电机选型步骤
2016-09-12 10:08阅读：
一、伺服电机选型及步骤
每种型号电机的规格项内均有额定转矩、最大转矩及电机惯量等参数，各参数与负载转矩及负载惯量间必定有相关联系存在。
选用电机的输出转矩应符合负载机构的运动条件要求，如加速度的快慢、机构的重量、机构的运动方式（水平、垂直、旋转）等；运动条件与电机输出功率无直接关系，但是一般电机输出功率越高，相对输出转矩也会越高。因此，不但机构重量会影响电机的选用，运动条件也会改变电机的选用。惯量越大时，需要越大的加速及减速转矩，加速及减速时间越短时，也需要越大的电机输出转矩。
选用伺服电机规格时，依下列步骤进行。
(1)明确负载机构的运动条件要求，即加／减速的快慢、运动速度、机构的重量、机构的运动方式等。
(2)依据运行条件要求选用合适的负载惯最计算公式，计算出机构的负载惯量。
(3)依据负载惯量与电机惯量选出适当的假选定电机规格。
(4)结合初选的电机惯量与负载惯量，计算出加速转矩及减速转矩。
(5)依据负载重量、配置方式、摩擦系数、运行效率计算出负载转矩。
(6)初选电机的最大输出转矩必须大于加速转矩加负载转矩；如果不符合条件，必须选用其他型号计算验证直至符合要求。
(7)依据负载转矩、加速转矩、减速转矩及保持转矩，计算出连续瞬时转矩。
(8)初选电机的额定转矩必须大于连续瞬时转矩，如果不符合条件，必须选用其他型号计算验证直至符合要求。
(9)完成选定。
【伺服电机基本三要素】
1、转数N：根据客户实际要求，对于同等功率电机可选配不同转数电机，一般来说，转数越低，价格越便宜。
2、扭矩T：必须满足实际需要，但是不需要像步进电机那样留有过多的余量。
3、惯量J：根据现场要求选用不同惯量的电机，如机床行业一般选用大惯量的伺服电机。
【伺服电机功率基本计算】
输出功率 P =0.1047*N*T
式中N为旋转速度，T为扭矩。旋转速度基本为3000转。
扭矩 T =r*M*9.8
式中r为轴半径，M为物体重量。
【伺服电机功率选择要点】
电动机的功率，应根据生产机械所需要的功率来选择，尽量使电动机在额定负载下运行。
如果电动机功率选得过小，就会出现“
小马拉大车”现象，造成电动机长期过载，使其绝缘因发热而损坏。甚至电动机被烧毁。
如果电动机功率选得过大，就会出现“大马拉小车”现象，其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利。而且还会造成电能浪费。
【伺服电机功率实际选型计算方法】
1、要正确选择电动机的功率，必须经过以下计算或比较：
功率 P = F*V /1000 (P=计算功率 KW，F=所需拉力N，V=工作机线速度 M/S)
2、对于恒定负载连续工作方式，可按下式计算所需电动机的功率：
P1(kw)：P=P/n1n2
式中 n1为生产机械的效率；n2为电动机的效率，即传动效率。
按该公式求出的功率P1，不一定与产品功率相同。因此，所选电动机的额定功率应等于或稍大于计算所得的功率。
3、用类比法来选择电动机的功率：
所谓类比法，就是与类似生产机械所用电动机的功率进行对比。具体做法是：了解本单位或附近其他单位的类似生产机械使用多大功率的电动机，然后选用相近功率的电动机进行试车。试车的目的是验证所选电动机与生产机械是否匹配。验证的方法是：使电动机带动生产机械运转，用钳形电流表测量电动机的工作电流，将测得的电流与该电动机铭牌上标出的额定电流进行对比。
如果电功机的实际工作电流与铭脾上标出的额定电流上下相差不大。则表明所选电动机的功率合适。
如果电动机的实际工作电流比铭牌上标出的额定电流低70％左右。则表明电动机的功率选得过大，应调换功率较小的电动机。
如果测得的电动机工作电流比铭牌上标出的额定电流大40％以上。则表明电动机的功率选得过小，应调换功率较大的电动机。
4、最后需要综合考虑扭矩（转矩），电机功率和转矩计算公式：
即扭矩 T = 9550 P/n
式中 P — 功率，kW；n — 电机的额定转速，r/min；T —转矩，Nm。
电机的输出转矩一定要大于工作机械所需要的转矩，一般需要一个安全系数。
机械功率公式：P=T*N/97500
式中 P：功率单位W；T：转矩，单位克/cm；N:转速，单位r/min。、
二、步进电机选型步骤
步进电机是将电脉冲激励信号转换成相应的角位移或线位移的离散值控制电动机，这种电动机每当输入一个电脉冲就动一步，所以又称脉冲电动机。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。
步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。因此，步进电机选型需要以下三大要素。
1、步距角
步进电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率换算到步进电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。步进电机的步距角应等于或小于此角度。市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度（三相电机）等。
2、静力矩
步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）。
3、电流
静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流。
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选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩Mjmax大的电机，负载力矩大。
选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。
选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要。
选择步进电机需要进行以下计算：
（1）计算齿轮的减速比
根据所要求脉冲当量，齿轮减速比i计算如下:
i=(φ.S)/(360.Δ) (1-1)
式中φ ---步进电机的步距角（o/脉冲）
S ---丝杆螺距（mm)
Δ---(mm/脉冲）
（2）计算工作台，丝杆以及齿轮折算至电机轴上的惯量Jt。
Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2] （1-2）
式中Jt ---折算至电机轴上的惯量(Kg.cm.s2)
J1、J2 ---齿轮惯量(Kg.cm.s2)
Js ----丝杆惯量(Kg.cm.s2) W---工作台重量（N）
S ---丝杆螺距（cm）
（3）计算电机输出的总力矩M
M=Ma+Mf+Mt （1-3）
Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2 （1-4）
式中Ma ---电机启动加速力矩（N.m)
Jm、Jt---电机自身惯量与负载惯量(Kg.cm.s2)
n---电机所需达到的转速（r/min）
T---电机升速时间（s）
Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2 （1-5）
Mf---导轨摩擦折算至电机的转矩（N.m)
u---摩擦系数
η---传递效率
Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2 （1-6）
Mt---切削力折算至电机力矩（N.m)
Pt---最大切削力（N）
（4）负载起动频率估算。数控系统控制电机的启动频率与负载转矩和惯量有很大关系，其估算公式为
fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml）÷(1+Jt/Jm)] 1/2 （1-7）
式中fq---带载起动频率（Hz）
fq0---空载起动频率
Ml---起动频率下由矩频特性决定的电机输出力矩（N.m)
若负载参数无法精确确定,则可按fq=1/2fq0进行估算.
（5）运行的最高频率与升速时间的计算。由于电机的输出力矩随着频率的升高而下降，因此在最高频率
时，由矩频特性的输出力矩应能驱动负载，并留有足够的余量。
（6）负载力矩和最大静力矩Mmax。负载力矩可按式（1-5）和式（1-6）计算，电机在最大进给速度时，由矩频特性决定的电机输出力矩要大于Mf与Mt之和，并留有余量。一般来说，Mf与Mt之和应小于（0.2
～0.4)Mmax.
三、振动电机选型注意事项
振动电机如何正确选型
振动设备配置振动电机，首先应该对振动电机正确选型，这样才能使振动机械发挥出最佳效果。如果选的小，激振力不够会使设备振不起来，造成电机过载烧毁；选的大，激振力过强会造成设备焊缝开裂整体损坏；选的级数不对，直接造成设备空耗，达不到生产所需要求。
由于振动电机并非国标产品,没有统一标准.
通常情况一个厂家一个型号,即使是同种型号,安装尺寸也不尽相同,给客户造成很多困扰,以下是振动电机选型需要注意的事项:
1.根据电机铭牌上所标注的型号、功率、电流、转速、激振力、电压初步确认所选购的振动电机。
2.简单测量电机的安装尺寸，主要是螺栓联接尺寸，确保正常安装，避免不同厂家的电机型号相同，安装尺寸相差甚远。
3.各个厂家由于加工工艺不同，生产电机的激振力有所差异，尤其两台或者多台同时运行，对激振力大小差异有一定要求，这就要求在选择时注意不要把不同厂家生产的电机同时用在一台设备上。
