交流伺服系统伺服电机的选择.pdf

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1、伺服系统交流伺服电机的选择伺服系统交流伺服电机的选择熊建军李德祥(中国空气动力研究与发展中心低速所，四川绵阳622662)、／k摘要皋支参考西门子、三菱、宝伦等数控系统交流伺服电机的计算、选择方法，结合妾倒介绍交流伺服电机选用全过程。关键词伺服系统交流伺服电机电机选择前言。．．、与伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程，电气伺服系统根据所驱动电机类型分为直流(Dc)J．!伺服系统和交流(Ac)伺服系统。交流伺服系统按其采用的驱动电机类型又可分为水磁同麴sM型)电动机交流伺服系统和感应式异步(D涯型)电

2、动机交流伺服系统。由于直流伺服电动机存在机械结，}．构复杂，维修工作量大。_苞括丽换向器等则成为直流伺服驱动技术发展的瓶颈。随着微处理技术、大功率电力电子技术的成熟和电机永磁材料的发展和成本降低，交流伺服系统得到长足发展并将逐步取代直流伺服系统。本文参考市场现有的部分伺服产品，结合工程实例，介绍交流伺服电机选用的全过程“1根据负载条件选用电机电机轴上有两种负载，一种是转矩负载，另一种是惯量负载。选用电机时，必须准确计算这些负载，以便确保满足如下条件：a)当机床处于非切削工作状态对，在整个速度范围内负载

3、转矩应小于电机的连续额定转矩。b)最大切削转矩所占时间(负载百分比即“ON”时间)满足所期望的值。c)以希望的时间常数进行加速。一般来说，负载转矩有助于减速，如果加速不成问题，以同一时问常数进行减速亦无问题。加速检查按以下步骤进行。·假设电机轴按照NC或位控所确定的ACC／DEC方式进行理想的运动来得到加速速率。·用加速速率乘以总惯量(电机惯量+负载惯量)计算出加速转矩。·将负载转矩(摩擦转矩)与加速转矩相加求得电机轴所需转矩。●电机轴所需转矩应小于电机的最大连续转矩，同时，小于伺服放大器电流限制回路

4、所限制的转矩。加速转矩的计算应该区分线性加速、指数加减速、指令速度突加情况分gq计算，本文以线性加速情况为例做一介绍：盔‘连尊№哺／jl^‘，：／7一、Ⅲ}，∥‘、⋯t。!／-*M!#蠢一一一一-一一～‘’．，，7：图l线形加速的速度图、加速转距图300全国空气动力测控技术交流会论文集L=N60mX2刀rX÷(1，。¨)(1-e-KI．t,,)r，1”Ⅳ冲一去(1-e-K,'t“)j式中：Ta：加速转矩(kg。Cm)NM：快速进给时的电机速度(rpm)ta：加速时间(SeC)．Jm．电栅魄量(kg·C

5、m·Sz)．，，．负载惯量(kg‘Cm‘S‘)N，．加速转矩减小时的始点(不同于Nm)(rpm)l(s：伺服位置环增益(Seco)d)快进频率：一般来讲，在正常切削加工中，此项不成问题，但对于特殊加工设备来说(如冲压、钻床、激光加工、包装机械等)，要求频繁快速进给，此时，需要检查是否由于频繁加、减速而使电帆过热。在这种情况下，应计算每个循环电机转矩的均方根(RMS)值，以保证此值小于电机的额定转矩。矗m=To4-TF一]r—I1{TF{÷一一]’I对BL，，H’n一19II。}一t。—一卜“Ib——t

6、3—d◆图2快速进给的速度圈、转距图式中：Ta：加速转矩；TI：摩擦转矩；To：停止时的转矩当负载条件在一个循环周期内变化不定时，TItMs按下式计算，并确认此值在电机的额定转矩范围内。图3周期内负载变化的转距时问图301伺服系统交流伺服电机的选择磊。=eJ负载惯量限制式中：to=tI+t2+t3+⋯+tn负载惯量的大小对于伺服系统的动态性能及快进加，减速时间有很大影响。对于大的负载惯量，当指令速度改变时，电机需要更长的时间达到指令速度，当多轴联动进行圆弧插补切削时，跟踪误差就大于较小惯量时的情况从而

7、影响加工精度。通常，当负载惯量小于电机转子惯量时，上述问题不会出现。如果大于转子惯量3倍，动态影响就会变差，用于加工普通金属的机械，还不存在任何实际问题。不过，在诸如以高速加工各种形状复杂的木材的木工机械等特殊场合，最好使负载惯量小于转子惯量。2负载惯量计算与负载转矩不同的是，只通过计算即可得到负载惯量的准确数值。不管是直线运动还是旋转运动，对所有由电机驱动的运动部件的惯量分别计算，并按照规则相加即可得到负载惯量。由以下基本公式就能得到几乎所有情况下的负载惯量。2．1圆柱体的惯量图4：圆柱体惯量计算图

8、由下式计算有中心轴的圆柱体的惯量。如滚珠丝杠，齿轮等。Jx=鼓‰D4L(kg．cm．sec2)或Jx=旦32心D4,(kg’m2)式中：1：密度(kffcm))JK：惯量(kg。cm‘sec2)(kg‘m2)D：圆柱体直径(cm)．(m)L：圆柱体长度(cm)．(m)h2．2直线运动体的惯量用下式计算诸如工作台、工件等部件的惯量JLI=矗(射(ks．cmo式中：W：直线运动体的重量(Kg)；PB：以直线方向电机每转移动量(cm)或(m)2．3有变速机构时