计算伺服电机选择的最简单方法_伺服电机的工作原理

　　伺服电机的工作原理

下图为用功率运算放大器LM675制作的伺服电机控制电路，电机采用DC伺服电机。从图中可以看出，功率运算放大器LM675由15V供电，15V通过RP1施加到运算放大器LM675的非反相输入端，LM675的输出电压施加到伺服电机的输入端。电机配有测速信号发生器，用于实时检测电机转速。测速信号发生器其实是一种发电机，其输出电压与转速成正比。测速信号发生器g输出的电压经过分压电路后作为速度误差信号反馈给运算放大器的反相输入端。速度指令电位计RP1设定的电压值除以R1。R2，然后施加到运算放大器的非反相输入端，这相当于参考电压。

　　伺服电动机的控制原理图

伺服电机用字母m表示，是驱动系统的动力源。运算放大器：由电路名称表示，即LM675，是伺服控制电路中的放大器件，为伺服电机提供驱动电流。

速度指令电位器RP1:设置电路中运算放大器的参考电压，即速度设置。放大器增益调节电位器RP2:用于电路中微调放大器的增益和速度反馈信号。当电机负载变化时，反馈到运算放大器反相输入端的电压也会变化，即电

当电机负载较重时，转速会降低，测速信号发生器的输出电压也会降低，从而使运算放大器反相输入端的电压降低，电压与参考电压的差值增大，运算放大器的输出电压增大。相反，当负载降低，电机转速升高时，测速信号发生器的输出电压升高，施加到运算放大器反相输入端的反馈电压增加，电压与参考电压之差减小，运算放大器的输出电压降低，会导致电机转速相应降低，从而使转速自动稳定在设定值。

　　伺服电机优点

1.精度：实现位置、速度、扭矩闭环控制；克服了步进电机失步的问题；

2.转速：高速性能好，一般额定转速可达2000 ~ 3000转/分；

3.适应性：抗过载能力强，能承受三倍额定扭矩负荷，特别适用于瞬时负荷波动和快速启动要求的场合；

4.稳定：低速运行稳定，低速运行时不会出现类似步进电机的步进运行现象。适用于有高速响应要求的场合；

5.时效性：电机加减速动态对应时间短，一般在几十毫秒以内；

6.舒适度：发热和噪音明显降低。

　　伺服电机的选型步骤

每种类型的伺服电机的规格中都有额定转矩、最大转矩、伺服电机的惯性等参数。每个参数与负载扭矩和负载惯性之间必须有相关性。伺服电机的输出转矩应满足负载机构运动条件的要求，如机构的加速度和重量。机构运动方式(水平和垂直旋转)等。运动条件与伺服电机输出功率没有直接关系，但一般来说，伺服电机输出功率越高，相对输出转矩越高。

因此，不仅机构的重量会影响伺服电机的选择，而且运动条件也会改变伺服电机的选择。惯性越大，加减速转矩越大，加减速时间越短，伺服电机输出转矩越大。选择伺服电机规格时，请遵循以下步骤。

(1)定义加载机构的运动条件，即加减速速度、运动速度、机构重量、机构运动方式等。

(2)根据工况要求，选择

(6)主伺服电机的最大输出转矩必须大于加速转矩负载转矩；如果不符合要求，必须选择其他型号进行计算验证，直到符合要求。

(7)根据负载扭矩、加速扭矩、减速扭矩和保持扭矩计算连续瞬时扭矩。

(8)主伺服电机的额定转矩必须大于连续瞬时转矩。比如不满足要求，必须选择其他模型进行计算验证，直到满足要求。

　　（9）完成选定。

　　最简单伺服电机选型计算方式

　　伺服电机选择的时候，首先一个要考虑的就是功率的选择。一般应注意以下两点：

　　1、如果电机功率选得过小。就会出现“小马拉大车”现象，造成电机长期过载，使其绝缘因发热而损坏，甚至电机被烧毁。

　　2、如果电机功率选得过大。就会出现“大马拉小车“现象，其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利。而且还会造成电能浪费。

　　也就是说，电机功率既不能太大，也不能太小，要正确选择电机的功率，必须经过以下计算或比较：

　　P=：F*V/100

　　（其中P是计算功率，单位是KW，F是所需拉力，单位是N，V是工作机线速度m/s）

　　此外。最常用的是采用类比法来选择电机的功率。所谓类比法，就是与类似生产机械所用电机的功率进行对比。

　　具体做法是：了解本单位或附近其他单位的类似生产机械使用多大功率的电机，然后选用相近功率的电机进行试车。试车的目的是验证所选电机与生产机械是否匹配。

　　验证的方法是：使电机带动生产机械运转，用钳形电流表测量电机的工作电流，将测得的电流与该电机铭牌上标出的额定电流进行对比。

　　如果电功机的实际工作电流与铭脾上标出的额定电流上下相差不大，则表明所选电机的功率合适。

　　如果电机的实际工作电流比铭牌上标出的额定电流低70%左右。则表明电机的功率选得过大，应调换功率较小的电机。

　　如果测得的电机工作电流比铭牌上标出的额定电流大40%以上。则表明电机的功率选得过小，应调换功率较大的电机。

　　实际上应该是考虑扭矩（转矩），电机功率和转矩计算公式。

　　即T=9550P/n

　　式中：

　　P一功率，kW;n一电机的额定转速，r/min;T一转矩，Nm。

　　电机的输出转矩一定要大于工作机械所需要的转矩，一般需要一个安全系数。

　　机械功率公式：P=T*N/97500

　　P：功率单位W;T：转矩，单位克/cm;N：转速，单位r/min。

　　伺服电机选型的注意事项

　　1、有些系统如传送装置，升降装置等要求伺服电机能尽快停车，而在故障、急停、电源断电时伺服器没有再生制动，无法对电机减速。同时系统的机械惯量又较大，这时对动态制动器的要依据负载的轻重、电机的工作速度等进行选择。

　　2、有些系统要维持机械装置的静止位置，需电机提供较大的输出转矩，且停止的时间较长。如果使用伺服的自锁功能，往往会造成电机过热或放大器过载，这种情况就要选择带电磁制动的电机。

　　3、有的伺服驱动器有内置的再生制动单元，但当再生制动较频繁时，可能引起直流母线电压过高，这时需另配再生制动电阻。再生制动电阻是否需要另配，配多大，可参照相应样本的使用说明来配。

　　4、如果选择了带电磁制动器的伺服电机，电机的转动惯量会增大，计算转矩时要进行考虑。