V(DC)Vmor=380Vrms[c]驅(qū)動(dòng)器SIMODRIV611(IR)VDCLink=540V(DC)Vmor=425Vrms圖中：S1電機(jī)連續(xù)工作制方式S3電機(jī)斷續(xù)工作制方式，隨后標(biāo)以負(fù)載持續(xù)率如25%100K,60K是指電機(jī)最高容許溫升（國(guó)際單為制）。100K就是100℃定義：起動(dòng)扭矩：曲線上當(dāng)轉(zhuǎn)速=0時(shí)的扭矩值，也就是當(dāng)電機(jī)剛接通電源時(shí)的輸出扭矩，他等于電機(jī)堵轉(zhuǎn)扭矩最大扭矩：電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行所輸出的最大扭矩值，可見(jiàn)與驅(qū)動(dòng)器所能提供的最大電流有關(guān)，當(dāng)負(fù)載超過(guò)最大扭矩值時(shí)電機(jī)堵轉(zhuǎn)。額定扭矩：T0,額定轉(zhuǎn)速下的輸出扭矩S1(100k)曲線是我們通常使用的額定特性曲線，（多數(shù)情況下看成連續(xù)工作方式）伺服電機(jī)選取是的誤區(qū)算出加速扭矩后，不要將此值當(dāng)作伺服電機(jī)的額定扭矩看。一定要計(jì)算出一個(gè)工作周期內(nèi)的均方根扭矩值，并以此作為額定扭矩對(duì)待，西門子伺服電機(jī)曲線中對(duì)應(yīng)S1(100K)以下，日本伺服電機(jī)對(duì)應(yīng)曲線陰影以下部分扭矩起動(dòng)扭矩可連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)領(lǐng)域額定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n額定轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)扭矩對(duì)西門子電機(jī)來(lái)說(shuō)，最大扭矩（自治應(yīng)大于負(fù)載加速扭矩值）與驅(qū)動(dòng)器（電源模塊）提供電流的能力，對(duì)不同的驅(qū)動(dòng)器此值不同，通常最大扭矩是額定扭矩3倍左右而且此值隨轉(zhuǎn)速升高急劇下降。選擇步驟：用流程圖表示確定機(jī)械結(jié)構(gòu)1，掌握負(fù)荷形式確定運(yùn)動(dòng)曲線計(jì)算負(fù)荷轉(zhuǎn)矩計(jì)算負(fù)荷慣量決定負(fù)荷系數(shù)2，計(jì)算功率速率（比功率）選擇比功率值大的電機(jī)3，計(jì)算確定傳動(dòng)比最佳傳動(dòng)比計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)矩嚴(yán)