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伺服电机如何选型?

2023-02-08

伺服电机如何选型?

我将分为四部分为大家介绍伺服电机的选型:

一、常见伺服电机的分类

二、伺服电机选型的一般流程,注意事项以及改进措施

三、西门子伺服电机选型常用的工具以及文档资料

四、西门子伺服电机家族以及常见应用的介绍

第一部分:问题中提到的伺服电机是一种怎样的电机?

伺服电动机又称为执行电动机,在自动控制系统中作为执行元件。

按伺服电动机使用电源性质不同,可分为直流伺服电动机和交流伺服电动机。


看了是上面分类,似乎觉得伺服电机跟我们电机学里面的电机分类没什么区别。

接下来我说几个伺服电机的特点:往往具有高的转速精度、高的动态响应、非常宽的调速范围、非常高的位置精度,也是由于这些特点决定了伺服电机在应用上与普通电机有一些不同点。

第二部分:我以自己最为熟悉同步伺服电机为例,提供一个伺服台州伟创伺服电机、伺服驱动器核心代理商电机选型的流程。

在选用伺服电机时,对电机外部工况我们要关注以下5个因素:

1、负载机构(确定机构类型以及其细节数据,如滚珠丝杆长度、滚珠丝杆的直径、行程和带轮直径等)。

三种典型的负载机构类型如下图所示:


2、动作模式(决定控制对象部分的动作模式,时间与速度的关系;将控制对象的动作模式换算为电机轴上的动作形式;确定运行模式,包括加速时间(ta)、匀速时间(tu)、减速时间(td)、停止时间(ts)、循环时间(tc)和运动距离(L)等参数)。

3、负载的惯量、转矩和转速(经换算可得到电机轴上的全负载惯量和全负载转矩)。

4、定位精度(确认编码器的脉冲数是否满足系统要求规格的分辨率)。

5、使用环境(如环境温度、湿度、使用环境大气及振动冲击等等)。

在进行完以上的计算之后,根据以上的信息我们基本可以进行初步的选定电机

然后在选用对应伺服电机规格选用需要关注以下6个方面(这些信息通常会出现在电机的铭牌上,当然选型手册上会有更加全面和细致信息):

1、电机容量(W)

2、电机额定转速(rpm)

3、额定扭矩及最大扭矩(N • m)

4、转子惯量(kg • ㎡)

5、抱闸(制动器)(根据动作机构的设计,考虑在停电状态或静止状态下,是否会造成对电机的转动趋势。如果有转动趋势,就需要选择带抱闸的伺服电机)

6、体积、重量、尺寸(西门子电机可以在DT Configurator 查询电机的外形图)

根据负载数据来进行电机选型的四个选型原则如下:

  • 等效到电机端的负载转速< 电机的额定转速
  • 等效到电机端的有效转矩 < 电机的额定转矩
  • 等效到电机端的瞬时最大转矩 < 电机的最大转矩
  • 等效到电机端的负载惯量 < 5 倍的电机转子惯量

如果觉得上面的文字叙述看起来不够清晰,比较负载可以看看下面这个流程图

电机及驱动器的选型基本步骤:

改进的措施有:增加减速机构、变更速度曲线、选择大容量电机和降低负载惯量等方法。

上面关于伺服电机选型的介绍都是具有共性的电机选型方法,当然很多厂商也会提供各自品牌的电机选型软件,而西门子的选型工具软件SIZER也涵盖了西门子很多系列的伺服电机。可以帮助客户更加高效的完成选型工作。

第三部分:西门子伺服电机选型常用的工具以及文档资料。

以下的链接是我参考的一些西门子官网上资料,由于有其他的答案比较完整详细的回答了计算方面的问题,所以计算的部分和具体实例我就不在这里写了,如果兴趣的知友可以看一看下面的链接,里面包含了完整公式以及实例。

1FL6伺服电机选型时功率的计算与选型

西门子提供免费的、功能强大的产品选型工具软件 Sizer,通过 Sizer 软件可以选择合适的电机及驱动、控制系统。
Sizer软件下载地址

西门子通用驱动产品选型大全(PM 21,英文)

西门子提供免费的、功能强大的产品图纸工具软件 CAD-Creator。通过 CAD-Creator 软件可以生成电机及驱动、控制系统的 维尺寸图和 维立体示意图。
CAD-Creator 软件下载地址


西门子产品选型查询网址

第四部分:西门子伺服电机家族以及常见应用的介绍。

我在西门子的工业支持中心-全球技术资源库中下载了一些最新的资料作为参考。当我找到下面这个文档时,很震撼!西门子竟然有如此之多伺服电机型号,作为伺服台州伟创伺服电机、伺服驱动器核心代理商电机的研发工程师,也非常开心看到了我和我部门同事负责开发的产品也在这个列表中。

西门子研发、制造适于各种任务的理想电机

运动控制传动领域中可明显感受到的趋势 :电机的结构越来越紧凑,动态性能日益提高,功率范围不断扩大,电机型号更为广泛,以及采用机械集成解决方案。为满足这种多样化的需求,西门子公司在全球范围内提供了品种繁多的伺服电机和主流传动产品。根据应用需求不同进行分类,丰富的种类实现如量身定制般的产品,不管您的实际要求是什么,我们总能为您提供最佳电机。功率范围涵盖 0.05kW ~1,340kW(转矩范围从 0.18Nm ~ 12,435Nm);转速范围 0rpm ~ 20,000rpm 适用于各种运动控制应用。

由于整个运动控制行业也在一致不断地发展、进步。从前的应用范围主要应用于辅助的驱动(如车床加工机械),而现在则遍及每一个有高动态性能要求的领域。


上面这段听起来可能有点像广告词的介绍,却恰恰完美地诠释了西门子伺服电机的优点以及目前运动控制行业应用的新动向。

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