深圳伺服电机厂家如何选择合适的伺服电机?
自动化作为当前的热门领域,发挥着重要的作用,常用于项目中精确的速度或位置控制部分。
自动化设备的设计者经常面临各种各样的电机选型问题,而供应商提供的电机多种多样,参数繁多,往往让初学者不知所措。
本文分享一些实际工作中的经验,希望能为有需要的人提供一些帮助。
一、什么是伺服电机?
伺服电机是控制伺服系统中机械部件运动的发动机;它本质上是一个带有间接变速机构的辅助电机。
伺服电机按动力源分为:直流(DC)伺服电机和交流(AC)伺服电机。
两者之间的功能差异在于,交流伺服系统由于其正弦波控制而表现更好,从而产生较小的扭矩脉动。另一方面,直流伺服系统采用梯形波。
然而,直流伺服系统更简单且更具成本效益。伺服电机可实现精确控制;它们将完全按照指示旋转,并通过所谓的闭环提供反馈以确保准确性。这是通过使用编码器来验证旋转来实现的,从而提高了控制精度。
步进电机的精度是通过步距角来衡量的。市场上常见的步距角包括0.36°/0.72°(五相电机)、0.9°/1.8°(两相和四相电机)、1.5°/3°(三相电机)。德国公司BERGER LAHR生产三相混合式步进电机,可通过DIP开关选择步距角:1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°和0.036°。
让我们考虑步距角为 0.036° 的步进电机。
0.036 = 360/10000
假设编码器连接到该步进电机的后端,则该公式意味着电机每转发出 10,000 个脉冲,表示编码器分辨率为 10,000。
伺服电机的精度是通过其后端的编码器的分辨率来衡量的。目前,伺服编码器分辨率已达到2 23,说明伺服电机的精度远远超过了步进电机。
标准电机通电并开始旋转,然后在电源切断时停止。除了旋转之外,如果要给它添加任何附加功能的话,那就是它能够反转方向。
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二. 如何选择合适的伺服电机?
1. 应用场景
自动化领域的控制电机可分为伺服电机、步进电机、变频电机。对于需要精确速度或位置控制的组件,选择伺服电机。
变频器加变频电机的控制方式是通过改变输入电机的电源频率来改变电机的转速。这一般只用于电机速度控制。
伺服电机和步进电机的比较:
a) 伺服电机采用闭环控制,而步进电机采用开环控制。
b) 伺服电机使用旋转编码器来测量精度,而步进电机使用步距角。在普通产品层面,前者的精度可以达到后者的一百倍。
c) 控制方式相似(脉冲或方向信号)。
2. 电源
伺服电机按电源可分为交流伺服电机和直流伺服电机。
两者都比较容易选择。对于一般自动化设备,客户通常会提供标准的380V工业电源或220V电源,此时只需选择相应电源的伺服电机即可,无需转换电源类型。
但有些设备,如三维仓库中的穿梭板、AGV等,由于其移动性,大多采用内置直流电源,因此通常采用直流伺服电机。
3.刹车
根据运动机构的设计,考虑是否会出现反转趋势
电机处于断电状态或静止状态。如果有反转倾向,应选择带制动器的伺服电机。
如何选择合适的伺服电机
4、选型计算
在进行选型计算之前,首先需要确定机构末端的位置和速度要求,然后确定传动机构。
此时,您可以选择伺服系统和相应的减速机。
在选择过程中,请考虑以下参数:
4.1. 功率和速度
根据结构形式以及最终负载的速度和加速度要求,计算出电机所需的功率和转速。
值得注意的是,一般情况下,需要结合所选电机的转速来选择减速机的减速比。
另请参阅 法兰螺栓拧紧:立即掌握正确方法
在实际选型中,例如载荷为水平运动,由于各种传动机构的摩擦系数和风载荷系数的不确定性,公式P=TN/9549往往无法明确计算(无法准确计算扭矩大小) 。
实践中也发现,使用伺服电机时需要最大功率的地方往往是加减速阶段。
因此,通过T=F*R=m* a *R,可以定量计算出电机和减速机所需的功率和减速比(m:负载质量;a:负载加速度;R:负载旋转半径)。
需要注意以下几点:
a)电动机的功率剩余系数;
b) 考虑机制的传动效率;
c) 减速机的输入、输出扭矩是否符合标准并具有一定的安全系数;
d) 后期是否有提速的可能。
值得一提的是,在传统行业,例如起重机行业,采用普通感应电机进行驱动,没有明确的加速度要求,计算过程中采用经验公式。
注意:在垂直负载操作的情况下,请记住在计算中包括重力加速度。
4.2. 惯性匹配
要实现负载的高精度控制,需要考虑电机与系统的惯量是否匹配。
至于为什么需要惯性匹配,网上没有统一的解释。
惯量匹配的原则是:考虑系统惯量换算到电机轴上,与电机惯量之比不应大于10(西门子);比值越小,控制稳定性越好,但需要较大的电机,性价比较低。
具体计算方法如有疑问,请参阅学校《理论力学》。
4.3. 精度要求
经过减速机和传动机构后,计算电机的控制精度是否能够满足负载的要求。减速机或者一些传动机构都有一定的齿隙,这些都需要考虑。
4.4. 控制匹配
这主要涉及到与电气设计人员的沟通和确认,比如伺服控制器的通讯方式是否与PLC匹配、编码器的类型、是否需要数据输出等。
4.5. 遵循的步骤
伺服电机的选择不仅受到机构重量的影响,还受到设备运行条件的影响,这会改变伺服电机的选择。惯性越大,加减速扭矩越大,加减速时间越短,因此需要输出扭矩更大的伺服电机。
另请 参阅评估 11 种不同材料的关键性能因素
选择伺服电机规格时,请按以下步骤进行:
初始选择最大输出扭矩大于加速扭矩和负载扭矩之和的伺服电机。如果不是这种情况,请选择并验证其他型号,直到满足负载要求。
根据负载的重量、结构、摩擦系数和运行效率计算负载扭矩。
根据运行工况选择合适的负载惯量修正公式,计算机构的负载惯量。
根据负载惯量和伺服电机惯量选择合适的临时伺服电机规格。
通过考虑负载扭矩、加速扭矩、减速扭矩和保持扭矩来计算连续瞬时扭矩。
定义负载机构的运动条件,包括加减速度、运行速度、机构重量和运动。
结合主伺服电机惯量和负载惯量计算加减速扭矩。
完成选择。
5、品牌
目前,市场上伺服电机品牌众多,性能参差不齐。一般来说,如果不考虑预算的话,选择欧美品牌。如果您比较注重预算,请选择日本品牌,其次是台湾和中国大陆的品牌。
这并不是笔者对国外品牌有偏见;而是笔者对国外品牌有偏见。这是从实际使用中吸取的教训。
根据以往的经验,国产伺服电机的基本性能普遍没有问题,但伺服控制器的控制算法、集成度、稳定性等方面存在一定差距。
一些常用的伺服电机品牌:
欧美:西门子、ABB、伦茨等;
日本:松下、三菱、安川等
值得注意的是,在自动化设计中,一定要学会借助外力。尤其是非标自动化,面对太多设备的选型和计算,往往让人不知所措,加班加点是常态。
现在,伺服电机厂家都提供技术支持。只要你提供负载、速度、加速度等参数要求,他们有自己的软件自动帮你计算并选择合适的伺服电机,非常方便。
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