伺服電機選型計算簡(jiǎn)單方式_伺服電機的工作原理

下圖所示是一種采用功率運算放大器LM675制成的伺服電動(dòng)機控制電路，電動(dòng)機采用直流伺服電動(dòng)機。從圖可見(jiàn)，功率運算放大器LM675由15V供電，15V電壓經(jīng)RP1加到運算放大器LM675的同相輸入端，LM675的輸出電壓加到伺服電動(dòng)機的輸入端。電動(dòng)機上裝有測速信號產(chǎn)生器，用于實(shí)時(shí)檢測電動(dòng)機的轉速。實(shí)際上測速信號產(chǎn)生器是一種發(fā)電機，它輸出的電壓與轉速成正比。測速信號產(chǎn)生器G輸出的電壓經(jīng)分壓電路后作為速度誤差信號反饋到運算放大器的反相輸入端。速度指令電位器RP1設定的電壓值經(jīng)R1.R2分壓后加到運算放大器的同相輸入端，相當于基準電壓。

伺服電機驅動(dòng)器優(yōu)點(diǎn)

　　1、轉速：高速性能好，一般額定轉速能達到2000～3000轉；

　　2、及時(shí)性：電機加減速的動(dòng)態(tài)相應時(shí)間短，一般在幾十毫秒之內；

　　3、精度：實(shí)現了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進(jìn)電機失步的問(wèn)題；

　　4、舒適性：發(fā)熱和噪音明顯降低。

　　5、適應性：抗過(guò)載能力強，能承受三倍于額定轉矩的負載，對有瞬間負載波動(dòng)和要求快速起動(dòng)的場(chǎng)合特別適用；

　　6、穩定：低速運行平穩，低速運行時(shí)不會(huì )產(chǎn)生類(lèi)似于步進(jìn)電機的步進(jìn)運行現象。適用于有高速響應要求的場(chǎng)合；

　　伺服電動(dòng)機的控制原理圖

　　伺服電動(dòng)機用字母M表示伺服電動(dòng)機，是驅動(dòng)系統的動(dòng)力之源。運算放大器：用電路名稱(chēng)表示，即LM675，是伺服控制電路中的放大器件，為伺服電動(dòng)機提供驅動(dòng)電流。

　　速度指令電位器RP1：在電路中設定運算放大器的基準電壓，即速度設定。放大器增益調整電位器RP2：在電路中分別用于微調放大器的增益和速度反饋信號的大小。當電動(dòng)機的負載發(fā)生變動(dòng)時(shí)，反饋到運算放大器反相輸入端的電壓也會(huì )發(fā)生變化，即電。

　　動(dòng)機負載加重時(shí)，速度會(huì )降低，測速信號產(chǎn)生器的輸出電壓也會(huì )降低，使運算放大器反相輸入端的電壓降低，該電壓與基準電壓之差增加，運算放大器的輸出電壓增加。反之，當負載變小、電動(dòng)機速度增加時(shí)，測速信號產(chǎn)生器的輸出電壓上升，加到運算放大器反相輸入端的反饋電壓增加，該電壓與基準電壓之差減小，運算放大器的輸出電壓下降，會(huì )使電動(dòng)機的速度隨之下降，從而使轉速能自動(dòng)穩定在設定值。

    伺服電機的選型步驟

　　每種型號伺服電機的規格項內均有額定轉矩、大轉矩及伺服電機慣量等參數各參數與負載轉矩及負載慣量間必定有相關(guān)聯(lián)系存在，選用伺服電機的輸出轉矩應符合負載機構的運動(dòng)條件要求，如加速度的快慢、機構的重量；機構的運動(dòng)方式（水平、垂直旋轉）等；運動(dòng)條件與伺服電機輸出功率無(wú)直接關(guān)系，但是一般伺服電機輸出功率越高，相對輸出轉矩也會(huì )越高。

　　因此不但機構重量會(huì )影響伺服電機的選用，運動(dòng)條件也會(huì )改變伺服電機的選用。慣量越大時(shí)，需要越大的加速及減速轉矩，加速及減速時(shí)間越短時(shí)，也需要越大的伺服電機輸出轉矩。選用伺服電機規格時(shí)，依下列步驟進(jìn)行。

　?。?）依據運行條件要求選用合適的負載慣量計算公式計算出機構的負載慣量。

　?。?）明確負載機構的運動(dòng)條件要求，即加/減速的快慢、運動(dòng)速度、機構的重量、機構的運動(dòng)方式等。

　?。?）依據負載慣量與伺服電機慣量選出適當的假選定伺服電機規格。

　?。?）依據負載重量、配置方式、摩擦系數、運行效效率計算出負載轉矩。

　?。?）結合初選的伺服電機慣量與負載慣量，計算出加速轉矩及減速轉矩。

　?。?）初選伺服電機的

大輸出轉矩必須大于加速轉矩＋負載轉矩；如不符合條件，必須選用其他型號計算驗證直至符符合要求。

　?。?）初選伺服電機的額定轉矩必須大于連續瞬時(shí)轉矩，如，如果不符合條件，必須選用其他型號計算驗證直至符合要求。

　?。?）依據負載轉矩、加速轉矩、減速轉矩及保持轉矩計算出連續瞬時(shí)轉矩。

　?。?）完成選定。

    簡(jiǎn)單伺服電機選型計算方式

　　伺服電機選擇的時(shí)候，首先一個(gè)要考慮的就是功率的選擇。一般應注意以下兩點(diǎn)：

　　1、如果電機功率選得過(guò)大。就會(huì )出現“大馬拉小車(chē)“現象，其輸出機械功率不能得到充分利用，功率因數和效率都不高，不但對用戶(hù)和電網(wǎng)不利。而且還會(huì )造成電能浪費。

　　2、如果電機功率選得過(guò)小。就會(huì )出現“小馬拉大車(chē)”現象，造成電機長(cháng)期過(guò)載，使其絕緣因發(fā)熱而損壞，甚至電機被燒毀。

　　也就是說(shuō)，電機功率既不能太大，也不能太小，要正確選擇電機的功率，必須經(jīng)過(guò)以下計算或比較：

　　P=：F*V/100

　?。ㄆ渲蠵是計算功率，單位是KW，F是所需拉力，單位是N，V是工作機線(xiàn)速度m/s）　　此外。常用的是采用類(lèi)比法來(lái)選擇電機的功率。所謂類(lèi)比法，就是與類(lèi)似生產(chǎn)機械所用電機的功率進(jìn)行對比。

　　具體做法是：了解本單位或附近其他單位的類(lèi)似生產(chǎn)機械使用多大功率的電機，然后選用相近功率的電機進(jìn)行試車(chē)。試車(chē)的目的是驗證所選電機與生產(chǎn)機械是否匹配。

　　驗證的方法是：使電機帶動(dòng)生產(chǎn)機械運轉，用鉗形電流表測量電機的工作電流，將測得的電流與該電機銘牌上標出的額定電流進(jìn)行對比。

　　如果電機的實(shí)際工作電流比銘牌上標出的額定電流低70%左右。則表明電機的功率選得過(guò)大，應調換功率較小的電機。

　　如果電功機的實(shí)際工作電流與銘脾上標出的額定電流上下相差不大，則表明所選電機的功率合適。

　　如果測得的電機工作電流比銘牌上標出的額定電流大40%以上。則表明電機的功率選得過(guò)小，應調換功率較大的電機。

　　實(shí)際上應該是考慮扭矩（轉矩），電機功率和轉矩計算公式。

　　即T=9550P/n

　　式中：

　　P一功率，kW;n一電機的額定轉速，r/min;T一轉矩，Nm。

　　電機的輸出轉矩一定要大于工作機械所需要的轉矩，一般需要一個(gè)安全系數。

　　機械功率公式：P=T*N/97500

　　P：功率單位W;T：轉矩，單位克/cm;N：轉速，單位r/min。

伺服電機驅動(dòng)器選型的注意事項

　　1、如果選擇了帶電磁制動(dòng)器的伺服電機，電機的轉動(dòng)慣量會(huì )增大，計算轉矩時(shí)要進(jìn)行考慮。

　　2、有些系統要維持機械裝置的靜止位置，需電機提供較大的輸出轉矩，且停止的時(shí)間較長(cháng)。如果使用伺服的自鎖功能，往往會(huì )造成電機過(guò)熱或放大器過(guò)載，這種情況就要選擇帶電磁制動(dòng)的電機。

　　3、有些系統如傳送裝置，升降裝置等要求伺服電機能盡快停車(chē)，而在故障、急停、電源斷電時(shí)伺服器沒(méi)有再生制動(dòng)，無(wú)法對電機減速。同時(shí)系統的機械慣量又較大，這時(shí)對動(dòng)態(tài)制動(dòng)器的要依據負載的輕重、電機的工作速度等進(jìn)行選擇。

　　4、有的伺服驅動(dòng)器有內置的再生制動(dòng)單元，但當再生制動(dòng)較頻繁時(shí)，可能引起直流母線(xiàn)電壓過(guò)高，這時(shí)需另配再生制動(dòng)電阻。再生制動(dòng)電阻是否需要另配，配多大，可參照相應樣本的使用說(shuō)明來(lái)配。