三菱交流伺服电机的选择Word文件下载.docx

三菱交流伺服电机的选择Word文件下载.docx

《三菱交流伺服电机的选择Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三菱交流伺服电机的选择Word文件下载.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

在电机轴上的角加速度αM

αM=RαL

起动时所需电机转矩TM为下列几相之和

（1）用于电机本身加速的加速转矩T1[N-m]

（2）使负荷加速的转矩T2[N-m]

（3）为使负载轴（经过传动装置）得到转矩TL所需要的转矩T3[N-m]

T2和T3不同，T3是正常运行时所需转矩

则：

T1=JM·

αM=JM·

R·

αL

根据，η·

T2=JL·

αL（牛顿定律）

负载加速转矩：

T2=（JL·

αL）/η·

R

正常运行时电机提供转矩：

T3=TL/η·

电机起动转矩TM≥T1+T2+T3≥JM·

αL+{（JL·

αL）+TL/η·

R}---------

（1）

对上式右侧求R的偏微分，并使其等于零，即可求得

（1）式右变最小值时的R0

∂TM/∂R=0

R0=（JL·

αL+TL）/JM·

αL·

η------------------

（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:

TM≥2{JM·

αL（JL·

αL+TL）}/η--------------------（3）

启动后电机就以一定的速度运行，此时所需转矩

T0=TL/R0·

η-------------------------------------（4）

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=（2Ta2·

ta+T02·

tb）/t---------------------------------------------------（5）

WL

ta

tc时间

tb

Ta

Ta

T0

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）

TM2/JM≥TRMS2/JM=1/JM·

t{2Ta2·

tb}----------------------------------------（6）

再将（3）、（4）式代入（6）式可得：

TRMS2/JM=1/tη{8αL（JL·

αL+TL）ta+（TL2·

αL）/（JL·

αL+TL）·

tb}

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------（7）

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=JLαL[Kg-m]

负载转矩：

TL=TL/9.8[Kg-m]

最大转居（峰值转矩）：

TP=TA=TL[Kg-m]

负载轴转速：

NL=60/2л·

tL[rpm]

将这些条件代入（7）式，并将绝对单位化成重力单位系统

PRL=NL/973·

ta·

t（8TPTa+TL2/TP·

tb）[kw/s]--------------------------（8）

（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=maa=f/m

fa=fv/t=P/t=f2/m-----------------------------------------直线运动中的比功率

在旋转系统中，J=Tα,

Jα=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/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

R0=（JL·

η=（TA+TL）/（GDM2·

NL/375·

ta）·

η

式中：

JM·

αL=（GDM2/4·

9.8）·

2Л/60·

NL/ta

GDM2：

kgm2（千克·

米2）

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

TRMS=（TP·

ta+TL2·

ta+TS2·

td）/t[kgm2]

---------------------------------------------------------------------（4）

NM

tatbtd时间s

t

TP

TL

时间s

TS

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t10.5st1=ta+tb+td

停车时间t20.5st2=t-t1

可动部分重量W50kg力的单位

传动效率η95%

磨擦系数μ0.15

V=15m/min

W=15kg

μ=0.15

滚珠丝杠

长L=1000mm

螺矩PB=10mm/rev

传动比R

伺服电机转速NL效率η

（1）负载惯量：

（由两部分组成）GDL2

：

可移动部分惯量（经丝杠传动后）GDW2

GDW2=W·

（PB/л）2=50x0.101x（0.01）2{式中0.01=（1/л）2}

=5.05x10-4kgm2

：

传动丝杠惯量GDS2

GDS2=л/8·

ρld4·

103=л/8·

7.87·

103（0.02）4

=4.95x104kgm2

其中：

ρ--------材质比重

所以：

GDL2=GDW2+GDS2

=（5.05+4.95）10-4=10·

10-4kgm2

（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=（μW/2πη）·

V/NL={（0.15X50）/2xπx0.95}x15/1500=0.0126kgm

式中丝杠转速NL=V/PB=1.5/0.01=1500[rpm]

（3）加速力矩：

TA

可允许起动、停止时间：

ta,td

TA=td=t1-s/（v/60）=0.5-{100/[15x（1000/60）]}=0.1s

加速力矩：

TA=（GDL2xNL）/375xtaη=（10x104x1500）/375x0.1x0.95=0.421kgm

减速力矩：

TS

TS={（GDL2xNL）/375xtdη}-TL=0.0421-0.0126=0.0295kgm

所以加速时力矩TP=TA+TL=0.0421+0.0126=0.0547kgm

减速时力矩TS=TA-TL=0.0421-0.0126=0.0295kgm

（4）设负载必要的功率速率

PRL={NL/973·

（t1+t2）}x{8·

TP·

ta+（TL2/TP）（t1+ta-td）}

=（1500/973x0.1x1）x{8x0.0547x0.1+（0.01262/0.0547）（0.5-0.1-0.1）}

=0.69[KW/S]

安全系数设为1.2，则：

PRL=1.2X0.69=0.83[KW/S]

假定根据样本选择了一种电机，数据如下：

比功率：

1.3KW/S

额定扭矩：

2.43kgcm

惯性矩：

1.72kgcm2

功率：

100W

转速：

4000rpm

（5）转速比计算，传动比计算

R=（TA+TL）/（GDM2xNL）η/375xTA=0.0547/（4x0.43x10-4x1500x0.95）/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：

=GDL2/R2

全部：

GDT2=GDM2+GDS2+GDL2/R2=3.82x10-4kgm2

将前面摩擦力矩换算到电机轴上，TL’=TL/R=0.0126/2.5=0.005kgm2

电机加速力矩：

TP’=（GDT2xNM）/375xtaη+TL’

={（3.82x10-4x3750）/375x0.1x0.95}+0.005=0.0452kgm2

假设机械减速时，TS’=TP’

则电机实际有效转矩

TRMS=（TP’2xta+TL’2xtb+TP’2xtd）/t1+t2

=（0.04522x0.1+0.0052x0.3+0.04522x0.076）1/2

0.0192kgm2

安全系数取1.2

TM=1.2x0.0192

=2.31kgm2

在电机曲线内连续可用。

几个常识问题

（1）关于大惯量电机和小惯量电机的选用

（2）关于负载惯量与电机惯量之比的问题：

笼统讲相接近，但三菱普通在1/15之内，样本中给出了此值，不要超出。

否则性能不好。

（3）电机曲线中，连续运行时不要超过额定转矩，短时运行不超过最大转矩。

额定转矩就是在额定电压、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J--------NmT--------Kg2

（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

单位为rad/s2

单位为Nm

单位为W/s

（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Nm

伺服电机1FK7083-5AH71特性曲线

abc

S3----25%

S3----40%T0

S1—（100K）S3---60%

S1---（60K）

10002000300040005000

rpm

[a]驱动器MASTERDRIVESMCVDCLink=540V（DC）Vmor=340Vrms

[b]驱动器SIMODRIV611（UE）VDCLink=540V（DC）andMASTERDRIVESMC（AFE）VDCLink=600V（DC）Vmor=380Vrms

[c]驱动器SIMODRIV611（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℃

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。

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，西门子伺服电机曲线中对应S1（100K）以下，日本伺服电机对应曲线阴影以下部分

扭矩起动扭矩

可连续运转领域

额定转速转速n

额定转矩

堵转扭矩

3，对西门子电机来说，最大扭矩（自治应大于负载加速扭矩值）与驱动器（电源模块）提供电流的能力，对不同的驱动器此值不同，通常最大扭矩是额定扭矩3倍左右

而且此值随转速升高急剧下降。

选择步骤：

用流程图表示

确定机械结构

1，

掌握负荷形式

确定运动曲线

计算负荷转矩

计算负荷惯量

决定负荷系数

2，

计算功率速率（比功率）选择比功率值大的电机

3，

计算确定传动比

最佳传动比计算

电机转矩严重不足

转矩复核将电机转动惯量考虑后

修改传动比

电机转矩稍许不足

改变传动比，

使电机转

矩控制在

额定转矩内

转速复核转速不够选择相同比功率下

额定转速高的电机

若没有转速更高的电机

重新确定传动比，提高

4，电机容量

电机容量确定