伺服电机及选型Word格式.docx
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“伺服”一词源于希腊语“奴隶”的意思,“伺服电机”可以理解为绝对服从控制信号指挥的电机:
在控制信号发出之前,转子静止不动,当控制信号发出时,转子立即转动;
当控制信号消失时,转子能即时停转。
因此伺服电机指的是随时跟随命令进行动作的一种电机,是以其工作性质命名的。
伺服主要靠脉冲来定位,伺服电机接收到一个脉冲就会旋转一个脉冲对应的角度,从而实现位移。
伺服本身带有编码器,具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,就会发出对应数量的脉冲。
等于是把电机旋转的详细信息反馈回去,形成闭环。
这样的话,系统就会知道发了多少脉冲给电机,同时又收了多少脉冲回来,这样就能很精准的控制电机的转动,实现非常精准的定位。
一、伺服电机分类
1、直流伺服
结构简单控制容易。
但从实际运行考虑,直流伺服电动机引入了机械换向装置,成本高,故障多,维护困难,经常因碳刷产生的火花影响生产,会产生电磁干扰。
而且碳刷需要维护更换。
机械换向器的换向能力,也限制了电动机的容量和速度。
2、交流伺服
分为永磁同步伺服电机和异步伺服电机。
目前运动控制基本都用同步电机。
永磁同步伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动的角度。
伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。
特点如下:
1、控制速度非常快,从启动到额定转速只需几毫秒;
而相同情况下异步电机却需要几秒钟。
2、启动扭矩大,可以带动大惯量的物体进行运动。
3、功率密度大,相同功率范围下相比异步电机可以把体积做得更小、重量做得更轻。
4、运行效率高。
5、可支持低速长时间运行。
6、断电无自转现象,可快速控制停止动作。
7、控制和响应性能比异步伺服电机高很多。
2、伺服电机计算
2.1、电机转矩
电机转矩,简单的说,就是转动的力量的大小。
也就是电机可以发出多大的力,转矩是一种力矩,力矩在物理中的定义是:
力矩=力×
力臂
这里的力臂就可以看成电机所带动的物体的转动半径。
如果电机转矩太小,就带不动所要带的物体,也就是感觉电机的“劲”不够大。
假设我们是采用滚珠丝杆使工件做平行移动:
假设:
负载速度:
检测物体质量:
移动块质量:
滚珠丝杆直径:
滚珠丝杆节距:
摩擦系数:
机械效率:
减速比:
R=1
力矩=力×
把负载转矩转化到电机轴上的公式为:
2.2、负载的转动惯量
转动惯量反映出物体转动状态下的惯性:
转动惯量大的物体的角速度更难于被改变。
转动惯量大的物体比惯量小的物体更难于被加速。
系统的转动惯量决定着电机的加减速时间。
转动惯量对伺服系统的精度,稳定性,动态响应都有影响。
惯量大,系统的机械常数大,响应慢,加减速时会产生震荡,影响了伺服精度和响应速度,惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利,因此,机械设计时在不影响系统刚度的条件下,应尽量减小惯量。
衡量机械系统的动态特性时,惯量越小,系统的动态特性反应越好;
惯量越大,电机的负载也就越大,越难控制,但机械系统的惯量需和电机惯量相匹配才行。
负载惯量计算公式:
式中:
J1---转动惯量
m---负载质量(检测物体+载物台)
---滚珠丝杆节距
代入数据:
滚珠丝杆转动惯量:
联轴节的转动惯量:
则总的负载惯量:
选择电机时要考虑惯量匹配:
即负载惯量不大于转子转动惯量的5倍。
2.3、负载功率
负载运行功率:
---负载运行功率
---额定转速,取3000rpm
---负载转矩
负载加速功率:
---加速时的负载功率
---负载的转动惯量
---加速时间,取0.1s
2.4、选型条件
1、惯量匹配
2、转矩
3、输出功率
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- 伺服 电机 选型