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1、伺服系統(tǒng)交流伺服電機(jī)的選擇伺服系統(tǒng)交流伺服電機(jī)的選擇熊建軍李德祥(中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心低速所，四川綿陽(yáng)622662)、／k摘要皋支參考西門(mén)子、三菱、寶倫等數(shù)控系統(tǒng)交流伺服電機(jī)的計(jì)算、選擇方法，結(jié)合妾倒介紹交流伺服電機(jī)選用全過(guò)程。關(guān)鍵詞伺服系統(tǒng)交流伺服電機(jī)電機(jī)選擇前言。．．、與伺服系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了由液壓到電氣的過(guò)程，電氣伺服系統(tǒng)根據(jù)所驅(qū)動(dòng)電機(jī)類(lèi)型分為直流(Dc)J．!伺服系統(tǒng)和交流(Ac)伺服系統(tǒng)。交流伺服系統(tǒng)按其采用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)類(lèi)型又可分為水磁同麴sM型)電動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)和感應(yīng)式異步(D涯型)電
2、動(dòng)機(jī)交流伺服系統(tǒng)。由于直流伺服電動(dòng)機(jī)存在機(jī)械結(jié)，}．構(gòu)復(fù)雜，維修工作量大。_苞括麗換向器等則成為直流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展的瓶頸。隨著微處理技術(shù)、大功率電力電子技術(shù)的成熟和電機(jī)永磁材料的發(fā)展和成本降低，交流伺服系統(tǒng)得到長(zhǎng)足發(fā)展并將逐步取代直流伺服系統(tǒng)。本文參考市場(chǎng)現(xiàn)有的部分伺服產(chǎn)品，結(jié)合工程實(shí)例，介紹交流伺服電機(jī)選用的全過(guò)程“1根據(jù)負(fù)載條件選用電機(jī)電機(jī)軸上有兩種負(fù)載，一種是轉(zhuǎn)矩負(fù)載，另一種是慣量負(fù)載。選用電機(jī)時(shí)，必須準(zhǔn)確計(jì)算這些負(fù)載，以便確保滿(mǎn)足如下條件：a)當(dāng)機(jī)床處于非切削工作狀態(tài)對(duì)，在整個(gè)速度范圍內(nèi)負(fù)載
3、轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于電機(jī)的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩。b)最大切削轉(zhuǎn)矩所占時(shí)間(負(fù)載百分比即“ON”時(shí)間)滿(mǎn)足所期望的值。c)以希望的時(shí)間常數(shù)進(jìn)行加速。一般來(lái)說(shuō)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩有助于減速，如果加速不成問(wèn)題，以同一時(shí)問(wèn)常數(shù)進(jìn)行減速亦無(wú)問(wèn)題。加速檢查按以下步驟進(jìn)行?！ぜ僭O(shè)電機(jī)軸按照NC或位控所確定的ACC／DEC方式進(jìn)行理想的運(yùn)動(dòng)來(lái)得到加速速率?！び眉铀偎俾食艘钥倯T量(電機(jī)慣量+負(fù)載慣量)計(jì)算出加速轉(zhuǎn)矩?！⒇?fù)載轉(zhuǎn)矩(摩擦轉(zhuǎn)矩)與加速轉(zhuǎn)矩相加求得電機(jī)軸所需轉(zhuǎn)矩?！耠姍C(jī)軸所需轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于電機(jī)的最大連續(xù)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)，小于伺服放大器電流限制回路
4、所限制的轉(zhuǎn)矩。加速轉(zhuǎn)矩的計(jì)算應(yīng)該區(qū)分線性加速、指數(shù)加減速、指令速度突加情況分gq計(jì)算，本文以線性加速情況為例做一介紹：盔‘連尊№哺／jl^‘，：／7一、Ⅲ}，∥‘、?t。!／-*M!#蠢一一一一-一一～‘’．，，7：圖l線形加速的速度圖、加速轉(zhuǎn)距圖300全國(guó)空氣動(dòng)力測(cè)控技術(shù)交流會(huì)論文集L=N60mX2刀rX÷(1，?！?(1-e-KI．t,,)r，1”Ⅳ沖一去(1-e-K,'t“)j式中：Ta：加速轉(zhuǎn)矩(kg。Cm)NM：快速進(jìn)給時(shí)的電機(jī)速度(rpm)ta：加速時(shí)間(SeC)．Jm．電柵魄量(kg·C
5、m·Sz)．，，．負(fù)載慣量(kg‘Cm‘S‘)N，．加速轉(zhuǎn)矩減小時(shí)的始點(diǎn)(不同于Nm)(rpm)l(s：伺服位置環(huán)增益(Seco)d)快進(jìn)頻率：一般來(lái)講，在正常切削加工中，此項(xiàng)不成問(wèn)題，但對(duì)于特殊加工設(shè)備來(lái)說(shuō)(如沖壓、鉆床、激光加工、包裝機(jī)械等)，要求頻繁快速進(jìn)給，此時(shí)，需要檢查是否由于頻繁加、減速而使電帆過(guò)熱。在這種情況下，應(yīng)計(jì)算每個(gè)循環(huán)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的均方根(RMS)值，以保證此值小于電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。矗m=To4-TF一]r—I1{TF{÷一一]’I對(duì)BL，，H’n一19II。}一t。—一卜“Ib——t
6、3—d◆圖2快速進(jìn)給的速度圈、轉(zhuǎn)距圖式中：Ta：加速轉(zhuǎn)矩；TI：摩擦轉(zhuǎn)矩；To：停止時(shí)的轉(zhuǎn)矩當(dāng)負(fù)載條件在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)變化不定時(shí)，TItMs按下式計(jì)算，并確認(rèn)此值在電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)。圖3周期內(nèi)負(fù)載變化的轉(zhuǎn)距時(shí)問(wèn)圖301伺服系統(tǒng)交流伺服電機(jī)的選擇磊。=eJ負(fù)載慣量限制式中：to=tI+t2+t3+?+tn負(fù)載慣量的大小對(duì)于伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能及快進(jìn)加，減速時(shí)間有很大影響。對(duì)于大的負(fù)載慣量，當(dāng)指令速度改變時(shí)，電機(jī)需要更長(zhǎng)的時(shí)間達(dá)到指令速度，當(dāng)多軸聯(lián)動(dòng)進(jìn)行圓弧插補(bǔ)切削時(shí)，跟蹤誤差就大于較小慣量時(shí)的情況從而
7、影響加工精度。通常，當(dāng)負(fù)載慣量小于電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量時(shí)，上述問(wèn)題不會(huì)出現(xiàn)。如果大于轉(zhuǎn)子慣量3倍，動(dòng)態(tài)影響就會(huì)變差，用于加工普通金屬的機(jī)械，還不存在任何實(shí)際問(wèn)題。不過(guò)，在諸如以高速加工各種形狀復(fù)雜的木材的木工機(jī)械等特殊場(chǎng)合，最好使負(fù)載慣量小于轉(zhuǎn)子慣量。2負(fù)載慣量計(jì)算與負(fù)載轉(zhuǎn)矩不同的是，只通過(guò)計(jì)算即可得到負(fù)載慣量的準(zhǔn)確數(shù)值。不管是直線運(yùn)動(dòng)還是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)所有由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)部件的慣量分別計(jì)算，并按照規(guī)則相加即可得到負(fù)載慣量。由以下基本公式就能得到幾乎所有情況下的負(fù)載慣量。2．1圓柱體的慣量圖4：圓柱體慣量計(jì)算圖
8、由下式計(jì)算有中心軸的圓柱體的慣量。如滾珠絲杠，齒輪等。Jx=鼓‰D4L(kg．cm．sec2)或Jx=旦32心D4,(kg’m2)式中：1：密度(kffcm))JK：慣量(kg。cm‘sec2)(kg‘m2)D：圓柱體直徑(cm)．(m)L：圓柱體長(zhǎng)度(cm)．(m)h2．2直線運(yùn)動(dòng)體的慣量用下式計(jì)算諸如工作臺(tái)、工件等部件的慣量JLI=矗(射(ks．cmo式中：W：直線運(yùn)動(dòng)體的重量(Kg)；PB：以直線方向電機(jī)每轉(zhuǎn)移動(dòng)量(cm)或(m)2．3有變速機(jī)構(gòu)時(shí)
