三菱交流伺服电机的选择解读.docx
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三菱交流伺服电机的选择解读
基本理论对伺服驱动来讲,应当首先考虑的是:
1最大速度或最大转矩下所需的功率2,启动、停止过渡过程中所通的功率
而对伺服电机来讲,由于其使用目的主要还在于后者,即主要是根据负载加减速时所需要的动力(功率)来决定马达大小,因此主要依据是:
(1)负载的惯性大小
(2)合理选取传动比
电机选取则主要依据功率速率
F面看一个选取例:
(比功率)
M
aM
JmTM
符号说明:
JL
:
电动机轴上所需的电机扭矩
[N-m]
[kg-m2](=GD2/4)
R
:
传动比
R〉1
减速
R=1
等速
R<1
增速
n
:
传动效率
w1
Tl
:
负载轴扭矩
电动机轴上的电机转动惯量
Jm
[N-m]
Jl
:
负载轴上的负载的转动惯量
[kg-m2]千克米2
:
负载轴角加速度
:
经过传动比为R的传动,为使负载轴得到角加速度aL
在电机轴上的角加速度aM
Um=RaL
起动时所需电机转矩TM为下列几相之和
T2和T3不同,T3是正常运行时所需转矩
则:
Ti=Jm•aM=jm•R•aL
根据,n•R•T2=Jl•aL(牛顿定律)
负载加速转矩
T2=(Jl•aL)/n•R
正常运行时电机提供转矩:
T3=Tl/n•
?
Tm/?
R=0
R0称为最佳传动比,就是能使TM最小的传动比,选取这个传动比,电机所需的起动矩
扭最小。
若将Ro值
(2)代如
(1)式,求得起动扭矩T3:
Tm>2VJm•al(Jl•al+Tl)}/n
启动后电机就以一定的速度运行,此时所需转矩
To=Tl/Ro•n
各阶段所需转矩的均方根值。
Trms=x/(2Ta2-ta+To2-tb)/t
对式(5)平方,再除以Jm
(注意,这一步很有意义,并注意它的量纲)
Tm2/Jm>Trms2/Jm=1/Jm•t{2Ta2•ta+To2•tb}
(6)
al+tl)•tb}
再将(3)、(4)式代入(6)式可得:
(Tl2•
al)/(Jl•
Trms2/Jm=1/tn{8al(Jl
•al+tL)ta+
根据(7)式右侧负载条件进行计算,就可选取伺服电机。
在对某些变量定义:
加速转矩:
Ta=JlaL
[Kg-m]
负载转矩:
Tl=Tl/9.8
[Kg-m]
最大转居(峰值转矩)
:
Tp=Ta=Tl
[Kg-m]
负载轴转速:
Nl=60/2
aL•tL
[rpm]
(7)
将这些条件代入(7)式,并将绝对单位化成重力单位系统
(8)式称为比功率,或叫做功率速率,它反映了电机在单位时间内所能提供的加速扭矩的
能力。
三菱伺服电机样本中都提供了这一重要参数,很多人不明白,也未重视。
现在我将此式的意义再详细讲解一下:
直线运动中的比功率
fa=fv/t=P/t=f2/m
2_
Ja=J/T
在旋转系统中,J=Ta,
旋转系统中的比功率
现在,根据实例学会选择,伺服电机选取步骤如下:
(1)掌握负载形式
-负载惯量
-负载转矩
-负载因数
(2)功率速率计算(比功率/功率比计算)根据(8)式计算,选择比功率大的伺服电机。
(3)传动比计算
-最佳传动比的计算
根据
(2)式计算最佳传动比
式中:
Jm•aL=(GDm2/4•9.8)•2刃/60-N/a
-复核所需转矩
如果:
-转速复核
根据上述传动比复核一下电机最高转速是否在电机最高转速以下
如果;
量。
(4)电机容量的决定
若确定了电机种类和传动比,根据下图负载情况假设必要的转矩,鉴定是否在电机额定转矩内电机所需转矩Tm>(计算出的所需转矩)-(安全系数)》Trms•1.2
[kgm2]
式中:
Trms=/(Tp•ta+Tl2-ta+Ts2•td)/t
运动系统基本要求
力的单位
=0.15
V=15m/min
W=15kg
滚珠丝杠
长L=1000mm
螺矩PB=10mm/rev
伺服电机转速
Nl
传动比R
效率n
(1)负载惯量:
(由两部分组成)
GDl2
可移动部分惯量(经丝杠传动后)
GDw2
GDw2=W-
(Pb/j)2=50x0.101x(0.01)2
{式中0.01=(1/JI)2}
=5.05x10-4
kgm2
传动丝杠惯量
GDs2
=4.95x104kgm2
所以:
GDl2=GDw2+GDs2
=(5.05+4.95)10-4=10•10-4kgm2
(2)磨擦力矩:
Tl(磨擦力矩•每秒转过弧度数=摩擦力•每秒位移量)
kgm
Tl=(卩W/2nn)•V/Nl={(0.15X50)/2xnx0.95}x15/1500=0.0126
式中丝杠转速NL=V/PB=1.5/0.01=1500[rpm]
(3)
加速力矩:
Ta
TA=td=ti-s/(v/60)=0.5-{100/[15x(1000/60)]}=0.1s
加速力矩:
Ta=(GDl2xNl)/375xtan=(10x104x1500)/375x0.1x0.95=0.421kgm
减速力矩:
Ts
kgm
Ts={(GDl2xNl)/375xtdn}-Tl=0.0421-0.0126=0.0295
所以加速时力矩Tp=Ta+Tl=0.0421+0.0126=0.0547kgm
减速时力矩Ts=Ta-Tl=0.0421-0.0126=0.0295kgm
(4)设负载必要的功率速率
PRl={Nl/973•ta•(t什t2)}x{8•Tp-ta+(TL2/TP)(t1+ta-td)}
=(1500/973x0.1x1)x{8x0.0547x0.1+(0.01262/0.0547)(0.5-0.1-0.1)}
=0.69[KW/S]
安全系数设为1.2,则:
PRl=1.2X0.69=0.83[KW/S]
假定根据样本选择了一种电机,数据如下:
转速:
100W4000rpm
(5)
转速比计算,传动比计算
=2.9
当R=2.9时,最高速度Nm=1500X2.9=4350超过了电机最高转速4000
设选取R=2.5时Nm=1500X2.5=3750rpm,再额定转速以下,可以使用。
(6)电机容量选择
将所有转动惯量折算到电机轴上:
电机本身:
GDm2=1.72x10-4kgm2']
负荷惯量:
=GDl2/R2
全部:
GDt2=GDm2+GDs2+GDl2/R2=3.82x10-4kgm2
电机加速力矩:
Tp=(GDt2xNm)/375xtan+Tl
假设机械减速时,Ts=TP
则电机实际有效转矩
TRMS=/(Tpxta+TLxtb+Tp殳td)/t1+t2
=(0.04522x0.1+0.0052x0.3+0.04522x0.076)1/2
0.0192kgm2
安全系数取1.2
贝y:
Tm=1.2x0.0192
=2.31kgm2
在电机曲线内连续可用。
几个常识问题
(1)关于大惯量电机和小惯量电机的选用
中给出了此值,不要超出。
否则性能不好。
是在额定电压、频率、额定转速下允许长期运行提供的转矩。
(5)伺服电机为何常常用扭矩表示其参数:
输出大小不那样受设计者关心。
日本伺服电机普遍提供了电机的KW/S值,有的如安川还提供了电机的扭矩常数、角加速
度、机械时间常数、电气时间常数,再电机的过渡过程中,这些参数都有用。
事实上
西门子伺服电机选取方法
rpm
[a]
[b]
[c]
驱动器MASTERDRIVESMCVDCLink=540V(DC)Vmor=340Vrms
驱动器SIMODRIV611(UE)VDCLink=540V(DC)andMASTERDRIVESMC(AFE)
VDCLink=600V(DC)Vmor=380Vrms
图中:
S1
S3
100K,60K
定义:
驱动器SIMODRIV611(IR)VDCLink=540V(DC)Vmor=425Vrms
电机连续工作制方式
电机断续工作制方式,随后标以负载持续率如25%
是指电机最高容许温升(国际单为制)。
100K就是100C
起动扭矩:
曲线上当转速=0时的扭矩值,也就是当电机刚接通电源时的输出扭矩,他等于电机堵转扭矩
最大扭矩:
电机在额定转速下运行所输出的最大扭矩值,可见与驱动器所能提供
的最大电流有关,当负载超过最大扭矩值时电机堵转。
额定扭矩:
T0,额定转速下的输出扭矩
S1(100k)曲线是我们通常使用的额定特性曲线,(多数情况下看成连续工作方式)
1,
2,
伺服电机选取是的误区算出加速扭矩后,不要将此值当作伺服电机的额定扭矩看。
定要计算出一个工作周期内的均方根扭矩值,并以此作为额定扭矩对待,西门子伺服
电机曲线中对应S1(100K)以下,日本伺服电机对应曲线阴影以下部分
3倍左右
对西门子电机来说,最大扭矩(自治应大于负载加速扭矩值)与驱动器(电源模块)提
供电流的能力,对不同的驱动器此值不同,通常最大扭矩是额定扭矩
而且此值随转速升高急剧下降。
选择步骤:
用流程图表示
1、
行万里路,读万卷书
2、
书山有路勤为径,学海无涯苦作舟。
3、
读书破万卷,下笔如有神。
4、
我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的
5、
少壮不努力,老大徒悲伤。
6、
黑发不知勤学早,白首方悔读书迟
――颜真卿
7、
宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来
8、
读书要三到:
心到、眼到、口到
9、
玉不琢、不成器,人不学、不知义
读书的好处
――达尔文
10、一日无书,百事荒废。
一一陈寿
11、书是人类进步的阶梯。
12、一日不读口生,一日不写手生
15、读一本好书,就如同和一个高尚的人在交谈一一歌德
17、学习永远不晚。
一一高尔基
——刘向
18、少而好学,如日出之阳;壮而好学,如日中之光;志而好学,如炳烛之光
19、学而不思则惘,思而不学则殆。
一一孔子