1、机电领域中伺服电机的选择原则

　　现代机电行业中经常会碰到一些复杂的运动，这对电机的动力荷载有很大影响。伺服驱动装置是许多机电系统的核心，因此，伺服电机的选择就变得尤为重要。首先要选出满足给定负载要求的电动机，然后再从中按价格、重量、体积等技术经济指标选择*适合的电机。

　　各种电机的T- 曲线

　　(1)传统的选择方法

　　这里只考虑电机的动力问题，对于直线运动用速度v(t)，加速度a(t)和所需外力F(t)表示，对于旋转运动用角速度 (t)，角加速度 (t)和所需扭矩T(t)表示，它们均可以表示为时间的函数，与其他因素无关。很显然。电机的*大功率P电机，*大应大于工作负载所需的峰值功率P峰值，但仅仅如此是不够的，物理意义上的功率包含扭矩和速度两部分，但在实际的传动机构中它们是受限制的。用 峰值，T峰值表示*大值或者峰值。电机的*大速度决定了减速器减速比的上限，n上限= 峰值，*大/ 峰值，同样，电机的*大扭矩决定了减速比的下限，n下限=T峰值/T电机，*大，如果n下限大于n上限，选择的电机是不合适的。反之，则可以通过对每种电机的广泛类比来确定上下限之间可行的传动比范围。只用峰值功率作为选择电机的原则是不充分的，而且传动比的准确计算非常繁琐。

　　(2)新的选择方法

　　一种新的选择原则是将电机特性与负载特性分离开，并用图解的形式表示，这种表示方法使得驱动装置的可行性检查和不同系统间的比较更方便，另外，还提供了传动比的一个可能范围。这种方法的优点：适用于各种负载情况;将负载和电机的特性分离开;有关动力的各个参数均可用图解的形式表示并且适用于各种电机。因此，不再需要用大量的类比来检查电机是否能够驱动某个特定的负载。

　　在电机和负载之间的传动比会改变电机提供的动力荷载参数。比如，一个大的传动比会减小外部扭矩对电机运转的影响，而且，为输出同样的运动，电机就得以较高的速度旋转，产生较大的加速度，因此电机需要较大的惯量扭矩。选择一个合适的传动比就能平衡这相反的两个方面。通常，应用有如下两种方法可以找到这个传动比n，它会把电机与工作任务很好地协调起来。一是，从电机得到的*大速度小于电机自身的*大速度 电机，*大;二是，电机任意时刻的标准扭矩小于电机额定扭矩M额定。

　　2、一般伺服电机选择考虑的问题

　　(1)电机的*高转速

　　电机选择首先依据机床快速行程速度。快速行程的电机转速应严格控制在电机的额定转速之内。

　　式中， 为电机的额定转速(rpm);n为快速行程时电机的转速(rpm);为直线运行速度(m/min);u为系统传动比，u=n电机/n丝杠;丝杠导程(mm)。

　　(2)惯量匹配问题及计算负载惯量

　　为了保证足够的角加速度使系统反应灵敏和满足系统的稳定性要求, 负载惯量JL应限制在2.5倍电机惯量JM之内，即。

　　式中， 为各转动件的转动惯量，kg.m2;为各转动件角速度，rad/min; 为各移动件的质量，kg;为各移动件的速度，m/min; 为伺服电机的角速度，rad/min。

　　(3)空载加速转矩

　　空载加速转矩发生在执行部件从静止以阶跃指令加速到快速时。一般应限定在变频驱动系统*大输出转矩的80% 以内。

　　式中， 为与电机匹配的变频驱动系统的*大输出转矩(N.m);为空载时加速转矩(N.m);为快速行程时转换到电机轴上的载荷转矩(N.m);为快速行程时加减速时间常数(ms)。

　　(4)切削负载转矩

　　在正常工作状态下，切削负载转矩 不超过电机额定转矩 的80%。

　　式中， 为*大切削转矩(N.m);D为*大负载比。

　　(5)连续过载时间

　　连续过载时间 应限制在电机规定过载时间 之内。

　　3、根据负载转矩选择伺服电机

　　根据伺服电机的工作曲线，负载转矩应满足：当机床作空载运行时，在整个速度范围内，加在伺服电机轴上的负载转矩应在电机的连续额定转矩范围内，即在工作曲线的连续工作区;*大负载转矩，加载周期及过载时间应在特性曲线的允许范围内。加在电机轴上的负载转矩可以折算出加到电机轴上的负载转矩。

　　式中，为折算到电机轴上的负载转矩(N.m);F为轴向移动工作台时所需的力(N);L为电机每转的机械位移量(m);为滚珠丝杠轴承等摩擦转矩折算到电机轴上的负载转矩(N.m);为驱动系统的效率。

　　式中， 为切削反作用力(N);为齿轮作用力(N);W为工作台工件等滑动部分总重量(N);为由于切削力使工作台压向导轨的正压力(N); 为摩擦系数。无切削时，。

　　计算转矩时下列几点应特别注意。

　　(a)由于镶条产生的摩擦转矩必须充分地考虑。通常，仅仅从滑块的重量和摩擦系数来计算的转矩很小的。请特别注意由于镶条加紧以及滑块表面的精度误差所产生的力矩。

　　(b)由于轴承，螺母的预加载，以及丝杠的预紧力滚珠接触面的摩擦等所产生的转矩均不能忽略。尤其是小型轻重量的设备。这样的转矩回应影响整个转矩。所以要特别注意。

　　(c)切削力的反作用力会使工作台的摩擦增加，以此承受切削反作用力的点与承受驱动力的点通常是分离的。如图所示，在承受大的切削反作用力的瞬间，滑块表面的负载也增加。当计算切削期间的转矩时，由于这一载荷而引起的摩擦转矩的增加应给予考虑。

　　(d)摩擦转矩受进给速率的影响很大，必须研究测量因速度工作台支撑物(滑块，滚珠，压力)，滑块表面材料及润滑条件的改变而引起的摩擦的变化。已得出正确的数值。

　　(e)通常，即使在同一台的机械上，随调整条件，周围温度，或润滑条件等因素而变化。当计算负载转矩时，请尽量借助测量同种机械上而积累的参数，来得到正确的数据。

　　4、根据负载惯量选择伺服电机

　　为了保证轮廓切削形状精度和低的表面加工粗糙度，要求数控机床具有良好的快速响应特性。随着控制信号的变化，电机应在较短的时间内完成必须的动作。负载惯量与电机的响应和快速移动ACC/DEC时间息息相关。带大惯量负载时，当速度指令变化时，电机需较长的时间才能到达这一速度，当二轴同步插补进行圆弧高速切削时大惯量的负载产生的误差会比小惯量的大一些。因此，加在电机轴上的负载惯量的大小，将直接影响电机的灵敏度以及整个伺服系统的精度。当负载惯量5倍以上时，会使转子的灵敏度受影响，电机惯量和负载惯量 必须满足：

　　由电机驱动的所有运动部件，无论旋转运动的部件，还是直线运动的部件，都成为电机的负载惯量。电机轴上的负载总惯量可以通过计算各个被驱动的部件的惯量，并按一定的规律将其相加得到。

　　(a)圆柱体惯量

　　如滚珠丝杠，齿轮等围绕其中心轴旋转时的惯量可按下面公式计算：

　　(kg cm2)

　　式中，γ为材料的密度(kg/cm3);D为圆柱体的直经(cm);L为圆柱体的长度(cm)。

　　(b)轴向移动物体的惯量工件，工作台等轴向移动物体的惯量，可由下面公式得出：

　　(kg cm2)

　　式中，W为直线移动物体的重量(kg);L为电机每转在直线方向移动的距离(cm)。

　　(c)圆柱体围绕中心运动时的惯量如图所示：

　　圆柱体围绕中心运动时的惯量

　　属于这种情况的例子：如大直经的齿轮，为了减少惯量，往往在圆盘上挖出分布均匀的孔这时的惯量可以这样计算：

　　(kg cm2)

　　式中，为圆柱体围绕其中心线旋转时的惯量(kgcm2);W为圆柱体的重量(kg);R为旋转半径(cm)。

　　(d)相对电机轴机械变速的惯量计算将上图所示的负载惯量Jo折算到电机轴上的计算方法如下：

　　(kg cm2)

　　式中， 、 为齿轮的齿数。

　　5、电机加减速时的转矩

　　(1)按线性加减速时加速转矩

　　电机加速或减速时的转矩

　　按线性加减速时加速转矩计算如下：

　　(N.m)

　　式中， 为电机的稳定速度; 为加速时间;为电机转子惯量(kg.cm2);为折算到电机轴上的负载惯量(kg.cm2);为位置伺服开环增益。

　　加速转矩开始减小时的转速如下：

　　(2)按指数曲线加速

　　电机按指数曲线加速时的加速转矩曲线

　　此时，速度为零的转矩To可由下面公式给出：

　　(N.m)

　　式中， 为指数曲线加速时间常数。

　　(3)输入阶段性速度指令

　　这时的加速转矩Ta相当于To，可由下面公式求得(ts=Ks)。

　　(N.m)

　　6、根据电机转矩均方根值选择电机

　　工作机械频繁启动，制动时所需转矩，当工作机械作频繁启动，制动时，必须检查电机是否过热，为此需计算在一个周期内电机转矩的均方根值，并且应使此均方根值小于电机的连续转矩。电机的均方根值由下式给出：

　　式中， 为加速转矩(Nm); 为摩擦转矩(Nm);在停止期间的转矩(Nm); ， ， ， 如下图所示。

　　， ， ， 的转矩曲线

　　负载周期性变化的转矩计算，也需要计算出一个周期中的转矩均方根值，且该值小于额定转矩。这样电机才不会过热，正常工作。

　　负载周期性变化的转矩计算图

　　设计时进给伺服电机的选择原则是：首先根据转矩-速度特性曲线检查负载转矩，加减速转矩是否满足要求，然后对负载惯量进行校合，对要求频繁起动、制动的电机还应对其转矩均方根进行校合，这样选择出来的电机才能既满足要求，又可避免由于电机选择偏大而引起的问题。

　　8、伺服电机选择的步骤、方法以及公式

　　(1)决定运行方式

　　根据机械系统的控制内容，决定电机运行方式，启动时间ta、减速时间td由实际情况合机械刚度决定。

　　典型运行方式

　　(2)计算负载换算到电机轴上的转动惯量GD2

　　为了计算启动转矩 ，要先求出负载的转动惯量：

　　式中，L为圆柱体的长cm;D为圆柱体的直径cm。

　　式中， 为负载侧齿轮厚度; 为负载侧齿轮直径; 为电机侧齿轮厚度;为电机侧齿轮直径; 为材料密度;为负载转动惯量(kg.m2); 为负载轴转速rpm;为电机轴转速rpm; 为减速比。

　　(3)初选电机

　　计算电机稳定运行时的功率Po以及转矩TL。TL为折算到电机轴上的负载转矩：

　　式中， 为机械系统的效率; 负载轴转矩。

　　(4)核算加减速时间或加减速功率

　　对初选电机根据机械系统的要求，核算加减速时间，必须小于机械系统要求值。

　　加速时间：

　　减速时间：

　　上两式中使用电机的机械数值求出，故求出加入起动信号后的时间，必须加算作为控制电路滞后的时间5～10ms。负载加速转矩可由起动时间求出，若大于初选电机的额定转矩，但小于电机的瞬时*大转矩(5～10倍额定转矩)，也可以认为电机初选合适。

　　(5)考虑工作循环与占空因素的实效转矩计算

　　在机器人等激烈工作场合，不能忽略加减速超过额定电流这一影响，则需要以占空因素求实效转矩。该值在初选电机额定转矩以下，则选择电机合适。以典型运行方式中图a为例：

　　式中， 为起动时间s; 为正常运行时间s; 为减速时间s; 为波形系数。若不满足额定转矩式，需要提高电机容量，再次核算。

　　逸飞

　　一、电动机起动方式的选择

　　作为应用*广泛的鼠笼型异步电动机，它采用降压起动的条件：一是电动机起动时，机械不能承受全压起动的冲击转矩;二是电动机起动时，其端电压不能满足规范要求;三是电动机起���时，影响其他负荷的正常运行。

　　对于降压起动目前有两种方式，一种是降压起动，一种是软起动。他经过了三个发展阶段，一是“ Y-Δ” 起动器和自藕降压起动器，二是磁控式软启动器，三是目前*先进***的电子软启动器。电子软启动器一般都是采用16位单片机进行智能化控制，他既能保证电动机在负载要求的起动特性下平滑起动，又能降低对电网的冲击，同时，还能实现直接计算机通讯控制，为自动化智能控制打下良好的基础。

　　它们的造价比较是：“ Y-Δ”起动器须六根出线而且故障率太高，维修费也高已不常采用，自藕方式每个千瓦80元左右，磁控的每千瓦150元左右，自藕和磁控的体积较大且故障率较高，维修费较高，电子软启动器每个千瓦在80元到150元之间，一般情况下，一台开关柜能放多台电子软启动器，节省工程造价，且故障率较低，维修费也低。所以，电子软启动器应是我们**的目标。

　　二、电子软启动器的选择

　　通过以上所述，毋庸置疑地在工程设计和工程改造中，要想改善工艺提高自动化水平，降低成本提高企业效益，对电动机的起动就必须首先采用先进的起动设备——电子软启动器。

　　在应用电子软启动器时应考虑哪些问题呢?做为软启动器首先要看它的起动性能和停车性能，目前的软启动器有以下五种起动方式：

　　软起动器疑难问题解答 1.什么是软起动器?

　　软起动器是一种用来控制鼠笼型异步电动机的新设备，集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为 Soft Starter。它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联闸管及其电子控制电路。 运用不同的方法，控制三相反并联晶闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同的功能。

　　lawfeng

　　软起动器家族及磁控式软起动器

　　一、软起动一词的朔源：

　　软起动一词始见于一九七七年美国宇航局工程师诺勒的**：“功率因数控制器”的报道之中，该**为异步电动机节能器，其中的起动方式采用了电压爬升式起动始称软起动。此后在八十年代初期基于此原理的异步电动机软起动器首先在西方国家问世并进入我国市场。由于其起动性能优越所以很快被广大用户认可，因此以自耦变压器为代表的电压分步式起动器逐渐地淡出市场。其实在此之前的液阻起动器也具备上述起动特征笔者认为也应该纳入软起动之范畴。

　　二、磁控式软起动器的诞生与延革：

　　磁控式软起动器是胡琪顺工程师九一年为适应油田生产设备的需要开题研究的，当时的**方案是电子式软起动器方案，但在实验中很快发现它存在以下问题：一是由于电子器件的固有特性使整机的性能脆弱。二是由于斩波调压产生的高次谐波转矩使电动机在起 动时产生微震现象。三是技术复杂现场维护困难尤其是非电专业人员使用操作此问题更加突出。为此必须寻找一个既能保持软起动性能且可靠性能高的方案，这样磁控方案就应运而生了。磁控方案的核心就在于用磁放大器取代了可控硅作为主电路的执行单元。这样就实现磁电器件对磁电设备《电动机》的控制，使二者的瞬态抗过载能力处于同一水平，大幅度地提高了整机的可靠性和起动成功率;变斩波调压为限幅调压抑制了高次谐波的影响使电动机在起动时消除了微震现象。同时也使整机的结构及操作要求大为简化。对工况条件的适应性大为提高。满足了生产的需要和课题要求。

　　**代磁控式电动机软起动器产品于一九九三年获得国家**(ZL93232744.3)

　　小虫好棒

　　磁控式电动机软起动器简介

　　一、 结构特征：

　　磁控式软起动器与电子式软起动器的主要区别在于主回路调压执行单元采用《大功率磁放大器》取代了电力半导体器件《可控硅模块》。其优势由此而产生。

　　二、 性能特征:

　　1.过载能力强：磁放大器属于磁电器件，其过载能力为几十秒级;可控硅是电力半导体器件，其过载能力为几十毫秒级;两者抗过载能力不在同一等级 (见下表)

　　磁放大器

　　瞬时不重复抗过载能力与电动机相同

　　可控硅

　　4Ie/0.02S 3

　　3Ie/0.06S

　　2.2Ie/0.12S

　　2Ie/0.15S

　　2. 输出波型好：磁放大器是控制磁场、调节电抗、限幅调压，输出为正弦波性，高次谐波不超标。可控硅是斩波式调压输出波型不连续，为非正弦波、波型崎变高次谐波均产生、污染电网。 (见下图)

　　3.结构简单，安装操作方便，磁控式电动机软起动器对电源无相序要求;进线出线端也可互换。复式反馈自动调节、无需繁琐的设定。便于非专业人员操作。

　　4.起动性能好：磁控式软起动器由于输出波型好，所以电动机起动时电机平稳，无微震现象;电子式软起动器由于高次谐波电磁力矩的影响，电动机起动时会不同成度地产生微震和噪声。

　　三、特有的性能：

　　磁控式软起动器在万一控制单元故障的情况下，可断开控制单元该设备可作通常的电抗器起动，不会影响工作。而电子式则无此功能。

　　四、磁控式存在之不足：

　　磁控式软起动器(**代**升级版)体积与电子式基本持平，但重量较重。由于磁滞伸缩的原因，起动器工作时会产生一定交流音频声

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　　产品名称:三菱MR-J2S系列伺服马达

　　型 号:MR-J2S-40A

　　厂 商:

　　数 量:1

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　　产品介绍

　　三菱MR-J2S系列伺服马达

　　三菱伺服：MR-E，MR-J2S，三菱伺服MR-J2S手册

　　MR-J2S系列产品： MR-J2S-10A,MR-J2S-20A/40A/100A等

　　MR-J2S系列交流伺服系统

　　功率范围：50W~7KW

　　速度频率响应达到 550Hz 以上，非常适合用于高速定位的场合。

　　采用分辨率为 131072P/rev 之编码器，从而实现高性能化及提高低速稳定性。

　　**编码器为标准配置。

　　可使用个人电脑和安装软件进行*佳调谐控制。

　　内置 RS-232C 通讯接口。

　　1.多功能、高性能：550Hz速度频率响应，高分辨率编码器131072p/rev(17bit)，多种系列伺服马达适应不同控制需求，

　　2.使用更为方便：优异的自动调谐性能，高适应性的防振控制，机械共振滤波器的设置

　　3.包含机械性能在内的*佳状态调整：机械分析器功能，软件机械模拟功能，增益搜索功能

　　HC-KFS马达简介

　　1.额定转速(*大转速)：3000(4500)r/min

　　2.额定输出(KW)：0.1，0.2，0.

　　3.特性：低惯量，由于电机的惯性矩较大，适合用于负载惯性矩发生变动的机械及皮带驱动等的韧性较差的机械。

　　4.用途例：皮带驱动、机器人、装配、缝纫机、X-Y型桌、食品机械。

　　技术参数:

　　1.允许瞬间转速：5275r/min。

　　2.速度、位置检测器：131072p/rev。

　　3.附件：**、增量方式共用17位***。

　　4.结构：全封闭、自冷却

　　该公司其他信息

　　伺服电机功率计算公式

　　做伺服控制必然涉及伺服电机的功率计算。这是我找到的公式。大家看看是否正确?

　　输出功率P= 0.1047*N*T

　　式中N为旋转速度，T为扭矩。旋转速度基本为3000.转。那么T扭矩如何计算?

　　T扭矩=r*M*9.8

　　式中r为轴半径，M为物体重量，

　　由于附件过大，未上传上来。只能用文字说明了。大家讨论一下，如果不正确请指正，还有其他方法的当然更是欢迎了。

　　电动机的功率，应根据生产机械所需要的功率来选择，尽量使电动机在额定负载下运行。选择时应注意以下两点：

　　① 如果电动机功率选得过小.就会出现“小马拉大车”现象，造成电动机长期过载.使其绝缘因发热而损坏.甚至电动机被烧毁。

　　② 如果电动机功率选得过大.就会出现“大马拉小车”现象.其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利。而且还会造成电能浪费。

　　要正确选择电动机的功率，必须经过以下计算或比较：

　　P=F*V /1000 (P=计算功率 KW， F=所需拉力 N，工作机线速度 M/S)

　　对于恒定负载连续工作方式，可按下式计算所需电动机的功率：

　　P1(kw)：P=P/n1n2

　　式中 n1为生产机械的效率;n2为电动机的效率，即传动效率。

　　按上式求出的功率P1，不一定与产品功率相同。因此.所选电动机的额定功率应等于或稍大于计算所得的功率。

　　此外.*常用的是类比法来选择电动机的功率。所谓类比法。就是与类似生产机械所用电动机的功率进行对比。

　　具体做法是：了解本单位或附近其他单位的类似生产机械使用多大功率的电动机，然后选用相近功率的电动机进行试车。试车的目的是验证所选电动机与生产机械是否匹配。

　　验证的方法是：使电动机带动生产机械运转，用钳形电流表测量电动机的工作电流，将测得的电流与该电动机铭牌上标出的额定电流进行对比。如果电功机的实际工作电流与铭脾上标出的额定电流上下相差不大.则表明所选电动机的功率 合适。如果电动机的实际工作电流比铭牌上标出的额定电流低70%左右.则表明电动机的功率选得过大，应调换功率较小的电动机。如果测得的电动机工作电流比铭牌上标出的额定电流大40%以上.则表明电动机的功率选得过小，应调换功率较大的电动机。

　　实际上应该是考虑扭矩(转矩)，电机功率和转矩计算公式。

　　即 T = 9550P/n

　　式中：

　　P — 功率，kW;

　　n — 电机的额定转速，r/min;

　　T — 转矩，Nm。

　　电机的输出转矩一定要大于工作机械所需要的转矩，一般需要一个**系数。

　　机械功率公式：P=TxN/97500

　　P:功率单位W

　　T：转矩，单位克/㎝

　　N: 转速，单位r/min