自動(dòng)化領(lǐng)域指如今的大熱門，而伺服電機(jī)在其中占有重要地位，通常用于項(xiàng)目中較精確的速度或位置控制部件的驅(qū)動(dòng)。自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)計(jì)者常常需要面臨各種各樣不同需求的電機(jī)選型問題。本文首先介紹了伺服電機(jī)的選型步驟及原則，其次闡述了如何給自動(dòng)化設(shè)備設(shè)計(jì)選擇伺服電機(jī)，最后介紹了伺服電機(jī)的選型注意事項(xiàng)，具體的跟隨小編一起來了解一下。

伺服電機(jī)的選型步驟

（1）明確負(fù)載機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)條件要求，即加/減速的快慢、運(yùn)動(dòng)速度、機(jī)構(gòu)的重量、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式等。

（2）依據(jù)運(yùn)行條件要求選用合適的負(fù)載慣量計(jì)算公式計(jì)算出機(jī)構(gòu)的負(fù)載慣量。

（3）依據(jù)負(fù)載慣量與伺服電機(jī)慣量選出適當(dāng)?shù)募龠x定伺服電機(jī)規(guī)格。

（4）結(jié)合初選的伺服電機(jī)慣量與負(fù)載慣量，計(jì)算出加速轉(zhuǎn)矩及減速轉(zhuǎn)矩。

（5）依據(jù)負(fù)載重量、配置方式、摩擦系數(shù)、運(yùn)行效效率計(jì)算出負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

（6）初選伺服電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩必須大于加速轉(zhuǎn)矩＋負(fù)載轉(zhuǎn)矩；如不符合條件，必須選用其他型號(hào)計(jì)算驗(yàn)證直至符符合要求。

（7）依據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、加速轉(zhuǎn)矩、減速轉(zhuǎn)矩及保持轉(zhuǎn)矩計(jì)算出連續(xù)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩。

（8）初選伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩必須大于連續(xù)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩，如，如果不符合條件，必須選用其他型號(hào)計(jì)算驗(yàn)證直至符合要求。

（9）完成選定。

伺服電機(jī)的選型原則

1、根據(jù)運(yùn)行要求選擇負(fù)載慣量計(jì)算公式，計(jì)算機(jī)構(gòu)的負(fù)載慣量。

2、通常，明確負(fù)載機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)條件要求，即加減速度、運(yùn)行速度、重量、運(yùn)行方式等，這是選擇伺服規(guī)格的必要。

3、負(fù)載重量、配置方式、摩擦系數(shù)來計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

4、負(fù)載慣量和伺服電機(jī)慣量也是選擇電機(jī)規(guī)格的必要考慮因素，用戶可以根據(jù)兩者計(jì)算出加速轉(zhuǎn)矩及減速轉(zhuǎn)矩，并選擇行當(dāng)?shù)募龠x定規(guī)格。

5、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、加減速轉(zhuǎn)矩、保持轉(zhuǎn)矩，計(jì)算連續(xù)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩。連續(xù)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩一定要小于初選伺服電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，否則只能選擇其他符合條件的規(guī)格。

6、注意 加速轉(zhuǎn)矩+負(fù)載轉(zhuǎn)矩〈初選伺服的最大輸出轉(zhuǎn)矩

自動(dòng)化設(shè)備設(shè)計(jì)中如何選擇伺服電機(jī)

1、應(yīng)用場(chǎng)景

自動(dòng)化領(lǐng)域的控制型電機(jī)可分為伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、變頻電機(jī)等。在需要較為精確的速度或位置控制的部件，會(huì)選擇伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

變頻器+變頻電機(jī)的控制方式，是通過改變輸入電機(jī)的電源頻率而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法。一般只用于電機(jī)的調(diào)速控制。

伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)相比：

a）伺服電機(jī)使用閉環(huán)控制，步進(jìn)電機(jī)為開環(huán)控制；

b）伺服電機(jī)使用旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)量精度，步進(jìn)電機(jī)使用步距角。普通產(chǎn)品級(jí)別上前者的精度可達(dá)后者的百倍數(shù)量級(jí)；

c）控制方式相似（脈沖或方向信號(hào)）。

2、供電電源

伺服電機(jī)從供電電源上區(qū)分可分為交流伺服電機(jī)和直流伺服電機(jī)。

二者還是比較好選擇的。一般的自動(dòng)化設(shè)備，甲方都會(huì)提供標(biāo)準(zhǔn)的380V工業(yè)電源或220V電源，此時(shí)選擇對(duì)應(yīng)電源的伺服電機(jī)即可，免去電源類型的轉(zhuǎn)換。但有一些設(shè)備，比如立體倉庫中的穿梭板、AGV小車等，由于本身的移動(dòng)性質(zhì)，大部分使用自帶直流電源，所以一般使用直流伺服電機(jī)。

3、抱閘

根據(jù)動(dòng)作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，考慮在停電狀態(tài)下或靜止?fàn)顟B(tài)下，是否會(huì)造成對(duì)電機(jī)的反轉(zhuǎn)趨勢(shì)。如果有反轉(zhuǎn)趨勢(shì)，就需要選擇帶抱閘的伺服電機(jī)。

4、選型計(jì)算

選型計(jì)算前，首先要確定的是機(jī)構(gòu)末端的位置和速度要求，再者確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。此時(shí)即可選擇伺服系統(tǒng)和對(duì)應(yīng)的減速器。

選型過程中，主要考慮以下參數(shù)：

4.1、功率和速度

根據(jù)結(jié)構(gòu)形式和最終負(fù)載的速度和加速度要求，計(jì)算電機(jī)所需功率和速度。值得注意的是，通常情況下需要結(jié)合所選電機(jī)的速度選取減速機(jī)的減速比。

在實(shí)際選型過程中，比如負(fù)載為水平運(yùn)動(dòng)，因?yàn)楦鱾€(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦系數(shù)和風(fēng)載系數(shù)的不確定性，公式P=T*N/9549往往無法明確計(jì)算（無法精確計(jì)算扭矩的大?。?。而在實(shí)踐過程中，也發(fā)現(xiàn)使用伺服電機(jī)所需功率最大處往往是加減速階段。所以，通過T=F*R=m*a*R可定量計(jì)算所需電機(jī)的功率大小和減速機(jī)的減速比（m：負(fù)載質(zhì)量；a：負(fù)載加速度；R：負(fù)載旋轉(zhuǎn)半徑）。

有以下幾點(diǎn)需要注意：

a）電機(jī)的功率富余系數(shù)；

b）考慮機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率；

c）減速機(jī)的輸入和輸出扭矩是否達(dá)標(biāo)，并有一定的安全系數(shù)；

d）后期是否會(huì)有加大速度的可能性。

值得一提的是，在傳統(tǒng)行業(yè)中，例如起重機(jī)等行業(yè)，使用普通的感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，加速度無明確要求，計(jì)算過程使用的是經(jīng)驗(yàn)公式。

注：負(fù)載垂直運(yùn)行的情況下，注意把重力加速度計(jì)算在內(nèi)。

4.2、慣量匹配

要實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的高精度控制，需要考慮電機(jī)與系統(tǒng)的慣量是否匹配。

對(duì)于為什么需要慣量匹配的問題，網(wǎng)上并沒有給出一統(tǒng)江湖的說法。個(gè)人理解有限，在這里就不解釋了。有興趣的朋友可以自行考證一下并告知一聲。慣量匹配的原則為：考慮系統(tǒng)慣量折合到電機(jī)軸上，與電機(jī)的慣量比不大于10（西門子）；比值越小，控制穩(wěn)定性越好，但需要更大的電機(jī)，性價(jià)比更低。具體的計(jì)算方法如有不明白的請(qǐng)自行補(bǔ)學(xué)大學(xué)“理論力學(xué)”。

4.3、精度要求

計(jì)算經(jīng)過減速機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的變化后，電機(jī)的控制精度是否能夠滿足負(fù)載的要求。減速器或某些傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有一定的回程間隙，都需要考慮。

4.4、控制匹配

這個(gè)方面主要是與電氣設(shè)計(jì)人員溝通確認(rèn)，比如伺服控制器的通訊方式是否與PLC匹配，編碼器類型及是否需要引出數(shù)據(jù)等。

值得一提的是，做自動(dòng)化的設(shè)計(jì)，要學(xué)會(huì)借外力。特別是做非標(biāo)自動(dòng)化，面臨太多設(shè)備的選型和計(jì)算，往往不堪重負(fù)，加班累成狗是常態(tài)。現(xiàn)在伺服電機(jī)廠商都會(huì)提供技術(shù)支持，只要你提供給他負(fù)載、速度、加速度等參數(shù)要求，他們有一套自己的軟件自動(dòng)幫助你計(jì)算并選擇合適的伺服電機(jī)，非常的方便。

伺服電機(jī)選型的注意事項(xiàng)

1、有些系統(tǒng)如傳送裝置，升降裝置等要求伺服電機(jī)能盡快停車，而在故障、急停、電源斷電時(shí)伺服器沒有再生制動(dòng)，無法對(duì)電機(jī)減速。同時(shí)系統(tǒng)的機(jī)械慣量又較大，這時(shí)對(duì)動(dòng)態(tài)制動(dòng)器的要依據(jù)負(fù)載的輕重、電機(jī)的工作速度等進(jìn)行選擇。

2、有些系統(tǒng)要維持機(jī)械裝置的靜止位置，需電機(jī)提供較大的輸出轉(zhuǎn)矩，且停止的時(shí)間較長。如果使用伺服的自鎖功能，往往會(huì)造成電機(jī)過熱或放大器過載，這種情況就要選擇帶電磁制動(dòng)的電機(jī)。

3、有的伺服驅(qū)動(dòng)器有內(nèi)置的再生制動(dòng)單元，但當(dāng)再生制動(dòng)較頻繁時(shí)，可能引起直流母線電壓過高，這時(shí)需另配再生制動(dòng)電阻。再生制動(dòng)電阻是否需要另配，配多大，可參照相應(yīng)樣本的使用說明來配。

4、如果選擇了帶電磁制動(dòng)器的伺服電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量會(huì)增大，計(jì)算轉(zhuǎn)矩時(shí)要進(jìn)行考慮。