伺服電機功率計算選型與伺服電機慣量比對

一、伺服電機功率計算

1、如果電機功率選得過小．就會出現“小馬拉大車”現象，造成電機長期過載．使其絕緣因發熱而損壞．甚至電機被燒毀。

2、如果電機功率選得過大．就會出現“大馬拉小車”現象．其輸出機械功率不能得到充分利用，功率因數和效率都不高，不但對使用者和電網不利。而且還會造成電能浪費。

要正确選擇電機的功率，必須經過以下計算或比較：

p=f*v /1000 (p=計算功率kw，f=所需拉力n，工作機線速度m/s)

對于恒定負載連續工作方式，可按下式計算所需電機的功率：

p1(kw)：p=p/n1n2

式中n1為生産機械的效率；n2為電機的效率，即傳動效率。

按上式求出的功率p1，不一定與産品功率相同。是以．所選電機的額定功率應等于或稍大于計算所得的功率。

此外．最常用的是類比法來選擇伺服電機的功率。所謂類比法。就是與類似生産機械所用電機的功率進行對比。http://xfoyo.taobao.com

具體做法是：了解本機關或附近其他機關的類似生産機械使用多大功率的電機，然後選用相近功率的電機進行試車。試車的目的是驗證所選電機與生産機械是否比對。

驗證的方法是：使電機帶動生産機械運轉，用鉗形電流表測量電機的工作電流，将測得的電流與該電機銘牌上标出的額定電流進行對比。如果電功機的實際工作電流與銘脾上标出的額定電流上下相差不大．則表明所選伺服電機的功率合适。如果電機的實際工作電流比銘牌上标出的額定電流低70％左右．則表明伺服電機的功率選得過大，應調換功率較小的電機。如果測得的電機工作電流比銘牌上标出的額定電流大40％以上．則表明電機的功率選得過小，應調換功率較大的電機。

實際上應該是考慮扭矩（轉矩），電機功率和轉矩計算公式。

即t = 9550p/n

式中：

p— 功率，kw；

n— 電機的額定轉速，r/min；

t— 轉矩，nm。

電機的輸出轉矩一定要大于工作機械所需要的轉矩，一般需要一個安全系數。

機械功率公式：p=txn/97500

p:功率機關w

t：轉矩，機關克/㎝

n:轉速，機關r/min

二、伺服電機慣量比對

伺服電機的選擇都要求慣量比對，有的要求伺服電機的慣量和負載的慣量為1:3，也有說1:5的,其實慣量跟伺服電機是沒有很大的關系的，主要關乎的是負載響應速度，要響應速度高，慣量比就要小，反之則高，一般高速響應的系統取1/2或1/3，普通及的取1/4至1/5，伺服電機有大中小三種慣量的，你可以選一下，如果不比對，則要選大一号的電機了,在實際的應用中可以通過傳動比來實作慣量的比對問題的,具體的方法如下:

1、在電機拖動系統中，電機的轉動慣量與負載的轉動慣量沒有必然的聯系；

2、大多數情況下電機的轉動慣量總是小于負載的轉動慣量；

3、如何實作電機的轉動慣量與負載的轉動慣量的比對？

4、利用傳動比可以實作電機與負載的慣量比對：

電機的慣量×α=負載的慣量/傳動比的平方

傳動比的平方=負載慣量/電機慣量×α

5、是以傳動比就是實作電機慣量與負載慣量比對的“變換器”；

6、是以傳動比是否合适，以系統是否實作慣量比對為标準！

7、α為伺服慣量JM是系統慣量JL的倍數，α增大時系統慣量中伺服慣量JM的比例減小，系統加速度提高.

在伺服電機系統選型及調試中，常常會碰到慣量問題!那麼到底什麼是“慣量比對”呢?

1.根據牛頓第二定律：“進給系統所需力矩T = 系統傳動慣量J × 角加速度θ角加速度θ影響系統的動态特性，θ越小，則由控制器發出指令到系統執行完畢的時間越長，系統反應越慢。如果θ變化，則系統反應将忽快忽慢，影響加工精度。由于馬達標明後最大輸出T值不變，如果希望θ的變化小，則J應該盡量小。

2.進給軸的總慣量“J=伺服電機的旋轉慣性動量JM + 電機軸換算的負載慣性動量JL負載慣量JL由(以工具機為例)工作台及上面裝的夾具和工件、螺杆、聯軸器等直線和旋轉運動件的慣量折合到馬達軸上的慣量組成。JM為伺服電機轉子慣量，伺服電機標明後，此值就為定值，而JL則随工件等負載改變而變化。如果希望J變化率小些，則最好使JL所占比例小些。這就是通俗意義上的“慣量比對”。

知道了什麼是慣量比對，山社電機分析發生這種現象的具體表現為：

1在伺服電機選型時，除考慮電機的扭矩和額定速度等等因素外，我們還需要先計算得知機械系統換算到電機軸的慣量，再根據機械的實際動作要求及加工件品質要求來具體選擇具有合适慣量大小的電機;

2在調試時(手動模式下)，正确設定慣量比參數是充分發揮機械及伺服系統最佳效能的前題，此點在要求高速高精度的系統上表現由為突出(伺服慣量比參數為1-37，JL/JM)。這樣，就有了慣量比對的問題!

那慣量比對具體有什麼影響又如何确定呢?

1.影響：傳動慣量對伺服系統的精度，穩定性，動态響應都有影響，慣量大，系統的機械常數大，響應慢，會使系統的固有頻率下降，容易産生諧振，因而限制了伺服帶寬，影響了伺服精度和響應速度，慣量的适當增大隻有在改善低速爬行時有利，是以，機械設計時在不影響系統剛度的條件下，應盡量減小慣量。

2.确定：衡量機械系統的動态特性時，慣量越小，系統的動态特性反應越好;慣量越大，馬達(如：步進電機)的負載也就越大，越難控制，但機械系統的慣量需和馬達慣量相比對才行。不同的機構，對慣量比對原則有不同的選擇，且有不同的作用表現。

例如，CNC中心機通過伺服電機作高速切削時，當負載慣量增加時，會發生：1).控制指令改變時，馬達需花費較多時間才能達到新指令的速度要求;2).當機台沿二軸執行弧式曲線快速切削時，會發生較大誤差 。

1.一般伺服電機通常狀況下，當JL ≦ JM，則上面的問題不會發生。

2.當JL = 3×JM ，則馬達的可控性會些微降低，但對平常的金屬切削不會有影響。(高速曲線切削一般建議JL ≦ JM)

3.當JL ≧3× JM，馬達的可控性會明顯下降，在高速曲線切削時表現突出

不同的機構動作及加工品質要求對JL與JM大小關系有不同的要求，慣性比對的确定需要根據機械的工藝特點及加工品質要求來确定。