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自動(dòng)化技術(shù)行業(yè)指現如今的大熱門(mén),而伺服電機之中占據至關(guān)重要地位,一般用以項目中較精準的速度或位置控制部件的驅動(dòng)。自動(dòng)化設備的設計者經(jīng)常需用面對各式各樣不一樣需求的電機選型情況,而供應商提供的電機也是多種多樣,參數數不勝數,經(jīng)常使初學(xué)者摸不著(zhù)頭腦,文中僅依據作者的具體工作經(jīng)歷做一些分享,望可以給需用者提供一些幫助。
1.應用場(chǎng)景
自動(dòng)化領(lǐng)域的控制型電機可分為伺服電機、步進(jìn)電機、變頻電機等。在需要較為精確的速度或位置控制的部件,會(huì )選擇伺服電機驅動(dòng)。變頻器+變頻電機的控制方式,是通過(guò)改變輸入電機的電源頻率而改變電機轉速的控制方法。一般只用于電機的調速控制。
伺服電機與步進(jìn)電機相比:
a) 伺服電機使用閉環(huán)控制,步進(jìn)電機為開(kāi)環(huán)控制;
b) 伺服電機使用旋轉編碼器計量精度,步進(jìn)電機使用步距角。普通產(chǎn)品級別上前者的精度可達后者的百倍數量級;
c) 控制方式相似(脈沖或方向信號)。
2.供電電源
伺服電機從供電電源上區分可分為交流伺服電機和直流伺服電機。
二者還是比較好選擇的。一般的自動(dòng)化設備,甲方都會(huì )提供標準的380V工業(yè)電源或220V電源,此時(shí)選擇對應電源的伺服電機即可,免去電源類(lèi)型的轉換。但有一些設備,比如立體倉庫中的穿梭板、AGV小車(chē)等,由于本身的移動(dòng)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。
3.抱閘
根據動(dòng)作機構的設計,考慮在停電狀態(tài)下或靜止狀態(tài)下,是否會(huì )造成對電機的反轉趨勢。如果有反轉趨勢,就需要選擇帶抱閘的伺服電機。
4.選型計算
選型計算前,首先要確定的是機構末端的位置和速度要求,再者確定傳動(dòng)機構。此時(shí)即可選擇伺服系統和對應的減速器。
選型過(guò)程中,主要考慮以下參數:
4.1.功率和速度根據結構形式和最終負載的速度和加速度要求,計算電機所需功率和速度。值得注意的是,通常情況下需要結合所選電機的速度選取減速機的減速比。
在實(shí)際選型過(guò)程中,比如負載為水平運動(dòng),因為各個(gè)傳動(dòng)機構的摩擦系數和風(fēng)載系數的不確定性,公式P=T*N/9549往往無(wú)法明確計算(無(wú)法精確計算扭矩的大小)。而在實(shí)踐過(guò)程中,也發(fā)現使用伺服電機所需功率最大處往往是加減速階段。所以,通過(guò)T=F*R=m*a*R可定量計算所需電機的功率大小和減速機的減速比(m:負載質(zhì)量;a:負載加速度;R:負載旋轉半徑)。
有以下幾點(diǎn)需要注意:
a) 電機的功率富余系數;
b) 考慮機構的傳動(dòng)效率;
c) 減速機的輸入和輸出扭矩是否達標,并有一定的安全系數;
d) 后期是否會(huì )有加大速度的可能性。公眾號機械知網(wǎng):分享知識,傳播價(jià)值。
值得一提的是,在傳統行業(yè)中,例如起重機等行業(yè),使用普通的感應電機驅動(dòng),加速度無(wú)明確要求,計算過(guò)程使用的是經(jīng)驗公式。
注:負載垂直運行的情況下,注意把重力加速度計算在內。
4.2.慣量匹配要實(shí)現對負載的高精度控制,需要考慮電機與系統的慣量是否匹配。
對于為什么需要慣量匹配的問(wèn)題,網(wǎng)上并沒(méi)有給出一統江湖的說(shuō)法。個(gè)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:考慮系統慣量折合到電機軸上,與電機的慣量比不大于10(西門(mén)子);比值越小,控制穩定性越好,但需要更大的電機,性?xún)r(jià)比更低。具體的計算方法如有不明白的請自行補學(xué)大學(xué)理論力學(xué).
4.3.精度要求計算經(jīng)過(guò)減速機和傳動(dòng)機構的變化后,電機的控制精度是否能夠滿(mǎn)足負載的要求。減速器或某些傳動(dòng)機構有一定的回程間隙,都需要考慮。
4.4.控制匹配這個(gè)方面主要是與電氣設計人員溝通確認,比如伺服控制器的通訊方式是否與plc匹配,編碼器類(lèi)型及是否需要引出數據等。
5.品牌
目前市場(chǎng)上伺服電機品牌眾多,性能也是千差萬(wàn)別。大體來(lái)說(shuō),如果不差錢(qián),就選用歐美的,稍微差點(diǎn)錢(qián),選日本的,然后是中國臺灣和中國大陸的。不是作者崇洋媚外,是實(shí)際使用得來(lái)的教訓。根據過(guò)往經(jīng)驗,國產(chǎn)的伺服電機本體基本性能上沒(méi)什么問(wèn)題,主要伺服控制器的控制算法、集成度和和穩定性方面有一定的差距。希望國內廠(chǎng)商繼續努力,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,國貨當自強也需要我輩的支持。
常用的一些伺服電機品牌:
歐美系:西門(mén)子、ABB、倫茨等;
日系:松下、三菱、安川等。
值得一提的是,做自動(dòng)化的設計,要學(xué)會(huì )借外力。特別是做非標自動(dòng)化,面臨太多設備的選型和計算,往往不堪重負,加班累成狗是常態(tài)。現在伺服電機廠(chǎng)商都會(huì )提供技術(shù)支持,只要你提供給他負載、速度、加速度等參數要求,他們有一套自己的軟件自動(dòng)幫助你計算并選擇合適的伺服電機,非常的方便。
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