电机的选型计算.ppt

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国际单位制（SI）质量:

m单位:

千克（kg）长度:

l单位:

米（m）时间:

t单位:

秒（s）_推导单位:

角度:

单位:

弧度（rad）360=2rad,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,运动学线速度:

lt-1单位:

米每秒（m/sorm.s-1）角速度:

t-1单位:

弧度每秒（rd/sors-1）,xinmtinsDinm,tinsinradians,inrd/sNinrpm,米制单位,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,运动学:

线加速度:

lt-2单位:

米每秒平方（m/s/sorm.s-2）角加速度:

t-2单位:

弧度每平方秒（rad.s-2ors-2）,vinm/stins,tinsinrd/s,米制单位,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,运动学:

力:

mlt-单位:

牛顿（N）力等于质量与加速度的乘积:

F=m重量W:

mlt-单位:

牛顿（N）W=m.g（g:

重力加速度=9,81m/s）力矩M:

mlt-单位:

牛米（Nm）力与长度的乘积:

M=Fr（力与长度的方向垂直时）运动力矩:

M=J（J:

转动惯量kg.m）能量:

mlt-单位:

焦耳（J）力与位移的乘积:

E=FL或转矩与角度的乘积:

E=M,米制单位,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,EinJouletins,FinNewtonVinm/s,MinNminrad/s,米制单位,运动学:

功率:

mlt-3单位:

Watt（W）1W=1J/s*直线运动:

P=Fv*角运动:

P=M,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,英制单位,质量,重量,力:

单位:

磅（lb）盎司（oz）:

1lb=16oz长度:

单位:

英寸（in）1英尺（ft）=12英寸-1码（yd）=3英尺时间:

单位:

秒（s）线速度:

单位:

英寸每秒（in/s）线加速度:

单位:

英寸每平方秒（in/s）力矩:

单位:

英寸磅（in.lb）惯量:

单位:

英寸磅平方秒（in.lb.s）,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,等效的米制和英制单位,重量:

1pound（lb）=453,59237g=0,45359237kg=4,44822N长度:

1inch（in）=2,54cm=0,0254m力矩:

1inchpound（in.lb）=0,1130234Nm惯量:

1inchpoundsecondsquare（in.lb.s）=0,112961kg.m重力加速度:

g=386in/s=32,12ft/s=9,81m/s,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,机械公式,关于机械的背景知识,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,直线运动:

角度运动:

机械公式,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,EinJoulesJinkg.m2inrad/s,直线运动:

转动:

EinJoulesminkgvinm/s,动能,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,惯量的计算,关于机械的背景知识,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,密度:

单位:

千克每立方米（Kg/m3）磅每立方英尺（lb/in3）某个体积承载的重量取决于构成的材料.常见材料的密度:

m:

质量inKgorlbV:

体积inm3orin3:

密度inKg/m3orlb/in3,钢:

7750Kg/m30,286lb/in3铝:

2720Kg/m30,098lb/in3黄铜:

8170Kg/m30,295lb/in3紫铜:

8910Kg/m30,322lb/in3塑料:

1110Kg/m30,040lb/in3,密度,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,长方体,（ifhandWL）,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,实心圆柱体,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,空心圆柱体,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,力臂和质量,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,J=mR2+m1r12,m1,R,r1,J?

m,力臂和质量,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,a-a:

转轴,r,R,b,b,a,a,常用的转动惯量,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,不同类型的机械,关于机械的背景知识,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,减速机,JM:

电机的转动惯量JL:

负载的惯量JLM:

反映到电机的负载惯量ML:

负载转矩JR:

反映到输入侧的减速机惯量R:

机械系数R:

减速机效率,JM,JL,JR,R,R,L,L,ML,M,M,JLM,按照能量守恒定律:

总的惯量:

反映到电机的转矩:

MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,皮带和链条减速器,JM,JL,L,L,ML,M,M,JPM,DPM,NTM,JPL,DPL,NTL,JM:

电机的惯量JL:

负载的惯量ML:

负载转矩JPM:

电机传动轮惯量DPM:

电机传动轮直径NTM:

电机传动轮的齿数JPL:

负载传动轮的惯量DPL:

负载传动轮的直径NTL:

负载传动轮的齿数:

减速器的效率mB:

皮带的质量,MB,总的惯量:

折算的惯量:

折算到电机的转矩:

MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,齿轮箱,JM,JL,L,L,ML,M,M,JGM,NTM,JGL,NTL,JM:

电机的惯量JL:

负载的惯量ML:

负载转矩JGM:

电机侧的齿轮惯量NTM:

电机侧的齿轮齿数JGL:

负载侧的齿轮惯量NTL:

负载侧的齿轮齿数:

减速器的效率,总的惯量:

折算的惯量:

折算到电机的转矩:

MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,导螺杆,JM:

电机的惯量JC:

耦合惯量mL:

负载的质量XL:

负载的位移VL:

负载的速度mT:

工作台的质量FP:

力Fg:

重力Ffr:

摩擦JS:

螺杆的惯量p:

螺距（mm/rev）:

轴向的角度:

螺杆的效率:

摩擦系数g:

重力加速度,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,折算的惯量:

导螺杆,根据能量守恒定律:

如果我们考虑到螺杆,负载,工作台的数据和效率:

总的惯量:

MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,折算到电机的转矩:

导螺杆,按照能量守恒定律:

如果我们考虑到螺杆,负载,工作台的数据和效率:

MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,传送带,JM,JP3,D3,M,M,mL,XL,VL,Ffr,FP,Fg,MB,JP2,D2,JP1,D1,JM:

电机的惯量mL:

负载的质量XL:

负载的位移VL:

负载的速度mT:

工作台的质量FP:

力Fg:

重力Ffr:

摩擦JPx:

传动轮的惯量Dx:

传动轮的直径NTP1:

主传动轮的齿数p:

齿条的节距（mm/tooth）CP1:

主传动轮的周长:

轴向的角度:

皮带传动轮的效率:

摩擦系数g:

重力加速度,NTP1,p,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,传送带,折算的惯量:

总的惯量:

JP1,JP2,JP3根据实心柱体计算.,折算到电机的转矩:

MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,Rackandpinion,JM,M,M,ML,XL,VL,Ffr,FP,Fg,MT,DG,JG,NTG,PG,JM:

电机的惯量mL:

负载的质量XL:

负载的位移VL:

负载的速度FP:

力Fg:

重力Ffr:

摩擦JG:

齿轮的惯量DG:

齿轮的直径NTG:

齿轮的齿数pG:

齿的节距（mm/tooth）CG:

齿轮的周长:

轴的角度:

齿轮的效率:

摩擦系数g:

重力加速度,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,Rackandpinion,JM,M,M,ML,XL,VL,Ffr,FP,Fg,MT,DG,JG,NTG,PG,折算的惯量:

总的惯量:

折算到电机的转矩:

MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,机械效率,常见的机械的效率:

阿基米德螺杆（带铜衬套）:

from0.35to0.65阿基米德螺杆（塑料衬套）:

from0.50to0.85滚珠丝杠:

from0.75to0.85预加载滚珠丝杠:

from0.85to0.95正齿轮:

0.75锥齿轮:

from0.90to0.95蜗轮:

from0.45to0.85链轮:

0.95,0.98调速皮带:

0.96,0.98轴承:

0.98,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,摩擦,关于机械的背景知识,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,摩擦,摩擦:

当一个物体在另一个物体上滑动时,两个物体之间的作用力.取决与两个物体之间的相对速度.摩擦力的方向与滑动的方向相反摩擦的公共模型有三个组成部分:

滑动摩擦（Coulomb）:

幅值大致不变.零速时的粘滞摩擦（静摩擦）.从零速到滑行的摩擦过渡不明显.仅仅在很低的速度下发生.对系统有不稳定的影响,会造成粘滑运动的现象.Thisphenomenonisexacerbatedwithcompliantcouplings.与速度成正比的粘滞阻尼.,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,摩擦,摩擦力（N）,Fstiction（静摩擦）,Fcoulomb（滑动摩擦）,Fviscous（Nm/rpm）,粘滞效应,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,摩擦,典型的滑动摩擦系数:

钢对钢:

0.58钢对钢（涂脂）:

0.15铝对钢:

0.45黄铜对钢:

0.35紫铜对钢:

0.58塑料对钢:

0.15,0.25,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,惯量系数,关于机械的背景知识,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,电机规格的选择,低惯量电机还是高惯量电机?

负载和电机之间的惯量匹配?

MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,低惯量,低惯量=高加速度因为牛顿定律告诉我们,对于一个旋转的系统:

M=J这里M:

转矩（Nm）J:

惯量（Kg.m）:

角加速度rd/s=M/J（加速度=转矩/惯量）低惯量电机:

允许高动态系统.增加系统带宽.但是增加了负载与电机的不匹配,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,不同惯量下系统的响应,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,再生能量,IMechanicalremindersII再生能量再生能量原理制动电阻选型IIIDifferentstagesofsizingIVSchneiderMotionSizerVExercises,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,再生能量原理,再生能量,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,4象限概念,4-象限调节:

象限系指以转速转矩为坐标轴所画图的4个区域正速度方向:

顺时针.,当速度与转矩方向相同时，为电动状态（1和3象限）,2，4象限，电机处于制动状态.电机工作于发电机状态.,电机再生的能量必须被消耗.,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,主回路图,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,制动电阻消耗再生能量,CommandBrakingResistor,在制动状态下（Q2and4）电机将释放的动能E=J2（J=JM+JL）忽略损耗，机械能通过并联的二极管返回电容.Ec=CU2返回的能量导致直流母线电压升高.,为避免损坏元件,驱动器会监测直流母线电压.当直流母线电压超过一定阀值后,制动晶体管激活,使电容向制动电阻放电,降低直流电压.当电压低于某一值时,电阻回路又被切断.,UM,UHYS,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,消耗制动能量的不同方法,首先,制动能量存储在电容中:

制动伊始,能量不是很高时（制动电阻尚未介入）.EC=C（UM2-UNOM2）当制动电阻接入时,电容上的储能.EC=C（UM2-UHYS2）当动能大于Ec,就必须通过制动电阻释放.当然还可以想办法将能量返回电网特殊的整流桥.特殊的制动单元.,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,消耗制动能量的不同方法,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,制动电阻的计算,产生的能量,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,制动电阻的指标:

Ohm值.驱动器的容量决定了最小的阻值.峰值功率.由最小电阻和直流母线电压决定.持续功率.与工作循环有关.,制动电阻,制动电阻的计算需要:

系统惯量,工作循环表.,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,制动电阻计算指导,Step1:

对每个工作循环画速度-时间图和力矩-时间图无需画出力矩的幅值,只需画出力矩的方向.,Step2:

确定每个部分的工作状态,是否减速/速度力矩是否方向相反.,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,Guidelineforresistorcalculation,Step4:

把每一段制动能量与电容能吸收的能量相比,如电容能吸收,这一段无需制动电阻,Step3:

计算减速时,回到驱动器的动能,Ei=1/2Jti;ifbrakingfromnito0rpm.Ei=1/2Jt（i-j）;ifbrakingfromnitonjrpm.Joules,kg-m2,rad/sec（i=2ni/60）,Step5:

计算需要在电阻上消耗的能量,Edissipated=Egenerated-Eabsorbedbycapacitors,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,Guidelineforresistorcalculation,Step6:

计算峰值功率,将每一段需要消耗的动能除以这一段的减速时间Ppeak=Edissipated/tideceleration（s）?

当然,还要检查最大峰值功率如果最大峰值功率超出了驱动器的最大过载能力,则需放大驱动器.,Step7:

Calculatethecontinuouspowerdissipatedbythebrakingresistorbytotalingallthedissipatedenergyanddividingitbythetotalcycletime.Pcontinuous=E1dissipated+E2dissipated+Eidissipated）/TcycleCheckinthedrivecharacteristictableifwehavetouseanexternalresistor.,Note:

AllthestepsofthisguidelinearewhenusingsingleaxisconnectedonDCBusvoltage.,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,MotorandDriveSizing,IMechanicalremindersIIEnergyregeneratedIIIDifferentstagesofsizingMachinedataStaticsizingDynamicsizingThermalverificationInertiaratioBrakingresistorIVSchneiderMotionSizerVExercises,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,Stage1:

MachinedataPerformancerequirements,Differentstagesofsizing,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,Machinedata,Tosizecorrectlyamotoranddriveassociationweneedanydatafromthecustomeraboutthemachinekinematics:

Typeofaxis:

Rotaryorlinearaxis?

Horizontalorvertical?

Angle?

Typeofkinematics:

Typeandsizeofkinematics.（Conveyor,leadscrew,rackandpinion,niproll,.）Typeofguidance.（Slide,bearings,roll,）Toestimatefriction.Typeandratioforgearboxes.（Gear,belt-pulley,）Loadsize:

Loaddimensions.Masstomove.,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,Performancesrequirements,Thecustomeralsomustdefineallhisrequirementsfortheperformancesofthemotion:

Maximalspeedoftheaxis.Workingforcesortorque.Optimumworkingcycle:

Timeofcycle,Accelerationanddecelerationtimes,Distancesofmoving,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,Stage2:

Staticsizing,Differentstagesofsizing,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,Staticsizing,ELEMENTSTODEFINE:

Maximalspeedofthemotor:

nMAX.Fromallthedataofthekinematics,calculatethemaximalspeedofthemotortoreachthespeedrequirements.WorkingtorqueMt.Fromtheworkingforcerequiredandthedataofthekinematics,calculatethenecessaryworkingtorque.FrictiontorqueMf.Calculateorevaluateifpossiblethefrictiontorqueontheaxis.FIRSTAPPROACHOFMOTORCHOICE:

Nominalspeed:

nNnMAX.Nominaltorque:

MNMt+Mf.,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,Stage3:

Dynamicsizing,Differentstagesofsizing,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,ELEMENTSTODEFINE:

Accelerationtorque:

MACC=J.Fromallthedataofthekinematics,calculatethetorquetoreachtheaccelerationrequirements.FrictiontorqueMf.Calculateorevaluateifpossiblethefrictiontorqueontheaxis.FIRSTAPPROACHOFDRIVECHOICE:

Maximaltorque:

MMAXMACC+Mf.Themaximaltorqueavailableonthemotorisdefinedbythemaximalcurrentavailableonthedrive.,Dynamicsizing,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,Stage4:

Thermalverification,Differentstagesofsizing,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,Thermalverification,Fromthefirstmotor-driveassociationdefinedpreviously,itisnecessarytocheckitsappropriatenesswiththeworkingcycle.Plotspeedversustimeandtorqueversustimefortheentiremotioncycle.,MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,Thermalverification,Calculatingtheaveragespeed.,Calculatingtheequivalentthermaltorque.,Duringtheaccelerationanddecelerationtimes:

MichelCOUPAT,M8lex15LexiumSizer,Thermalverification,ComparethecalculationresultswiththeTorquec