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自動化設(shè)備的伺服電機(jī)該怎么選?五大點!

   日期:2024-09-02

1

應(yīng)用場景


自動化領(lǐng)域的控制型電機(jī)可分為伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、變頻電機(jī)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(jī)驅(qū)動。


變頻器+變頻電機(jī)的控制方式,是通過改變輸入電機(jī)的電源頻率而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法。一般只用于電機(jī)的調(diào)速控制。


● 伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)相比:


a) 伺服電機(jī)使用閉環(huán)控制,步進(jìn)電機(jī)為開環(huán)控制;


b) 伺服電機(jī)使用旋轉(zhuǎn)編碼器計量精度,步進(jìn)電機(jī)使用步距角。普通產(chǎn)品級別上前者的精度可達(dá)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(jī)從供電電源上區(qū)分可分為交流伺服電機(jī)和直流伺服電機(jī)。


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(biāo)準(zhǔn)的380V工業(yè)電源或220V電源,此時選擇對應(yīng)電源的伺服電機(jī)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(jī)。


3

抱閘


根據(jù)動作機(jī)構(gòu)的設(shè)計,考慮在停電狀態(tài)下或靜止?fàn)顟B(tài)下,是否會造成對電機(jī)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(jī)。


4

選型計算


選型計算前,首先要確定的是機(jī)構(gòu)末端的位置和速度要求,再者確定傳動機(jī)構(gòu)。此時即可選擇伺服系統(tǒng)和對應(yīng)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*終負(fù)載的速度和加速度要求,計算電機(jī)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(jī)的速度選取減速機(jī)的減速比。


在實際選型過程中,比如負(fù)載為水平運動,因為各個傳動機(jī)構(gòu)的摩擦系數(shù)和風(fēng)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(jī)所需功率**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(jī)的功率大小和減速機(jī)的減速比(m:負(fù)載質(zhì)量;a:負(fù)載加速度;R:負(fù)載旋轉(zhuǎn)半徑)。


有以下幾點需要注意:

a) 電機(jī)的功率富余系數(shù);


b) 考慮機(jī)構(gòu)的傳動效率;


c) 減速機(jī)的輸入和輸出扭矩是否達(dá)標(biāo),并有一定的安全系數(shù);


d) 后期是否會有加大速度的可能性。


值得一提的是,在傳統(tǒng)行業(yè)中,例如起重機(jī)等行業(yè),使用普通的感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動,加速度無明確要求,計算過程使用的是經(jīng)驗公式。


注:負(fù)載垂直運行的情況下,注意把重力加速度計算在內(nèi)。


慣量匹配


要實現(xiàn)對負(fù)載的高精度控制,需要考慮電機(jī)與系統(tǒng)的慣量是否匹配。


對于為什么需要慣量匹配的問題,網(wǎng)上并沒有給出一統(tǒng)江湖的說法。個人理解有限,在這里就不解釋了。有興趣的朋友可以自行考證一下并告知一聲。慣量匹配的原則為:考慮系統(tǒng)慣量折合到電機(jī)軸上,與電機(jī)的慣量比不大于10(西門子);比值越小,控制穩(wěn)定性越好,但需要更大的電機(jī),性價比更低。具體的計算方法如有不明白的請自行補(bǔ)學(xué)大學(xué)"理論力學(xué)"。


精度要求


計算經(jīng)過減速機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)的變化后,電機(jī)的控制精度是否能夠滿足負(fù)載的要求。減速器或某些傳動機(jī)構(gòu)有一定的回程間隙,都需要考慮。


控制匹配


這個方面主要是與電氣設(shè)計人員溝通確認(rèn),比如伺服控制器的通訊方式是否與PLC匹配,編碼器類型及是否需要引出數(shù)據(jù)等。


5

品牌


目前市場上伺服電機(jī)品牌眾多,性能也是千差萬別。大體來說,如果不差錢,就選用歐美的,稍微差點錢,選日本的,再次**和大陸產(chǎn)的。不是作者崇洋**,是實際使用得來的教訓(xùn)。根據(jù)過往經(jīng)驗,國產(chǎn)的伺服電機(jī)本體基本性能上沒什么問題,主要伺服控制器的控制算法、集成度和和穩(wěn)定性方面有一定的差距。希望國內(nèi)廠商繼續(xù)努力,縮小與國外產(chǎn)品的差距。


如果讀者有使用效果較好的國產(chǎn)品牌,請推薦給大家,畢竟,國貨當(dāng)自強(qiáng)也需要我輩的支持。


值得一提的是,做自動化的設(shè)計,要學(xué)會借外力。特別是做非標(biāo)自動化,面臨太多設(shè)備的選型和計算,往往不堪重負(fù),加班累成狗是常態(tài)?,F(xiàn)在伺服電機(jī)廠商都會提供技術(shù)支持,只要你提供給他負(fù)載、速度、加速度等參數(shù)要求,他們有一套自己的軟件自動幫助你計算并選擇合適的伺服電機(jī),非常的方便。


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