伺服電機(jī)及選型

1、伺服電機(jī)伺服電機(jī)(servomotor)是指在伺服系統(tǒng)中限制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā) 動(dòng)機(jī).伺服電機(jī)可以限制速度,位置精度非常準(zhǔn)確,可以將電壓信號(hào) 轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)限制對(duì)象.伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控 制,并能快速反響,在自動(dòng)限制系統(tǒng)中,用作執(zhí)行元件,可把所收到 的轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或輸出.伺服一詞源于希臘語 奴隸的意思,伺服電機(jī)可以理解為絕 對(duì)服從限制信號(hào)指揮的電機(jī)：在限制信號(hào)發(fā)出之前,轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng), 當(dāng)限制信號(hào)發(fā)出時(shí),轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)限制信號(hào)消失時(shí),轉(zhuǎn)子能即時(shí) 停轉(zhuǎn).因此伺服電機(jī)指的是隨時(shí)跟隨命令進(jìn)行動(dòng)作的一種電機(jī),是以其工作性質(zhì)命名的.伺服主要靠脈沖來定位,伺服電機(jī)接收到一個(gè)脈沖就

2、會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè) 脈沖對(duì)應(yīng)的角度,從而實(shí)現(xiàn)位移.伺服本身帶有編碼器,具備發(fā)出脈 沖的功能,所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度,就會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖. 等于是把電機(jī)旋轉(zhuǎn)的詳細(xì)信息反響回去,形成閉環(huán).這樣的話,系統(tǒng) 就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給電機(jī),同時(shí)又收了多少脈沖回來,這樣就能 很精準(zhǔn)的限制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)非常精準(zhǔn)的定位.一、伺服電機(jī)分類1、直流伺服結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單限制容易.但從實(shí)際運(yùn)行考慮,直流伺服電動(dòng)機(jī)引入了 機(jī)械換向裝置,本錢高,故障多,維護(hù)困難,經(jīng)常因碳刷產(chǎn)生的火花 影響生產(chǎn),會(huì)產(chǎn)生電磁干擾.而且碳刷需要維護(hù)更換.機(jī)械換向器的 換向水平,也限制了電動(dòng)機(jī)的容量和速度.2、交流伺服分為永磁同步伺服電機(jī)和異步伺服電機(jī)

3、.目前運(yùn)動(dòng)限制根本都用 同步電機(jī).永磁同步伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵,驅(qū)動(dòng)器限制的 U/V/W 三相電形成電磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)電機(jī)自帶的編 碼器反響信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反響值與目標(biāo)值進(jìn)行比擬, 調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度.伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度線數(shù).特 點(diǎn)如下：1、限制速度非?？?從啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速只需幾毫秒；而相同情 況下異步電機(jī)卻需要幾秒鐘.2、啟動(dòng)扭矩大,可以帶動(dòng)大慣量的物體進(jìn)行運(yùn)動(dòng).3、功率密度大,相同功率范圍下相比異步電機(jī)可以把體積做得 更小、重量做得更輕.4、運(yùn)行效率咼.5、可支持低速長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行.6、斷電無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象,可快速限制停止動(dòng)作.7、限制和響應(yīng)性能比異步

4、伺服電機(jī)高很多.二、伺服電機(jī)計(jì)算、電機(jī)轉(zhuǎn)矩電機(jī)轉(zhuǎn)矩,簡(jiǎn)單的說,就是轉(zhuǎn)動(dòng)的力量的大小.也就是電機(jī)可以 發(fā)出多大的力,轉(zhuǎn)矩是一種力矩,力矩在物理中的定義是：力矩二力 力臂這里的力臂就可以看成電機(jī)所帶動(dòng)的物體的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑.如果電機(jī)轉(zhuǎn)矩太小,就帶不動(dòng)所要帶的物體,也就是感覺電機(jī)的勁不夠大.假設(shè)我們是采用滾珠絲桿使工件做平行移動(dòng)：假設(shè)：負(fù)載速度：Vl0.01m/s檢測(cè)物體質(zhì)量：mj5kg移動(dòng)塊質(zhì)量：mz25kg滾珠絲桿直徑：d B0.02m滾珠絲桿節(jié)距:Pb0.01m摩擦系數(shù)：0.2機(jī)械效率：0.9減速比：力矩二力兀力臂R=1把負(fù)載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化到電機(jī)軸上的公式為: 、負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量反映出物體轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下

5、的慣性：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的物體的角 速度更難于被改變.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的物體比慣量小的物體更難于被加 速.系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量決定著電機(jī)的加減速時(shí)間.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)伺服系統(tǒng)的精度,穩(wěn)定性,動(dòng)態(tài)響應(yīng)都有影響.慣量 尢系統(tǒng)的機(jī)械常數(shù)大,響應(yīng)慢,加減速時(shí)會(huì)產(chǎn)生震蕩,影響了伺服 精度和響應(yīng)速度,慣量的適當(dāng)增大只有在改善低速爬行時(shí)有利, 因此, 機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)在不影響系統(tǒng)剛度的條件下,應(yīng)盡量減小慣量.衡量機(jī)械 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性時(shí),慣量越小,系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性反響越好；慣量越大, 電機(jī)的負(fù)載也就越大,越難限制,但機(jī)械系統(tǒng)的慣量需和電機(jī)慣量相 匹配才行.負(fù)載慣量計(jì)算公式:式中：J1-轉(zhuǎn)動(dòng)慣量m-負(fù)載質(zhì)量檢測(cè)物體+載物臺(tái)Pb-滾珠絲桿節(jié)距代入數(shù)據(jù)：假設(shè)：滾珠絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J2 4 10 5kg m2聯(lián)軸節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：J3 3 10 5kg m2那么總的負(fù)載慣量：選擇電機(jī)時(shí)要考慮慣量匹配：即負(fù)載慣量不大于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的、負(fù)載功率負(fù)載運(yùn)行功率：式中：FO-負(fù)載運(yùn)行功率nM -額定轉(zhuǎn)速,取3000 rpmTl -負(fù)載轉(zhuǎn)矩代入數(shù)