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伺服系统特点及选型介绍

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Product Training Servo Technology 伺服控制技术培训Advantages and features of a servo drive 伺服驱动的优势及特征

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History of servo drives 伺服驱动的历史

”Servo” derived from the Latin (slave, servant, assistant) “Servo”一词来源于拉丁语(例如： slave, servant, assistant)

Former application ranges:

- mainly used as auxiliary drives (e.g. feed in lathes) 从前的应用范围：- 主要应用于辅助的驱动 (例如. 车床加工机械)现在: everywhere there is a high demand for dynamics and compact design 遍及每一个有高动态性能要求的领域

Today:

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Features of servo drives 伺服驱动的特点

Servo drives are drive systems that exhibit 伺服驱动作为一种系统有广泛的应用： Dynamic 高的动态性能 Precise 精确的定位 overload-capable behavior in a wide speed setting range. 非常宽的调速 范围和高过载能力(a servo drive is not only a synchronous motor with permanent magnet rotor, but also an asynchronous motor that reaches servo characteristics with certain control modes) (伺服驱动不仅是转子为永磁体的同步伺服电机而且包括异步伺服电机，其性能达到了同步伺服电 机的特性水平)

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Requirements for servo drives 伺服驱动的要求

Positioning accuracy 定位精确 Speed accuracy 高的转速精度 Large speed setting range 宽的转速设定范围 High static torque (n=0) 高的静态转矩(n=0) Torque stability 转矩稳定 Overload capacity (3-3.5*M0) 高的过载能力( 3-3.5*M0) Dynamics 动态特性 Short acceleration time 非常小的加速时间 Small mass moment of inertia 小的电机转动惯量 Low weight 重量低 Compact design (small dimensions) 紧凑的外型尺寸

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Application ranges of servo drives 伺服驱动的应用范围

Handling systems Flying knife and saw 飞锯 Plastic processing machines 塑料加工机械 Metal forming 金属成型设备 Paper processing 塑料加工机械 Sheet metal processing 金属片材加工设备 Packaging systems 包装机械 Materials handling technology 物流控制设备 Wood processing 木材加工 Building material technology 建筑原料加工设备 Robotics 机器人技术 Production engineering 生产过程控制

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Comparison of different drive systems 不同驱动系统的比较Asynchronous 异步电机 功率 [kW] 7.5 DC Motor 直流电机 8.3 Synchro

nous 同步伺服电机 7.54 Synchronous 同步伺服电机 7.38

速度 [min-1]型号 [kW] 防护等级 IP54 散热 长度 (flange design ko) 整机重量 [kg] 转子重量 [kg] 电机转动惯量 [10-4 kgm] 额定扭矩 [Nm] 最大扭矩[kg] 最大角加速度 [1/s2]

2900DFV 132 M2 IP 54 风冷 ~400 66 17.3 280 24.7 2.6/1.8 x MN 1588

3200GFVN160M IP 44 风冷 ~625 105 29 496 24.7 1.6 x MN 797

3000DFY 112 ML IP 65 自冷 ~390 38.6 8.2 87.4 24 3 x MN 8238

3000CFM 112 S IP 65 自冷 ~390 26.2 6.8 68.4 23.5 3.5 x MN 12025

最大动态性 (synchr. mot.=100% [%]空载加速度 [ms]TASC / Ma Lijun / 2005.2

20191

10420

10038

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Comparison of different drive systems 不同的驱动系统的比较 Motor weight 电机重量/电机转子重量120 105 100m [kg]80

66

60 40 20 0 17 8.2 DFV132M2 GFVN160M DFY112ML 6.8 CFM112SDriving the world

38.6 29 26.2

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Comparison of different drive systems 不同的驱动系统的比较 Motor mass moment of inertia 电机的转动惯量496 500 400 J [10-4kgm2] 300 200 87.4 100 0 DFV132M2TASC / Ma Lijun / 2005.2

280

68.4

GFVN160M

DFY112ML

CFM112SDriving the world

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Comparison of different drive systems

不同的驱动系统的比较

Acceleration time without load 空载加速时间450 400 350 300 420

tA [ms]

250 200 150 100 50 0 DFV132M2 GFVN160M DFY112ML CFM112SDriving the world

190

38

26

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Comparison of different drive systems Dynamics 动态响应160% 140% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% DFV132M2TASC / Ma Lijun / 2005.2

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1.46

1

0.2

0.1

GFVN160M

DFY112ML

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System configuration in application 驱动应用性能比较

DC Motor 直流电机 过载能力 加速时间 (synch.=100%) 强制风冷 静态扭矩 维护 维修 150-200 500 yes 有限 需一定时间 中等难度

Asynchronous motor control 异步电机开环 150 450-500 yes 没有 时间少 容易

Asynchronous n/ motor 异步电机闭环 <Mk 300-400 yes 有限 时间少 容易

Synchronous 同步伺服电机 350 100 no 有 时间少 困难

驱动大惯量载荷能力电机制动器紧急制动能力 定位特性和重复精度

非常好好根据测速发电机和 外部控制而定 (精度 在伺服电机和异步 电机闭环控制之间)

好好性能一般 l(精度由外 部，如l PLC, 制动器 等决定)

好好 定位精度可达到 50个角度分

困难好 定位精度可达 到5个角度分

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System in application 驱动应用性能比较

主电源开关控制 异步电机 类型 功率DV 132S4 1400RPM

异步电机变频控制 (开环) DV 132 S41400RPM

异步电机变频控 制(闭环) DV132S41400RPM

同步伺服电机 DFY 1123000RPM

5.5 kW

5.5 kW

5.5 kW

5.5 kW

齿轮单元带载最大加速时间 Jext/Jmot

制动

R82 i=14.69时间长 5.4机械制动

R82 i=14.69时间短 5.4电气制动后再机械制 动

R82 i=14.69时间短 5.4电气制动后，零速 保持，再机械制动

R82 i=31.78时间短 3.4电气制动后，零速 保持，再机械制动

停位精度

可达25mm

可达3mm

可达1mm

可达0.5mm

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Positioning performance and repeat accuracySynchronous servomotor 同步伺服电机 Positioning accuracy of ca. 10 angular minutes位置精度为10/MIN

Speed-controlled asynchronous motor转速控制的异步伺服电机(CFC) Positioning accuracy of ca. 20 angular minutes位置精度为20/MIN

Speed-controlled asynchronous motor转速控制的异步电机 (U/f)much less than in speed-controlled asynchronous motor depends on periphery (PLC, brake, etc.)

Speed-controlled DC motor转速控制的异步电机 dependent on encoder and periphery between servo and FRN11

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Advantages of a servo drive 伺服控制的优点

Advantages优点: High speed quality 高的转速精度 High dynamics 高的动态响应 Large speed setting range 非常宽的调速范围 High positioning accuracy 高的位置精度 Static torque (at n=0) 静态转矩 High overload capacity 高的过载能力(3-4*M0) Smooth surface 表面光滑(CM) No fan required in lower 在较低转速下无须风扇

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选择伺服电机： 计算有效运行点，效核电机的热载荷； 计算最大运行点，效核电机和变频器的连接；

计算负载和电机转动惯量的比值，用于检验速度闭环的稳定性；

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事例1

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