如何選擇伺服電機及設計計算方法

ID:167086 · 發(fā)表于 2017-8-25 17:33

　　如何選擇伺服電機：
　　1、伺服電機和步進電機的性能比較
　　步進電機一種開環(huán)控制的系統(tǒng)，和現(xiàn)代數(shù)字控制技術有著本質的聯(lián)系。在目前國內的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。適應數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似(脈沖串和方向信號)，但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異。現(xiàn)就二者的使用性能作一比較。
　　一、控制精度不同
　　兩相混合式步進電機步距角為 1.8°、0.9°，五相混合式步進電機步距角為0.72 °、0.36°。也有高性能的步進電機通過細分后步距角更小。如山洋公司(SANYO DENKI)生產的二相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。
　　交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。以山洋全數(shù)字式交流伺服電機為例，對于帶標準2000線編碼器的電機而言，驅動器內部采用了四倍頻技術，其脈沖當量為360°/8000=0.045°。對于帶17位編碼器的電機而言，驅動器每接收131072個脈沖電機轉一圈，即其脈沖當量為360°/131072=0.0027466°，是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。
　　二、低頻特性不同
　　步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載和驅動器性能有關，認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉非常不利。當步進電機工作在低速時，應采用阻尼技術來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器，或驅動器上采用細分技術等。
　　交流伺服電機運轉非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內部具有頻率解析機能(FFT)，可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)。
　　三、矩頻特性不同
　　步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，其最高工作轉速在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速(為2000RPM或3000RPM)以內，都能輸出額定轉矩，在額定轉速為恒功率輸出。
　　四、過載能力不同
　　步進電機不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以山洋交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉矩過載能力。其最大轉矩為額定轉矩的二到三倍，于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機沒有這種過載能力，在選型時克服這種慣性力矩，往往選取較大轉矩的電機，而機器在正常工作期間又不那么大的轉矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。
　　五、運行性能不同
　　步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉的現(xiàn)象，停止時轉速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，為保證其控制精度，應好升、降速問題。交流伺服驅動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內部構成環(huán)和速度環(huán)，不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。
　　六、速度響應性能不同
　　步進電機從靜止加速到工作轉速(為每分鐘幾百轉)200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以山洋400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒，于要求快速啟停的控制場合。
　　綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能都優(yōu)于步進電機。但在要求不高的場合也經常用步進電機來做執(zhí)行電動機。，在控制系統(tǒng)的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多的因素，選用適當?shù)目刂齐姍C。
　　2、伺服電機的選型計算方法
　　注意三點：轉數(shù)　山洋公司根據客戶要求，對于同等功率的電機可以選配不同轉數(shù)的電機，，轉數(shù)越低，價格越便宜。
　　扭矩　滿足，但是不像步進電機那樣留有過多的余量。
　　機電專業(yè)技術論壇
　　慣量　根據現(xiàn)場要求選用不同慣量的電機，如機床行業(yè)選用P1系列大慣量的伺服電機。

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