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過載能力 |
轉(zhuǎn)速范圍 |
振動噪音 |
控制精度 |
速度響應(yīng) |
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步進 |
步進電動機一般不具有過載能力。步進電動機的輸出轉(zhuǎn)矩會隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高速時會急劇下降。 |
最大轉(zhuǎn)速推薦： 35，39機座2000RPM以下； 42，57機座1500RPM以下； 86機座1000RPM以下； 110，130機座600RPM。 |
低頻共振是步進電機的固有屬性。運用抗低頻共振等新控制技術(shù)也僅能一定程度上改善。而且步進電機中高速運行的噪音也較大。 |
兩相步進電機步距角1.8°，考慮到步距角的最大誤差為±5%，故定位精度為 0.18° |
加速到最高轉(zhuǎn)速一般30~400毫秒，短行程（不到1圈）；短時間內(nèi)（例如1秒）多次啟停，或機械連接剛性較低這些應(yīng)用狀況下有優(yōu)勢 |
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伺服 |
有較強的過載能力，一般最大轉(zhuǎn)矩可為額定轉(zhuǎn)矩的2~3倍，在額定轉(zhuǎn)速（如3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩。 |
最大轉(zhuǎn)速推薦： 80及以下機座建議3000RPM以內(nèi)； 80以上~130機座建議2000RPM以內(nèi)。
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運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時低頻振動也非常小。
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360°/ 編碼器倍頻后的線數(shù)。只要編碼器線數(shù)超過500，伺服電機精度就超過步進電機 |
加速性能較好，加速到最高速度僅需幾十毫秒。走長行程（2，3圈及以上時）伺服優(yōu)勢明顯 |
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項目經(jīng)理 |
詳細了解設(shè)備生產(chǎn)出產(chǎn)品的工藝，應(yīng)用環(huán)境，適用環(huán)溫，精度，產(chǎn)能，機械結(jié)構(gòu)，成本等參數(shù)，進而確定所需電機的噪音指標(biāo)、防護等級、應(yīng)用溫濕度。依據(jù)工藝、產(chǎn)能、大致的結(jié)構(gòu)，基本能得到每個電機的行程及每步動作分配的時間是多少，進而確定電機需求的轉(zhuǎn)速范圍，對應(yīng)上述介紹精度及建議的速度范圍數(shù)值，來確定選伺服還是步進的方向性。 |
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機械設(shè)計人員 |
在機械傳動、結(jié)構(gòu)等設(shè)計之前，應(yīng)先對伺服或步進電機的型號規(guī)格做詳細的了解，按照電機行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格尺寸來設(shè)計，否則等設(shè)計好傳動、結(jié)構(gòu)后再來選電機，經(jīng)常會遇到：安裝空間不夠，沒有所需軸徑、軸長的標(biāo)準(zhǔn)電機；沒有所需的大力矩、合適慣量的電機等問題。影響進度，抬高成本。 |
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備注 |
常用的控制類電機（包含伺服、步進）轉(zhuǎn)矩最大一般為50 NM (牛米)。雷賽慣量最大的步進電機型號為130HS45，慣量為：4.84*10-3(kg·m2)。步進電機軸徑、法蘭盤、端蓋固定孔位尺寸，大部分都是按照英制習(xí)慣。伺服電機尺寸一般都按照公制習(xí)慣。 |
機械設(shè)計人員要先計算運動部件的轉(zhuǎn)動慣量進而再計算需求力矩。
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需估算項目 |
計算方法一 |
計算方法二 |
計算方法三 |
必要性 |
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負(fù)載慣量估算J=m·r2 |
參考雷賽提供的計算表格公式 |
若結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，請使用機械設(shè)計軟件PRO-E或Solidwork中自帶的計算慣量的功能計算結(jié)果 |
若得到結(jié)果實在太難，也要一個估算值，以便計算力矩及選定匹配電機的慣量 |
慣量匹配的問題被很多人忽略，實際應(yīng)用中若要達到平穩(wěn)、動態(tài)響應(yīng)良好的運動效果，必須遵從慣量匹配原則 |
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慣量匹配原則 |
對于步進電機： |
通常建議折算到電機軸的負(fù)載慣量不大于電機轉(zhuǎn)子慣量的5倍 |
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對于伺服電機： |
電機伺服建議慣量比在10倍以內(nèi)，最大不宜超過20倍。有關(guān)慣量匹配詳細信息，請參考雷賽應(yīng)用文章《淺析伺服系統(tǒng)中的慣量匹配原則》。 |
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力矩估算 |
類別 |
計算原則 |
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負(fù)載所需力矩的估算 |
公式：
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T=（JL+JM）*αM JL：折算到電機軸的負(fù)載總慣量 JM：電機的轉(zhuǎn)子慣量 αM：角加速度 |
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伺服電機： |
如果選用伺服電機，則所選用電機的額定轉(zhuǎn)速需略大于計算所需最高轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)矩宜不小于計算所需最高轉(zhuǎn)矩（因為考慮到伺服電機一般都可以過載2到3倍，已有考慮了余量） |
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步進電機： |
1、如果選用步進電機，則需用到步進電機的矩頻曲線，它是指在標(biāo)定的電壓，電流條件下，電機轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線。需注意你所計算得到的轉(zhuǎn)矩是指在你需求速度下的轉(zhuǎn)矩，而且，步進電轉(zhuǎn)機沒有過載能力，所以一般需把計算所得力矩再乘以安全系數(shù)1.5~2，得到一個考慮了余量的所需轉(zhuǎn)矩。 2、據(jù)此轉(zhuǎn)矩及前述計算得到的所需最大轉(zhuǎn)速來初選步進電機，在初選電機的矩頻曲線上，在縱坐標(biāo)軸上尋找到所需最大轉(zhuǎn)矩，然后在橫坐標(biāo)下查量出此轉(zhuǎn)矩下對應(yīng)可得到的轉(zhuǎn)速，此轉(zhuǎn)速應(yīng)該大于計算所需最高轉(zhuǎn)速。按此方法就可以選定步進電機型號，然后可以參考電機的額定電流，電壓等參數(shù)，來初選適配的驅(qū)動器。 |
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機械工程師參考
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慣量和合理剛性 |
想得到高效、良好的運動效果，必須結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，負(fù)載慣量盡量小、電機與負(fù)載之間機械連接剛性盡量高。 |
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裝配 |
1、依靠法蘭盤來保證電機安裝同心度。 2、電機安裝和應(yīng)用時需避免電機軸所受到的軸向力、徑向力超過電機標(biāo)稱值。 3、聯(lián)軸器或同步輪裝到軸上時，盡量靠近電機法蘭盤面（預(yù)防力臂太長導(dǎo)致個別電機斷軸）。 4、電機軸因公差配合等原因裝不上聯(lián)軸器、同步帶輪時，不能敲擊帶輪、連軸器，硬擠進去，這樣做很容易損壞電機內(nèi)部軸承，而且對帶有編碼器的伺服類電機，還特別容易損傷編碼器。 |
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散熱 |
電機、驅(qū)動器實際工況如果為連續(xù)工作制或運行時間比例較高的斷續(xù)周期工作制，需考慮散熱問題。 |
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電氣工程師參考 |
如何選配驅(qū)動器 |
伺服電機通常有唯一配套的驅(qū)動器，不必費心選驅(qū)動器。步進電機需要選驅(qū)動器，主要依據(jù)兩點：所選驅(qū)動器的輸出有效電流不小于選定電機的額定電流;驅(qū)動器允許的輸入電壓大于電機矩頻曲線上寫的測試電壓。比如選57HS09，這款電機的額定電流為2.8A,推薦的電壓為36V，可以選擇DM556（型號名稱的意義請參考雷賽產(chǎn)品命名規(guī)則），DM556最大輸入電壓為50V，推薦輸入電壓為36V，最大輸出電流（有效值）為5.6 / |
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如何選擇電源 |
選擇電源，需確定輸出電壓及輸出功率。步進電機驅(qū)動器供電壓的選取可參照《步進電動機在裝備制造業(yè)中的應(yīng)用經(jīng)驗》：“步進電機廠經(jīng)常會給出步進電機的額定電壓，此電壓其實就是電機的額定電流與電機繞組電阻的乘積，一個重要工程應(yīng)用經(jīng)驗：輸入電壓一般選定在步進電機額定電壓的3~25倍；步進電機一定時，供電電壓越高，步進電機在中高速能產(chǎn)生的力矩越大，越有利于需要高速應(yīng)用的場合，但電機的發(fā)熱隨著電壓、電流的增加而加大，所以要注意電機的溫升限值?！?步進電驅(qū)動器電源電壓選擇推薦如下：
供電電源的輸出電流建議根據(jù)電機的標(biāo)稱額定電流Ｉ來確定。如果采用線性電源，電源電流建議?。芍档?0%；如果采用開關(guān)電源，建議電源電流?。芍怠Ｈ绻梢粋€電源同時給幾個驅(qū)動器供電，可考慮按照前述指引下的電流值，乘以驅(qū)動器個數(shù)，再乘以70%即可。 |
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設(shè)定電流值 |
步進電機驅(qū)動器的電流值設(shè)定，一般是設(shè)定在額定電流的70%~100%，然后按照最大負(fù)載，最大加速度，最惡劣工況試運行，如果電機的殼體穩(wěn)態(tài)溫度不超過80度，則電流設(shè)置合適，否則，可以把電流減小一、二檔再試運行，驗證殼體穩(wěn)定溫度不超過80度，而電機又沒有出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，則電流設(shè)置合適。 |
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設(shè)定細 分 |
細分?jǐn)?shù)/分辨率設(shè)定，對步進而言，推薦按照出廠默認(rèn)的8細分即1600個脈沖每轉(zhuǎn)的狀態(tài)。經(jīng)我們的測試及推算，細分?jǐn)?shù)超過8對提升精度沒有明顯作用，但更大的細分?jǐn)?shù)對減小低速噪音會有一定效果。在相同電機轉(zhuǎn)速的情況下，細分越高，則所需上位機發(fā)出的脈沖頻率越高。例如電機如果為3000RPM，在8細分時，上位機發(fā)出脈沖頻率為80KHZ即可，但如果細分為16，則上位機發(fā)出脈沖頻率需達160KHZ，而很多PLC發(fā)出脈沖頻率最高僅100KHZ，那就不能用16細分。對伺服來說，也推薦按照默認(rèn)設(shè)置10000脈沖每轉(zhuǎn)的分辨率，這個分辨率在精度方面基本能適應(yīng)絕大部分的場合。 |
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布線規(guī) 則 |
請將載有弱信號（方向，脈沖，使能，編碼器反饋等）的信號線與強電導(dǎo)線（電壓高或電流大，如電機繞組線、驅(qū)動器電源線、變頻器輸入、輸出動力線等）盡量分開來走線。 |
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電線電纜的選擇 |
選用拖鏈電纜的原則：電機與驅(qū)動器若存在相對運動則電機（編碼器）延長線應(yīng)選拖鏈電纜；驅(qū)動器與電源或板卡存在相對運動時電源線或信號線應(yīng)選擇拖鏈電纜。線規(guī)選擇則按載流能力與線材截面積的對應(yīng)規(guī)則選定。1）強電導(dǎo)線線規(guī)選擇推薦參考圖3。若距離超過10米，建議截面積對應(yīng)翻倍。 2) 信號線線規(guī)選擇建議選0.3-1.0平方毫米（對應(yīng)AWG17—22）。 |
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電氣裝配工藝注意事 項 |
連接到驅(qū)動器所有接線端子的電線端都不要浸錫，浸錫后易引起接觸面積變小，接觸電阻變大，導(dǎo)致弱信號被衰減，而強電端子接觸點處則可能過熱被燒壞。接線端子處若要套冷軋壓線帽，首先需按照線規(guī)選擇合適規(guī)格的冷軋壓線帽，注意觀察冷軋壓接后的尺寸，若不能與端子形成面接觸，請更換壓線帽或更改工藝。不允許帶電拔插驅(qū)動器的電源線或繞組線端子。 |
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驅(qū)動器及電機接線提示 |
1）注意驅(qū)動器的供電電源極性不要搞錯，錯誤的狀態(tài)下上電，驅(qū)動器將可能直接損壞；驅(qū)動與電機間的連接，步進注意兩相八條線和三相六條線的顏色組合，請按照電機資料上標(biāo)明的顏色定義來接線。伺服驅(qū)動與電機繞組線連接時，需注意U，V，W相序應(yīng)正確對應(yīng)，不支持互換兩相來實現(xiàn)電機換向。 |
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驅(qū)動器控制信號接線 圖 |
2）具體見“圖1”及注釋
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軟件工程師參考 |
合理規(guī)劃設(shè)置運動曲線、參數(shù) |
1、規(guī)劃好每個軸的運動控制曲線 2、了解每個動作的時間、行程，合理的配置初速度、加速時間、最高速度、換向時間。以期望達到效率最高、效果最好 具體見“圖2” |
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