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過(guò)載能力 |
轉(zhuǎn)速范圍 |
振動(dòng)噪音 |
控制精度 |
速度響應(yīng) |
步進(jìn) |
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般不具有過(guò)載能力。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速升高而下降,且在較高速時(shí)會(huì)急劇下降。 |
最大轉(zhuǎn)速推薦: 35,39機(jī)座2000RPM以下; 42,57機(jī)座1500RPM以下; 86機(jī)座1000RPM以下; 110,130機(jī)座600RPM。 |
低頻共振是步進(jìn)電機(jī)的固有屬性。運(yùn)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(jìn)電機(jī)中高速運(yùn)行的噪音也較大。 |
兩相步進(jìn)電機(jī)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(shí)間內(nèi)(例如1秒)多次啟停,或機(jī)械連接剛性較低這些應(yīng)用狀況下有優(yōu)勢(shì) |
伺服 |
有較強(qiáng)的過(guò)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(jī)座建議3000RPM以內(nèi); 80以上~130機(jī)座建議2000RPM以內(nèi)。
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運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn),即使在低速時(shí)低頻振動(dòng)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(guò)500,伺服電機(jī)精度就超過(guò)步進(jìn)電機(jī) |
加速性能較好,加速到最高速度僅需幾十毫秒。走長(zhǎng)行程(2,3圈及以上時(shí))伺服優(yōu)勢(shì)明顯 |
項(xiàng)目經(jīng)理 |
詳細(xì)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(jī)械結(jié)構(gòu),成本等參數(shù),進(jìn)而確定所需電機(jī)的噪音指標(biāo)、防護(hù)等級(jí)、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(gè)電機(jī)的行程及每步動(dòng)作分配的時(shí)間是多少,進(jìn)而確定電機(jī)需求的轉(zhuǎn)速范圍,對(duì)應(yīng)上述介紹精度及建議的速度范圍數(shù)值,來(lái)確定選伺服還是步進(jìn)的方向性。 |
機(jī)械設(shè)計(jì)人員 |
在機(jī)械傳動(dòng)、結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)之前,應(yīng)先對(duì)伺服或步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)規(guī)格做詳細(xì)的了解,按照電機(jī)行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格尺寸來(lái)設(shè)計(jì),否則等設(shè)計(jì)好傳動(dòng)、結(jié)構(gòu)后再來(lái)選電機(jī),經(jīng)常會(huì)遇到:安裝空間不夠,沒(méi)有所需軸徑、軸長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)電機(jī);沒(méi)有所需的大力矩、合適慣量的電機(jī)等問(wèn)題。影響進(jìn)度,抬高成本。 |
備注 |
常用的控制類電機(jī)(包含伺服、步進(jìn))轉(zhuǎn)矩最大一般為50 NM (牛米)。雷賽慣量最大的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為130HS45,慣量為:4.84*10-3(kg·m2)。步進(jìn)電機(jī)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(jī)尺寸一般都按照公制習(xí)慣。 |
機(jī)械設(shè)計(jì)人員要先計(jì)算運(yùn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)而再計(jì)算需求力矩。
需估算項(xiàng)目 |
計(jì)算方法一 |
計(jì)算方法二 |
計(jì)算方法三 |
必要性 |
負(fù)載慣量估算J=m·r2 |
參考雷賽提供的計(jì)算表格公式 |
若結(jié)構(gòu)太復(fù)雜,請(qǐng)使用機(jī)械設(shè)計(jì)軟件PRO-E或Solidwork中自帶的計(jì)算慣量的功能計(jì)算結(jié)果 |
若得到結(jié)果實(shí)在太難,也要一個(gè)估算值,以便計(jì)算力矩及選定匹配電機(jī)的慣量 |
慣量匹配的問(wèn)題被很多人忽略,實(shí)際應(yīng)用中若要達(dá)到平穩(wěn)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)良好的運(yùn)動(dòng)效果,必須遵從慣量匹配原則 |
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慣量匹配原則 |
對(duì)于步進(jìn)電機(jī): |
通常建議折算到電機(jī)軸的負(fù)載慣量不大于電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的5倍 |
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對(duì)于伺服電機(jī): |
電機(jī)伺服建議慣量比在10倍以內(nèi),最大不宜超過(guò)20倍。有關(guān)慣量匹配詳細(xì)信息,請(qǐng)參考雷賽應(yīng)用文章《淺析伺服系統(tǒng)中的慣量匹配原則》。 |
力矩估算 |
類別 |
計(jì)算原則 |
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(jī)軸的負(fù)載總慣量 JM:電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量 αM:角加速度 |
伺服電機(jī): |
如果選用伺服電機(jī),則所選用電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速需略大于計(jì)算所需最高轉(zhuǎn)速,額定轉(zhuǎn)矩宜不小于計(jì)算所需最高轉(zhuǎn)矩(因?yàn)榭紤]到伺服電機(jī)一般都可以過(guò)載2到3倍,已有考慮了余量) |
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步進(jìn)電機(jī): |
1、如果選用步進(jìn)電機(jī),則需用到步進(jìn)電機(jī)的矩頻曲線,它是指在標(biāo)定的電壓,電流條件下,電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線。需注意你所計(jì)算得到的轉(zhuǎn)矩是指在你需求速度下的轉(zhuǎn)矩,而且,步進(jìn)電轉(zhuǎn)機(jī)沒(méi)有過(guò)載能力,所以一般需把計(jì)算所得力矩再乘以安全系數(shù)1.5~2,得到一個(gè)考慮了余量的所需轉(zhuǎn)矩。 2、據(jù)此轉(zhuǎn)矩及前述計(jì)算得到的所需最大轉(zhuǎn)速來(lái)初選步進(jìn)電機(jī),在初選電機(jī)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(duì)應(yīng)可得到的轉(zhuǎn)速,此轉(zhuǎn)速應(yīng)該大于計(jì)算所需最高轉(zhuǎn)速。按此方法就可以選定步進(jìn)電機(jī)型號(hào),然后可以參考電機(jī)的額定電流,電壓等參數(shù),來(lái)初選適配的驅(qū)動(dòng)器。 |
機(jī)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(yùn)動(dòng)效果,必須結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,負(fù)載慣量盡量小、電機(jī)與負(fù)載之間機(jī)械連接剛性盡量高。 |
裝配 |
1、依靠法蘭盤來(lái)保證電機(jī)安裝同心度。 2、電機(jī)安裝和應(yīng)用時(shí)需避免電機(jī)軸所受到的軸向力、徑向力超過(guò)電機(jī)標(biāo)稱值。 3、聯(lián)軸器或同步輪裝到軸上時(shí),盡量靠近電機(jī)法蘭盤面(預(yù)防力臂太長(zhǎng)導(dǎo)致個(gè)別電機(jī)斷軸)。 4、電機(jī)軸因公差配合等原因裝不上聯(lián)軸器、同步帶輪時(shí),不能敲擊帶輪、連軸器,硬擠進(jìn)去,這樣做很容易損壞電機(jī)內(nèi)部軸承,而且對(duì)帶有編碼器的伺服類電機(jī),還特別容易損傷編碼器。 |
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散熱 |
電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器實(shí)際工況如果為連續(xù)工作制或運(yùn)行時(shí)間比例較高的斷續(xù)周期工作制,需考慮散熱問(wèn)題。 |
電氣工程師參考 |
如何選配驅(qū)動(dòng)器 |
伺服電機(jī)通常有唯一配套的驅(qū)動(dòng)器,不必費(fèi)心選驅(qū)動(dòng)器。步進(jìn)電機(jī)需要選驅(qū)動(dòng)器,主要依據(jù)兩點(diǎn):所選驅(qū)動(dòng)器的輸出有效電流不小于選定電機(jī)的額定電流;驅(qū)動(dòng)器允許的輸入電壓大于電機(jī)矩頻曲線上寫的測(cè)試電壓。比如選57HS09,這款電機(jī)的額定電流為2.8A,推薦的電壓為36V,可以選擇DM556(型號(hào)名稱的意義請(qǐng)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 / =4A。 |
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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(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器供電壓的選取可參照《步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在裝備制造業(yè)中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)》:“步進(jìn)電機(jī)廠經(jīng)常會(huì)給出步進(jìn)電機(jī)的額定電壓,此電壓其實(shí)就是電機(jī)的額定電流與電機(jī)繞組電阻的乘積,一個(gè)重要工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn):輸入電壓一般選定在步進(jìn)電機(jī)額定電壓的3~25倍;步進(jìn)電機(jī)一定時(shí),供電電壓越高,步進(jìn)電機(jī)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(chǎng)合,但電機(jī)的發(fā)熱隨著電壓、電流的增加而加大,所以要注意電機(jī)的溫升限值?!?步進(jìn)電驅(qū)動(dòng)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(jī)的標(biāo)稱額定電流I來(lái)確定。如果采用線性電源,電源電流建議?。芍档?0%;如果采用開(kāi)關(guān)電源,建議電源電流?。芍?。如果由一個(gè)電源同時(shí)給幾個(gè)驅(qū)動(dòng)器供電,可考慮按照前述指引下的電流值,乘以驅(qū)動(dòng)器個(gè)數(shù),再乘以70%即可。 |
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設(shè)定電流值 |
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(yùn)行,如果電機(jī)的殼體穩(wěn)態(tài)溫度不超過(guò)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(yùn)行,驗(yàn)證殼體穩(wěn)定溫度不超過(guò)80度,而電機(jī)又沒(méi)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(xì) 分 |
細(xì)分?jǐn)?shù)/分辨率設(shè)定,對(duì)步進(jìn)而言,推薦按照出廠默認(rèn)的8細(xì)分即1600個(gè)脈沖每轉(zhuǎn)的狀態(tài)。經(jīng)我們的測(cè)試及推算,細(xì)分?jǐn)?shù)超過(guò)8對(duì)提升精度沒(méi)有明顯作用,但更大的細(xì)分?jǐn)?shù)對(duì)減小低速噪音會(huì)有一定效果。在相同電機(jī)轉(zhuǎn)速的情況下,細(xì)分越高,則所需上位機(jī)發(fā)出的脈沖頻率越高。例如電機(jī)如果為3000RPM,在8細(xì)分時(shí),上位機(jī)發(fā)出脈沖頻率為80KHZ即可,但如果細(xì)分為16,則上位機(jī)發(fā)出脈沖頻率需達(dá)160KHZ,而很多PLC發(fā)出脈沖頻率最高僅100KHZ,那就不能用16細(xì)分。對(duì)伺服來(lái)說(shuō),也推薦按照默認(rèn)設(shè)置10000脈沖每轉(zhuǎn)的分辨率,這個(gè)分辨率在精度方面基本能適應(yīng)絕大部分的場(chǎng)合。 |
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布線規(guī) 則 |
請(qǐng)將載有弱信號(hào)(方向,脈沖,使能,編碼器反饋等)的信號(hào)線與強(qiáng)電導(dǎo)線(電壓高或電流大,如電機(jī)繞組線、驅(qū)動(dòng)器電源線、變頻器輸入、輸出動(dòng)力線等)盡量分開(kāi)來(lái)走線。 |
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電線電纜的選擇 |
選用拖鏈電纜的原則:電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器若存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)則電機(jī)(編碼器)延長(zhǎng)線應(yīng)選拖鏈電纜;驅(qū)動(dòng)器與電源或板卡存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)電源線或信號(hào)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(duì)應(yīng)規(guī)則選定。1)強(qiáng)電導(dǎo)線線規(guī)選擇推薦參考圖3。若距離超過(guò)10米,建議截面積對(duì)應(yīng)翻倍。 2) 信號(hào)線線規(guī)選擇建議選0.3-1.0平方毫米(對(duì)應(yīng)AWG17—22)。 |
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電氣裝配工藝注意事 項(xiàng) |
連接到驅(qū)動(dòng)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(hào)被衰減,而強(qiáng)電端子接觸點(diǎn)處則可能過(guò)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(qǐng)更換壓線帽或更改工藝。不允許帶電拔插驅(qū)動(dòng)器的電源線或繞組線端子。 |
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驅(qū)動(dòng)器及電機(jī)接線提示 |
1)注意驅(qū)動(dòng)器的供電電源極性不要搞錯(cuò),錯(cuò)誤的狀態(tài)下上電,驅(qū)動(dòng)器將可能直接損壞;驅(qū)動(dòng)與電機(jī)間的連接,步進(jìn)注意兩相八條線和三相六條線的顏色組合,請(qǐng)按照電機(jī)資料上標(biāo)明的顏色定義來(lái)接線。伺服驅(qū)動(dòng)與電機(jī)繞組線連接時(shí),需注意U,V,W相序應(yīng)正確對(duì)應(yīng),不支持互換兩相來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)換向。 |
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驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)接線 圖 |
2)具體見(jiàn)“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(yùn)動(dòng)曲線、參數(shù) |
1、規(guī)劃好每個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)控制曲線 2、了解每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間、行程,合理的配置初速度、加速時(shí)間、最高速度、換向時(shí)間。以期望達(dá)到效率最高、效果最好 具體見(jiàn)“圖2” |