三菱交流伺服电机的选择综述

1、三菱交流伺服电机的选择杨世方基本理论对伺服驱动来讲，应当首先考虑的是：1最大速度或最大转矩下所需的功率2,启动、停止过渡过程中所通的功率而对伺服电机来讲，由于其使用目的主要还在于后者，即主要是根据负载加减速时所需要的动力（功率）来决定马达大小，因此主要依据是：（1）负载的惯性大小（2）合理选取传动比电机选取则主要依据功率速率（比功率）下面看一个选取例：2Ma mJmT m=jJLTl符号说明:2 2kg-m （=GD /4）千克米Tm :电动机轴上所需的电机扭矩N-mR: 传动比R1减速R= 1等速R T1+T2+T3 Jm R a l + ( Jl a l) +T l/n R(1)对上式右侧

2、求 R的偏微分，并使其等于零，即可求得(1)式右变最小值时的 Ro? Tm / ? R =0R0 =. ( Jl a l+Tl)/ Jm a l n( 2)R0称为最佳传动比，就是能使Tm最小的传动比，选取这个传动比，电机所需的起动矩扭最小。若将R0值(2)代如(1)式，求得 起动扭矩T3 :T M(3)启动后电机就以一定的速度运行，此时所需转矩To = Tl/Ro n在反复进行起动、 运行、停止、操作时电动机必须这样来选择，使电机连续输出转矩大于各阶段所需转矩的均方根值。社电机起动停止时间相同（参考下图）电机的转据均方根值为Trms,则:Trms =J(2Ta2 ta + To2t b)/t

3、时间对式（5）平方，再除以Jm（注意，这一步很有意义，并注意它的量纲）(6)Tm?/JmTrMS?/Jm =1/Jm t 2T a ta + To? tb 再将（3）、（4）式代入（6）式可得:(7)TrMS?/Jm =1/ t n 8 a L( JL a l+T l)ta+ (T L a L)/ ( JL a l+T l) tb根据（7）式右侧负载条件进行计算，就可选取伺服电机。在对某些变量定义：加速转矩：Ta=Jl a lKg-m负载转矩：Tl=Tl/9.8Kg-m最大转居（峰值转矩）:T P=Ta=TlKg-m负载轴转速：Nl=60/2 JI - a L - tLrpm将这些条件代入（7

4、）式，并将绝对单位化成重力单位系统kw/s(8)2PRl=Nl/973 - ta - t (8TpTa+TL / TpW(8)式称为比功率，或叫做功率速率，它反映了电机在单位时间内所能提供的加速扭矩的 能力。三菱伺服电机样本中都提供了这一重要参数，很多人不明白，也未重视。现在我将此式的意义再详细讲解一下：在中学就学过这样的关系：f= m aa=f/m2f a=fv/t= P/t= f /m 直线运动中的比功率在旋转系统中，J = T a ,Ja =J2 /T 旋转系统中的比功率现在，根据实例学会选择，伺服电机选取步骤如下：(1) 掌握负载形式负载惯量负载转矩负载因数(2) 功率速率计算(比功率

5、/功率比计算)根据(8)式计算，选择比功率大的伺服电机。(3) 传动比计算最佳传动比的计算根据(2)式计算最佳传动比Ro =-(Jl al+Tl)/ Jm a l n =( Ta+Tl )/ (GD M N l/375 ta ) n式中：Jm a l=( GDm2/4 9.8 ) 2刃/60 NJta2 2 2GDm :kg m(千克米)复核所需转矩传动比计算出后，对转动惯量加以考虑，在对加速时电机需要的转矩进行复核。如果：电机转矩严重不足 k 将GDm2考虑后计算比功率修改传动比电机转矩稍许不足 修改传动比，使电机转矩控制在额定转矩内转速复核根据上述传动比复核一下电机最高转速是否在电机最高转

6、速以下如果;电机转速不够选择在相同比功率之下的额定转速高的电机没有转速更高的电机时 确定不超过电机额定转速的传动比，提高电机容量。（4）电机容量的决定若确定了电机种类和传动比，根据下图负载情况假设必要的转矩，鉴定是否在电机额定 转矩内电机所需转矩 Tm （计算出的所需转矩）（安全系数）Trms 1.2式中：Trms = .（ Tp ta +Tl2 ta+Ts? td ）/tkgm 2实例:运动系统基本要求项目内容规格最大速度V15m/min最大移动量S100mm最大移动量移动时间t10.5 Sti=ta+tb+td停车时间t20.5st2=t-ti可动部分重量W50kg力的单位传动效率n95%

7、磨擦系数卩0.15伺服电机转速（1）负载惯量:2GDw =W V=15m/m inW=15kg传动比 R滚珠丝杠长 L=1000mm螺矩 PB=10mm/rev=0.15Nl效率 n（由两部分组成）可移动部分惯量（经丝杠传动后）2 2(Pb/ j )=50x0.101x(0.01)-4=5.05 x102kgmGDl2GDw22式中 0.01=(1/ j ) GDs2传动丝杠惯量2GDs2= ji /8p ld 4 10 3= j /8 7.87 103 (0.02 )=4.95x10kgm2其中：p 材质比重所以：GDl2=GDw2+GDs2-4-42=(5.05+4.95) 10 4= 1

8、0 104 kgm2)kgm(2) 磨擦力矩：Tl(磨擦力矩每秒转过弧度数=摩擦力每秒位移量Tl =(卩 W/2nn ) V/Nl= (0.15X50)/2xn x0.95x15/1500=0.0126式中丝杠转速N l= V/P b=1.5/0.0 仁1500rpm(3) 加速力矩：Ta可允许起动、停止时间：t&tdTA=td=ti-s/( v/60)=0.5- 100/ 15x (1000/60)=0.1s加速力矩：24Ta=(GDl x Nl)/375 x tan =( 10x10x1500)/375x0.1x 0.95=0.421 kgm减速力矩：TsTs= (GD l2 x N l)

9、/375 x td n -T l = 0.0421-0.0126 = 0.0295 kgm所以加速时力矩 Tp=Ta+Tl=0.0421+0.0126=0.0547 kgm减速时力矩 Ts=Ta-Tl=0.0421- 0.0126=0.0295 kgm(4 )设负载必要的功率速率2PRl=N l/973 ta (t1+t2)x8 Tp ta+(TL /Tp)(t1+ta-td)2=(1500/973x0.1x1)x8x0.0547x0.1+(0.0126 心0547)(0.5-0.1-0.1) =0.69KW/S安全系数设为1.2，则：PRl=1.2X0.69=0.83KW/S假定根据样本选择

10、了一种电机，数据如下：比功率：1.3KW/S额定扭矩：2.43 kgcm惯性矩：21.72 kgcm功率：100W转速：4000rpm(5) 转速比计算，传动比计算R= . (Ta+Tl)/(GDm/ 2 2 2TRMS= r (T P X ta +T L X tb +T P X td)/tl+t22 2 2 1/2=(0.0452 X0.1 + 0.005 x0.3 +0.0452 x0.076 )0.0192 kgm2安全系数取1.2则:Tm =1.2 X 0.0192 十1单位为 rad/s2单位为 Nm单位为 W/sxNlM /375xTa =0.0547/(4x0.43x10-4x1

11、500x0.95)/375x0.1=2.9当R=2.9时，最高速度 Nm=1500X2.9= 4350 超过了电机最高转速 4000设选取 R=2.5时 Nm = 1500X2.5=3750rpm,再额定转速以下，可以使用。(6) 电机容量选择将所有转动惯量折算到电机轴上：丝杠：GDs2 = 0.5x10-4kgm2电机本身：GDm2 =1.72x10-4kgm2负荷惯量：=GD l2/R222222-42全部：GDt = GDm + GDs + GDl /R =3.82 x10 kgm将前面摩擦力矩换算到电机轴上，T l =T l/R =0.0126/2.5 =0.005 kgm2电机加速力

12、矩：Tp =(GDt x Nm )/375 x t an + Tl-42=(3.82x10 x3750 )/375 x0.1x0.95+0.005 =0.0452 kgm假设机械减速时，Ts = Tp则电机实际有效转矩是在额定电压、频率、额定转速下允许长期运行提供的转矩。(4) 选取其它厂家电机时可按比功率=力矩2/转动惯量=J2 / ( 973 T) 选取功率变化率单位 JNmTKg 2(5) 伺服电机为何常常用扭矩表示其参数：机床行业、加工中心、机器人通常伺服电机用作进给控制，需要电机保证足够的扭矩，所以常以扭矩表示电机参数， 而且，伺服电机在额定转速下往往都是恒扭矩运行方式，他的功率输出

13、大小不那样受设计者关心。日本伺服电机普遍提供了电机的KW/S值，有的如安川还提供了电机的扭矩常数、角加速度、机械时间常数、电气时间常数，再电机的过渡过程中，这些参数都有用。事实上功率速率=额定扭矩角加速度不信可自己算算(6)西门子伺服电机选取方法1,先对电机频矩曲线作一认识转矩Nm10002000300040005000rpma 驱动器 MASTERDRIVES MC V DCLink =540V (DC) V mor=340V rmsb 驱动器 SIMODRIV 611(UE) VDCLink=540V (DC) and MASTERDRIVES MC(AFE)V DCLink =600V

14、(DC)V mor=380Vrmsc 驱动器 SIMODRIV 611(IR)VDCLink =540V (DC)Vmor=425Vrms图中：S1 电机连续工作制方式S3 电机断续工作制方式，随后标以负载持续率如25%100K,60K 是指电机最高容许温升（国际单为制）。100K就是100 C定义：起动扭矩：曲线上当转速=0时的扭矩值，也就是当电机刚接通电源时的输出扭 矩，他等于电机堵转扭矩最大扭矩：电机在额定转速下运行所输出的最大扭矩值， 可见与驱动器所能提供 的最大电流有关，当负载超过最大扭矩值时电机堵转。额定扭矩：T0,额定转速下的输出扭矩S1（100k）曲线是我们通常使用的额定特性曲线，（多数情况下看成连续工作方式）伺服电机选取是的误区1, 算出加速扭矩后，不要将此值当作伺服电机的额定扭矩看。2, 一定要计算出一个工作周期内的均方根扭矩值，并以此作为额定扭矩对待，西门子伺服3，对西门子电机来说，最大扭矩（自治应大于负载