自動化設(shè)備設(shè)計中如何選擇伺服電機（應用場景/供電電源/抱閘/參數(shù)）

自動化領(lǐng)域指如今的大熱門，而伺服電機在其中占有重要地位，通常用于項目中較精確的速度或位置控制部件的驅(qū)動。自動化設(shè)備的設(shè)計者常常需要面臨各種各樣不同需求的電機選型問題。本文首先介紹了伺服電機的選型步驟及原則，其次闡述了如何給自動化設(shè)備設(shè)計選擇伺服電機，最后介紹了伺服電機的選型注意事項，具體的跟隨小編一起來了解一下。

伺服電機的選型步驟

（1）明確負載機構(gòu)的運動條件要求，即加/減速的快慢、運動速度、機構(gòu)的重量、機構(gòu)的運動方式等。

（2）依據(jù)運行條件要求選用合適的負載慣量計算公式計算出機構(gòu)的負載慣量。

（3）依據(jù)負載慣量與伺服電機慣量選出適當?shù)募龠x定伺服電機規(guī)格。

（4）結(jié)合初選的伺服電機慣量與負載慣量，計算出加速轉(zhuǎn)矩及減速轉(zhuǎn)矩。

（5）依據(jù)負載重量、配置方式、摩擦系數(shù)、運行效效率計算出負載轉(zhuǎn)矩。

（6）初選伺服電機的最大輸出轉(zhuǎn)矩必須大于加速轉(zhuǎn)矩＋負載轉(zhuǎn)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。

（7）依據(jù)負載轉(zhuǎn)矩、加速轉(zhuǎn)矩、減速轉(zhuǎn)矩及保持轉(zhuǎn)矩計算出連續(xù)瞬時轉(zhuǎn)矩。

（8）初選伺服電機的額定轉(zhuǎn)矩必須大于連續(xù)瞬時轉(zhuǎn)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。

（9）完成選定。

伺服電機的選型原則

1、根據(jù)運行要求選擇負載慣量計算公式，計算機構(gòu)的負載慣量。

2、通常，明確負載機構(gòu)的運動條件要求，即加減速度、運行速度、重量、運行方式等，這是選擇伺服規(guī)格的必要。

3、負載重量、配置方式、摩擦系數(shù)來計算負載轉(zhuǎn)矩。

4、負載慣量和伺服電機慣量也是選擇電機規(guī)格的必要考慮因素，用戶可以根據(jù)兩者計算出加速轉(zhuǎn)矩及減速轉(zhuǎn)矩，并選擇行當?shù)募龠x定規(guī)格。

5、負載轉(zhuǎn)矩、加減速轉(zhuǎn)矩、保持轉(zhuǎn)矩，計算連續(xù)瞬時轉(zhuǎn)矩。連續(xù)瞬時轉(zhuǎn)矩一定要小于初選伺服電機額定轉(zhuǎn)矩，否則只能選擇其他符合條件的規(guī)格。

6、注意 加速轉(zhuǎn)矩+負載轉(zhuǎn)矩〈初選伺服的最大輸出轉(zhuǎn)矩

自動化設(shè)備設(shè)計中如何選擇伺服電機

1、應用場景

自動化領(lǐng)域的控制型電機可分為伺服電機、步進電機、變頻電機等。在需要較為精確的速度或位置控制的部件，會選擇伺服電機驅(qū)動。

變頻器+變頻電機的控制方式，是通過改變輸入電機的電源頻率而改變電機轉(zhuǎn)速的控制方法。一般只用于電機的調(diào)速控制。

伺服電機與步進電機相比：

a）伺服電機使用閉環(huán)控制，步進電機為開環(huán)控制；

b）伺服電機使用旋轉(zhuǎn)編碼器計量精度，步進電機使用步距角。普通產(chǎn)品級別上前者的精度可達后者的百倍數(shù)量級；

c）控制方式相似（脈沖或方向信號）。

2、供電電源

伺服電機從供電電源上區(qū)分可分為交流伺服電機和直流伺服電機。

二者還是比較好選擇的。一般的自動化設(shè)備，甲方都會提供標準的380V工業(yè)電源或220V電源，此時選擇對應電源的伺服電機即可，免去電源類型的轉(zhuǎn)換。但有一些設(shè)備，比如立體倉庫中的穿梭板、AGV小車等，由于本身的移動性質(zhì)，大部分使用自帶直流電源，所以一般使用直流伺服電機。

3、抱閘

根據(jù)動作機構(gòu)的設(shè)計，考慮在停電狀態(tài)下或靜止狀態(tài)下，是否會造成對電機的反轉(zhuǎn)趨勢。如果有反轉(zhuǎn)趨勢，就需要選擇帶抱閘的伺服電機。

4、選型計算

選型計算前，首先要確定的是機構(gòu)末端的位置和速度要求，再者確定傳動機構(gòu)。此時即可選擇伺服系統(tǒng)和對應的減速器。

選型過程中，主要考慮以下參數(shù)：

4.1、功率和速度

根據(jù)結(jié)構(gòu)形式和最終負載的速度和加速度要求，計算電機所需功率和速度。值得注意的是，通常情況下需要結(jié)合所選電機的速度選取減速機的減速比。

在實際選型過程中，比如負載為水平運動，因為各個傳動機構(gòu)的摩擦系數(shù)和風載系數(shù)的不確定性，公式P=T*N/9549往往無法明確計算（無法精確計算扭矩的大小）。而在實踐過程中，也發(fā)現(xiàn)使用伺服電機所需功率最大處往往是加減速階段。所以，通過T=F*R=m*a*R可定量計算所需電機的功率大小和減速機的減速比（m：負載質(zhì)量；a：負載加速度；R：負載旋轉(zhuǎn)半徑）。

有以下幾點需要注意：

a）電機的功率富余系數(shù)；

b）考慮機構(gòu)的傳動效率；

c）減速機的輸入和輸出扭矩是否達標，并有一定的安全系數(shù)；

d）后期是否會有加大速度的可能性。

值得一提的是，在傳統(tǒng)行業(yè)中，例如起重機等行業(yè)，使用普通的感應電機驅(qū)動，加速度無明確要求，計算過程使用的是經(jīng)驗公式。

注：負載垂直運行的情況下，注意把重力加速度計算在內(nèi)。

4.2、慣量匹配

要實現(xiàn)對負載的高精度控制，需要考慮電機與系統(tǒng)的慣量是否匹配。

對于為什么需要慣量匹配的問題，網(wǎng)上并沒有給出一統(tǒng)江湖的說法。個人理解有限，在這里就不解釋了。有興趣的朋友可以自行考證一下并告知一聲。慣量匹配的原則為：考慮系統(tǒng)慣量折合到電機軸上，與電機的慣量比不大于10（西門子）；比值越小，控制穩(wěn)定性越好，但需要更大的電機，性價比更低。具體的計算方法如有不明白的請自行補學大學“理論力學”。

4.3、精度要求

計算經(jīng)過減速機和傳動機構(gòu)的變化后，電機的控制精度是否能夠滿足負載的要求。減速器或某些傳動機構(gòu)有一定的回程間隙，都需要考慮。

4.4、控制匹配

這個方面主要是與電氣設(shè)計人員溝通確認，比如伺服控制器的通訊方式是否與PLC匹配，編碼器類型及是否需要引出數(shù)據(jù)等。

值得一提的是，做自動化的設(shè)計，要學會借外力。特別是做非標自動化，面臨太多設(shè)備的選型和計算，往往不堪重負，加班累成狗是常態(tài)?，F(xiàn)在伺服電機廠商都會提供技術(shù)支持，只要你提供給他負載、速度、加速度等參數(shù)要求，他們有一套自己的軟件自動幫助你計算并選擇合適的伺服電機，非常的方便。

伺服電機選型的注意事項

1、有些系統(tǒng)如傳送裝置，升降裝置等要求伺服電機能盡快停車，而在故障、急停、電源斷電時伺服器沒有再生制動，無法對電機減速。同時系統(tǒng)的機械慣量又較大，這時對動態(tài)制動器的要依據(jù)負載的輕重、電機的工作速度等進行選擇。

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

3、有的伺服驅(qū)動器有內(nèi)置的再生制動單元，但當再生制動較頻繁時，可能引起直流母線電壓過高，這時需另配再生制動電阻。再生制動電阻是否需要另配，配多大，可參照相應樣本的使用說明來配。

4、如果選擇了帶電磁制動器的伺服電機，電機的轉(zhuǎn)動慣量會增大，計算轉(zhuǎn)矩時要進行考慮。