伺服電機(jī)選型的原則和注意事項

彭高峰

【摘 要】伺服電機(jī)作為一種高精度機(jī)械，其在設(shè)計選型時需要進(jìn)行很多計算和考慮。本文就伺服電機(jī)的不同用途，不同優(yōu)勢進(jìn)行了分析，為相關(guān)企業(yè)的伺服電機(jī)選型提供參考。在提高設(shè)計選型效率的同時，減少出現(xiàn)錯選誤選的可能。

【關(guān)鍵詞】伺服電機(jī)；選型；選型原則

一、伺服電機(jī)如何選型

伺服電機(jī)的選型要注意很多方面，首先是根據(jù)交流伺服電機(jī)的特點(diǎn)挑選。交流伺服電機(jī)的特點(diǎn)是運(yùn)行范圍廣泛，沒有自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，啟動轉(zhuǎn)矩較大。對比傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)，伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是控制的精度有所提高，在低頻運(yùn)行時有較好的穩(wěn)定性，不會出現(xiàn)異常震動。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩大的特點(diǎn)也就決定了其具有很好的過載能力，承受過載的程度比步進(jìn)電機(jī)高三倍。伺服電機(jī)的可靠性更高，是因?yàn)槠渚哂懈咝У目刂葡到y(tǒng)，其采用閉環(huán)控制的特點(diǎn)，利用各個區(qū)域部件的反饋，很好的控制速度起到提高伺服電機(jī)運(yùn)行精度的作用。

交流伺服電機(jī)因其超高的穩(wěn)定性，以及良好的控制系統(tǒng)常被應(yīng)用到一些高精度的機(jī)械設(shè)備。這些高尖端設(shè)備往往對伺服電機(jī)的型號有不同要求，下面筆者來詳細(xì)介紹如何選型。

（1）選擇正確的負(fù)載電機(jī)慣量比

所選伺服電機(jī)的慣量比關(guān)系著伺服電機(jī)能否發(fā)揮最大效能。尤其對于那些高精度機(jī)械而言，只有選擇好合適的慣量比，才能夠保證機(jī)器平穩(wěn)運(yùn)行，以及關(guān)系到能否生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。慣量比為何能影響產(chǎn)品加工精度，以及為何對高精度機(jī)器影響巨大，這是由伺服電機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)所決定的。

首先，如果慣量比要比實(shí)際所選用數(shù)值大就會導(dǎo)致發(fā)生異常震動，不利于操控機(jī)器。導(dǎo)致生產(chǎn)不夠精細(xì)，導(dǎo)致機(jī)器反應(yīng)時間變慢影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運(yùn)行精度。不同機(jī)型伺服電機(jī)的允許負(fù)載電機(jī)慣量比不同，這就要相關(guān)技術(shù)人員在挑選時要多方面分析計算負(fù)載慣量，查選伺服電機(jī)參數(shù)手冊，選擇合適自己的機(jī)型。

（2）轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩適合

電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩決定輸出功率以及機(jī)器運(yùn)行時的穩(wěn)定性。首先在電機(jī)額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，其輸出的功率要與所用機(jī)器所需功率相近，避免不必要的浪費(fèi)。在進(jìn)行機(jī)器的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時，值得注意的是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)是指在電機(jī)不論是高轉(zhuǎn)速運(yùn)行還是低轉(zhuǎn)速運(yùn)行它們所輸出的轉(zhuǎn)矩都是恒定不變的。這種輸出情況下是最穩(wěn)定的[1]。

伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩的要求是要接近所需的，余量不可以太大。如短時間內(nèi)增大電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率，各種電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩也會有所不同。這要求相關(guān)從業(yè)人員挑選適合，計算出電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，選擇好必要的電機(jī)容量。

（3）伺服電機(jī)的連續(xù)性

在實(shí)際的生產(chǎn)中，有些機(jī)械往往需要頻繁的轉(zhuǎn)換頻率造成了電機(jī)容易發(fā)熱的問題。這個問題很常見，因此在使用之前技術(shù)人員要計算好在使用過程中的電機(jī)轉(zhuǎn)矩數(shù)值。在選型時注意要挑選額定轉(zhuǎn)矩大于計算數(shù)值轉(zhuǎn)矩的電機(jī)。只有所選電機(jī)符合以上的標(biāo)準(zhǔn)，才能更好的勝任工作減小故障的發(fā)生率[2]。

二、伺服電機(jī)選型事項

（1）伺服電機(jī)制動

不同型號的伺服電機(jī)在電機(jī)制動上是不同的，主要有電磁制動，再生制動，動態(tài)制動三種制動方式。動態(tài)制動是指，在電機(jī)中，通過特定的裝置改變電機(jī)軸的運(yùn)動狀態(tài)從而起到制動的作用。二是再生制動，其實(shí)質(zhì)上是通過電器元件，如進(jìn)行電機(jī)減速時產(chǎn)生的能量通過回路傳送回母線，再回收到阻容中。電磁制動，是通過線圈通斷電來控制制動器結(jié)合或者分離來達(dá)到制動的目的。制動的問題應(yīng)該得到挑選者的重視，因?yàn)檫@關(guān)系到故障發(fā)生時電機(jī)是否具有及時做出反應(yīng)的能力。

這幾種制動方式各有不同，所應(yīng)用的條件也有所不同。比如再生制動，只是被動發(fā)生，在伺服電機(jī)正常運(yùn)行才能發(fā)生。如果出現(xiàn)機(jī)器故障，以及斷電時其就無法起到制動的作用。這種特性決定了在選型時要選擇適合自身的制動。例如，在升降的裝置中，多數(shù)要求斷電制動防止物體自重引起下滑的作用，而再生制動明顯不符合。要選用動態(tài)制動，并且充分考慮到起降機(jī)在運(yùn)行時會面臨的載重，運(yùn)行速度等因素。原則上選用大于實(shí)際計算數(shù)值的制動值，以備不時之需。

（2）伺服電機(jī)的速度監(jiān)控

高精度的伺服電機(jī)時通過特殊的控制裝置進(jìn)行控制，其控制無非速度以及轉(zhuǎn)過位置量兩個方面。這也就意味著只有良好的速度監(jiān)控，才可以進(jìn)行高精度的控制。如何進(jìn)行速度監(jiān)控，一般情況下是通過旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行的。編碼器的各項顯示有所不同，有的是針對高速有的是針對低速。有些編碼器對高速進(jìn)行監(jiān)控時，會出現(xiàn)反應(yīng)不及時造成速度監(jiān)控異常，這就要求相關(guān)設(shè)計人員在設(shè)計時充分考慮到這個方面因素。

三、伺服電機(jī)安裝注意事項

（1）伺服電機(jī)的水油侵蝕保護(hù)

水和油的侵蝕對伺服電機(jī)的影響是很大的，首先它與步進(jìn)電機(jī)相比精度很高。高精度的設(shè)計在零件的選擇上也就更加細(xì)致，這就導(dǎo)致其對水油的耐受性更差，容易受到侵蝕損壞甚至停止運(yùn)行。另外，伺服電機(jī)是有一定的防水防油設(shè)計的，但這不意味著可以直接放置在水中使用。其防護(hù)設(shè)計只是局部防護(hù)，不具備整體防護(hù)的功能。因此在實(shí)際的使用安裝中，要注意避開伺服電機(jī)直接接觸水、油。

（2）電纜安裝

伺服電機(jī)的電纜安裝時應(yīng)該注意，避免電纜安裝到容易發(fā)生彎曲的區(qū)域。在電纜的出口以及兩段電纜連接部位最易發(fā)生彎曲。這些彎曲不利于伺服電機(jī)運(yùn)行，首先是應(yīng)該避免的。另外，在安裝好電纜后對伺服電機(jī)進(jìn)行移動時也應(yīng)注意，不要彎曲電纜?？梢酝ㄟ^延長固定的方式避免彎曲。

伺服電機(jī)安裝還要注意不要使用外力撞擊機(jī)器外殼，這容易損傷軸端。從而影響機(jī)器運(yùn)行的穩(wěn)定性。在軸端的聯(lián)軸器安裝時要注意，盡量采用柔性連接器進(jìn)行連接。這樣的好處是減低經(jīng)向負(fù)載減小連接的壓力，安裝更加牢固不易損毀。在不得不安裝剛性連接時，要注意安裝強(qiáng)度避免因彎曲過度損壞零部件。

四、總結(jié)

伺服電機(jī)的特殊性決定了在選型時要注意各方面的事項，本文就選型的注意事項，以及如何安裝做出了分析。為相關(guān)從業(yè)人員的挑選合適的伺服電機(jī)提供了參考。

【參考文獻(xiàn)】

[1]蒲軍.桁架式機(jī)械手伺服電機(jī)選型[J].制造業(yè)自動化，2019（06）.

[2]李雪冬.仿人雙臂護(hù)理機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究[D].北京建筑大學(xué)，2019.