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  • 自动化设备的伺服电机该怎么选?五大点!

     

    导语:1 应用场景自动化设备领域的控制型电机可分为伺服电机、步进电机、变频电机等。在需要较为精确的速度或位置控制的部件,会选择伺服电机驱动


     
    1.应用场景
    自动化设备领域的控制型电机可分为伺服电机、步进电机、变频电机等。在需要较为精确的速度或位置控制的部件,会选择伺服电机驱动。
    自动化设备
    变频器+变频电机的控制方式,是通过改变输入电机的电源频率而改变电机转速的控制方法。一般只用于电机的调速控制。
     
    伺服电机与步进电机相比:
     
    a) 伺服电机使用闭环控制,步进电机为开环控制;
     
    b) 伺服电机使用旋转编码器计量精度,步进电机使用步距角。普通产品级别上前者的精度可达后者的百倍数量级;
     
    c) 控制方式相似(脉冲或方向信号)。
     
    2.供电电源
    伺服电机从供电电源上区分可分为交流伺服电机和直流伺服电机。
     
    二者还是比较好选择的。一般的自动化设备,甲方都会提供标准的380V工业电源或220V电源,此时选择对应电源的伺服电机即可,免去电源类型的转换。但有一些设备,比如立体仓库中的穿梭板、AGV小车等,由于本身的移动性质,大部分使用自带直流电源,所以一般使用直流伺服电机。
     
    3.抱闸
    根据动作机构的设计,考虑在停电状态下或静止状态下,是否会造成对电机的反转趋势。如果有反转趋势,就需要选择带抱闸的伺服电机。
     
    4.选型计算
    选型计算前,首先要确定的是机构末端的位置和速度要求,再者确定传动机构。此时即可选择伺服系统和对应的减速器。
     
    选型过程中,主要考虑以下参数:
     
    4.1 功率和速度
    根据结构形式和最终负载的速度和加速度要求,计算电机所需功率和速度。值得注意的是,通常情况下需要结合所选电机的速度选取减速机的减速比。
     
    在实际选型过程中,比如负载为水平运动,因为各个传动机构的摩擦系数和风载系数的不确定性,公式P=T*N/9549往往无法明确计算(无法精确计算扭矩的大小)。而在实践过程中,也发现使用伺服电机所需功率最大处往往是加减速阶段。所以,通过T=F*R=m*a*R可定量计算所需电机的功率大小和减速机的减速比(m:负载质量;a:负载加速度;R:负载旋转半径)。
     
    有以下几点需要注意:
     
    a) 电机的功率富余系数;
     
    b) 考虑机构的传动效率;
     
    c) 减速机的输入和输出扭矩是否达标,并有一定的安全系数;
     
    d) 后期是否会有加大速度的可能性。
     
    值得一提的是,在传统行业中,例如起重机等行业,使用普通的感应电机驱动,加速度无明确要求,计算过程使用的是经验公式。
    注:负载垂直运行的情况下,注意把重力加速度计算在内。
     
    4.2 惯量匹配
    要实现对负载的高精度控制,需要考虑电机与系统的惯量是否匹配。
     
    对于为什么需要惯量匹配的问题,网上并没有给出一统江湖的说法。个人理解有限,在这里就不解释了。有兴趣的朋友可以自行考证一下并告知一声。惯量匹配的原则为:考虑系统惯量折合到电机轴上,与电机的惯量比不大于10(西门子);比值越小,控制稳定性越好,但需要更大的电机,性价比更低。具体的计算方法如有不明白的请自行补学大学"理论力学"。
     
    4.3 精度要求
    计算经过减速机和传动机构的变化后,电机的控制精度是否能够满足负载的要求。减速器或某些传动机构有一定的回程间隙,都需要考虑。
     
    4.4 控制匹配
    这个方面主要是与电气设计人员沟通确认,比如伺服控制器的通讯方式是否与PLC匹配,编码器类型及是否需要引出数据等。
     
    5.品牌
    目前市场上伺服电机品牌众多,性能也是千差万别。大体来说,如果不差钱,就选用欧美的,稍微差点钱,选日本的,再次台湾和大陆产的。不是作者崇洋媚外,是实际使用得来的教训。根据过往经验,国产的伺服电机本体基本性能上没什么问题,主要伺服控制器的控制算法、集成度和和稳定性方面有一定的差距。希望国内厂商继续努力,缩小与国外产品的差距。
    如果读者有使用效果较好的国产品牌,请推荐给大家,毕竟,国货当自强也需要我辈的支持。
    值得一提的是,做自动化的设计,要学会借外力。特别是做非标自动化,面临太多设备的选型和计算,往往不堪重负,加班累成狗是常态。现在伺服电机厂商都会提供技术支持,只要你提供给他负载、速度、加速度等参数要求,他们有一套自己的软件自动帮助你计算并选择合适的伺服电机,非常的方便。
     

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