伺服选型流程

伺服选型流程第1页，共42页，2023年，2月20日，星期日※選用何種馬達1、性能要求：定位、定速、定扭力2、速度要求：高速、低速3、定位要求4、尺寸5、價格第2页，共42页，2023年，2月20日，星期日馬達選用的規格1、馬達容量（W）2、馬達額定轉速（rpm）3、額定扭矩及最大扭矩（N•m）4、轉子慣量（kg•㎡）5、是否需要煞車（制動器）6、體積、重量、尺寸※如何選定伺服馬達（1∕3）馬達選用考慮因素1、負載機構2、動作模式3、負載速度4、定位精度5、使用環境第3页，共42页，2023年，2月20日，星期日※如何選定伺服馬達（2∕3）減速機構的影響1、回轉速度：NM=Nt×R

2、扭力：TL=Tℓ×（1÷R）

3、慣量（GD²）：GD²L=GD²L×（1÷R）²

第4页，共42页，2023年，2月20日，星期日1、負載扭力◎加速扭力≦馬達最大扭力◎連續實效負載扭力≦馬達額定扭力◎消耗回生電力＜驅動器內回生容量◎負載扭力＜馬達額定扭力2、負載慣性矩＜3～5倍馬達轉子慣性矩3、最大移動速度＜馬達最大轉速4、負載率在85﹪以下5、馬達的扭矩特性※如何選定伺服馬達（3∕3）第5页，共42页，2023年，2月20日，星期日AC伺服馬達的選用流程（1∕2）伺服機構的確認（含減速比）製作運轉曲線（速度曲線）計算回轉速度計算負載慣量（GDL²）計算負載扭力（TL）選擇伺服馬達負載慣量（GDL²）是否低於馬達轉子慣量的3～5倍1、增加減速機構2、降低瞬間負載慣量（GDL²）3、更改為容量更大的馬達4、變更運轉曲線（速度曲線）YESNO第6页，共42页，2023年，2月20日，星期日計算加減速扭力（Ta‧Td）加速扭力（Ta）與負載扭力（TL）合計在瞬間最大扭力（Tmax）以下YESNOAC伺服馬達的選用流程（2∕2）計算實效負載扭力（Trms）實效負載扭力（Trms）在額定扭力（TM）以下YESNO決定使用馬達第7页，共42页，2023年，2月20日，星期日※機械傳動方式1、滾珠螺桿傳動2、齒條及小齒輪傳動應用場合：短距離移動，高精度齒條小齒輪應用場合：較長距離移動第8页，共42页，2023年，2月20日，星期日※機械傳動方式3、時規皮帶傳動時規齒輪時規皮帶齒應用場合：大型搬運及精密機械4、鏈條傳動應用場合：長距離及高速位移第9页，共42页，2023年，2月20日，星期日※機械傳動方式5、滾輪送料傳動送料滾輪直徑送料滾輪應用場合：衝床機械定尺寸送料及切割機6、台車傳動第10页，共42页，2023年，2月20日，星期日※運動方向2、水平運動1、旋轉運動3、垂直運動通常應用於分度盤通常應用於滾珠螺、齒輪、皮帶、鏈條傳動元件通常應用於機械升降軸、機械手臂上下軸第11页，共42页，2023年，2月20日，星期日※伺服馬達容量計算步驟及公式Vℓ速度線TPTLTstatctdtmtcy扭力線1、繪製速度曲線圖第12页，共42页，2023年，2月20日，星期日※伺服馬達容量計算步驟及公式2、計算回轉速度

A、負載端回轉速度（Nℓ

）

Nℓ=依據機械構成而變化

B、馬達端回轉速度（NM

）

NM=Nℓ×R

3、計算負載扭力（TL）

TL

＝依據機械構成而變化4、計算負載慣量（JL）

JL

＝依據機械構成而變化第13页，共42页，2023年，2月20日，星期日※伺服馬達容量計算步驟及公式5、計算負載運行能量（Po）

Po

＝602π×NM×TL6、計算負載啟動能量（Pa）

Pa

＝（×NM）²×602πtaJL7、選定伺服馬達條件◎負載扭力（TL）＜馬達額定扭力◎Pa

＋Po

＝1.5～2倍馬達額定輸出功率◎NM≦馬達最大轉速◎負載慣量（JL）＜3～5倍馬達轉子慣量第14页，共42页，2023年，2月20日，星期日※伺服馬達容量計算步驟及公式8、檢查所選定的伺服馬達

A、啟動扭力檢查（TP）

TP＝＋TL

啟動扭力（TP）＜瞬間最大扭力

B、停止扭力檢查（TS）

Ts＝－TL

停止扭力（TS）＜瞬間最大扭力

60×ta2π×NM×（JM＋JL）60×td2π×NM×（JM＋JL）第15页，共42页，2023年，2月20日，星期日※伺服馬達容量計算步驟及公式C、實效扭力檢查（Trms）

Trms＝實效扭力（Trms）＜額定扭力tcyTP²

×ta＋TL²

×tc＋Ts²

×td√第16页，共42页，2023年，2月20日，星期日※伺服馬達容量計算相關公式1、移動量ℓ（m）ℓ=×Vℓ60ta＋2tc＋td2＊當ta

＝tdℓ=×（tm－ta）Vℓ602、馬達軸回轉速度NM（r/min）NM=Nℓ×R60×（TPM－TL）2π×NM×（JM＋JL）3、最小啟動時間tam（s）tam=60×（TPM＋TL）2π×NM×（JM＋JL）4、最小制動時間tdm（s）tdm=第17页，共42页，2023年，2月20日，星期日※負載扭力及負載慣量計算公式1、回轉體A、負載扭力TL（N•m

）TL＝R×ηTℓB、負載慣量JL（㎏

•㎡）實心圓柱空心圓柱L（m）D（m）L（m）D0（m）D1（m）（以馬達軸換算回轉運動部份的慣量）減速機入力側的回轉運動部份＝×ρ×L×D⁴（實心圓柱）32πJK＝×ρ×L×（D0⁴－

D1⁴）（空心圓柱）32π減速機出力側的回轉運動部份JL1＝R²JK＊JL＝JK＋JL11/RNℓJK＝×MK×D²81第18页，共42页，2023年，2月20日，星期日※負載扭力及負載慣量計算公式2、螺桿（水平）A、負載扭力TL（N•m

）TL＝2π×R×η9.8×μ×M×PBB、負載慣量JL（㎏

•㎡）＊JL＝JK＋JL1＋JL2VℓMμ1/RPB直線運動部份JL2＝M×（）²2πRPBC、負載軸回轉速度Nℓ（r/min）Nℓ＝PBVℓ第19页，共42页，2023年，2月20日，星期日※負載扭力及負載慣量計算公式2、螺桿（垂直）A、負載扭力TL（N•m

）TL＝2π×R×η9.8×（M－MC）×PBB、負載慣量JL（㎏

•㎡）＊JL＝JK＋JL1＋JL2VℓM1/RPB直線運動部份JL2＝（M＋MC

）×（）²2πRPBC、負載軸回轉速度Nℓ（r/min）Nℓ＝PBVℓMC第20页，共42页，2023年，2月20日，星期日※伺服馬達容量選擇範例Ex1:負載速度：Vℓ=10m/min伺服馬達聯軸器直線運動機構滾珠螺桿直線運動機構質量：M

=200㎏滾珠螺桿長度：LB

=1.4m滾珠螺桿直徑：DB

=0.04m滾珠螺桿導程：PB

=0.01m聯軸器質量：Mc

=1

㎏聯軸器外徑：Dc

=0.06m動作次數：n

=40次/min動作距離：ℓ

=0.15m動作時間：tm

=1.0s以下摩擦係數：μ=0.2機械效率：η=0.85（85﹪）1、速度圖Vℓ10速度（m/min）tatdtc1.0tcy時間（s）t===1.5（s）n60□60ta=tdta=tm－=□－＝□（s）Vℓ60×ℓ□60×□tc=□－ta×2=□（s）第21页，共42页，2023年，2月20日，星期日※伺服馬達容量選擇範例2、回轉速度＊負載端回轉速度Nℓ＝＝＝□（r/min）PBVℓ□□＊負載端回轉速度NM＝Nℓ×R（直結）=□×□=□（r/min）3、負載扭力TL＝＝＝□（N•m）2π×R×η9.8×μ×M×PB2π×□×□□×□×□×□4、負載慣量＊馬達軸換算負載慣量JL＝JB＋JC＋JL1＝□（㎏•㎡）直線運動部份JL1＝M×（）²＝□

×（）²=□

（㎏•㎡）2πRPB螺桿部份JB＝×ρ×L×D⁴＝×7.87×10¯³×□

×（□）⁴32π32π＝□

（㎏

•㎡）2π×□□聯軸器部份JC＝×MC×D²=×1×（□）²

＝□

（㎏•㎡）8181第22页，共42页，2023年，2月20日，星期日※伺服馬達容量選擇範例5、負載運行能量（Po）

Po

＝＝＝□（W）602π×NM×TL602π×□

×□6、負載啟動能量（Pa）

Pa

＝（×NM）²×

＝（×□

）²×＝□（W）602πtaJL602π□□7、選定伺服馬達條件◎負載扭力（TL）＜馬達額定扭力◎Pa

＋Po

＝1～2倍馬達額定輸出功率◎NM≦馬達最大轉速◎負載慣量（JL）＜3～5倍馬達轉子慣量依條件選定：□第23页，共42页，2023年，2月20日，星期日※伺服馬達容量選擇範例

選定馬達規格（□）

◎馬達額定輸出功率＝□（W）

◎馬達額定轉速＝□（rpm）◎馬達額定扭力＝□（N•m）◎瞬間最大扭力＝□（N•m）◎馬達轉子慣量＝□（㎏•㎡）8、檢查所選定的伺服馬達

A、啟動扭力檢查（TP）

TP＝＋TL

＝＋□

≒□（N•m）

B、停止扭力檢查（TS）Ts＝－TL≒□

（N•m）60×ta2π×NM×（JM＋JL）60×td2π×NM×（JM＋JL）60×□2π×□

×（□

＋□

）×□

第24页，共42页，2023年，2月20日，星期日※伺服馬達容量選擇範例C、實效扭力檢查（Trms）

Trms＝＝≒□（N•m）tcyTP²

×ta＋TL²

×tc＋Ts²

×td√□（□）²

×□＋□

²

×□

＋（□）²

×□

√第25页，共42页，2023年，2月20日，星期日※外部回生電阻的選定是由負載率，負載inertia，動作波形的三個對象來算出回生電阻之概略值。1、依馬達実効負荷率來推定回生容量。

P＝（π×TC×NM×Pf²×η）÷（2×60×β）

β＝TP÷TC∵Ta=Tp＝

β×Tc

2、依負載慣量來推定回生容量

Ta＝（（

2π×NM×（JM＋JL））÷（60×Ta））＋TL

Td＝（（

2π×NM×（JM＋JL））÷（60×Ta））－TLPf＝Trms÷TCER＝（1÷2）×（JM＋JL）×（

2π×NM÷60）²EC＝（1÷2）×C×（VS²－（√2×VC）²

）

E＝ER×η－ECP＝E÷tcy第26页，共42页，2023年，2月20日，星期日3、依動作波形來推定回生容量

Pf＝Trms÷TCEb＝（1÷2）×2π×NM×TL÷60×TdEC＝（1÷2）×C×（VS²－（√2×VC）²

）

E＝ER×η－ECP＝E÷tcy※外部回生電阻的選定4、求出回生阻抗值

RMIN=VS÷INM’＝√（NM²－（60÷2π）²×2×EC÷（

J×η））

PMAX＝2π×NM’×Td÷60×ηRMAX＝VS

²÷PMAXVS＝□V

－－－＞HO

VS＝□V－－－＞EOIP＝□A－－－＞HOIP＝□A－－－＞EO第27页，共42页，2023年，2月20日，星期日※安裝方式外部配線電源與馬達連接圖第28页，共42页，2023年，2月20日，星期日※位置命令接線方式PLC24VPGNDDG48PP14PN15A.PLC+24V45PGNDDG48PP14PN15B.（外部電源）HOHOControllerGNDDG48DG48HO1HO2所有的控制線以並連方式接到兩台驅動器上，且DG一定要串接。ControllerINPAPALineDriver轉TTL準位（此方式較好）HOA.ControllerINPAPAHOB.DGGND2K第29页，共42页，2023年，2月20日，星期日※安裝方式外部配線安裝方向以及間隔

第30页，共42页，2023年，2月20日，星期日※CN1及CN2端子說明第31页，共42页，2023年，2月20日，星期日※參數說明及調整NO名稱0控制模式1類比輸出顯示2正轉／反轉切換方式3編碼器信號(輸出分頻)4速度到達判定5動態剎車6驅動禁止時動作7CCW內部扭矩限制值NO名稱8CW內部扭矩限制值9回生電阻保護level10JOG運轉11零速度輸出／

brake輸出切換12扭矩指令

filter時常數13外部扭矩指令

scaling14外部扭矩指令輸入offsetNO名稱15Brakesequence時間16驅動器識別碼

17零速度檢出時動作18加減速限制19速度smoothingfilter時間常數20

直線加減速時常數第32页，共42页，2023年，2月20日，星期日※參數說明及調整NO名稱28293031電子齒輪比3233定位完了範圍34353637CCW最大積存脈衝數

CW最大積存脈衝數38位置比例增益40NO名稱39前饋增益位置smoothing

時間常數414243內部速度限制1內部速度限制2內部速度限制3444546內部速度指令1內部速度指令2內部速度指令3NO名稱21電子溫度偵測LEVEL22速度比例增益23速度積分時間常數24零速度判定25外部速度指令輸入比例值26外部速度指令輸入offset27位置指令輸入脈衝型式第33页，共42页，2023年，2月20日，星期日※故障排除Alarmcode輸出alarm名稱alarm動作內容0正常

1主迴路電壓不足電源電壓在低於規格電壓以下時動作2回生異常回生電阻的負載過大或回生迴路異常時動作3過負載馬達及驅動器的過負載狀態時動作4IPM異常主迴路用功率轉換模組檢出異常5編碼器異常(ABZ)檢出編碼器及編碼器電纜線異常而動作6溫度異常(Overheat)檢出系統溫度高於規格值7保留

8記憶體異常檢出CPU內部的記憶體異常而動作第34页，共42页，2023年，2月20日，星期日※故障排除Alarmcode輸出alarm名稱alarm動作內容9緊急停止緊急停止信號被輸入時動作10保留

11位置偏差過大位置偏差脈波計數器在超過設定容許值以上時動作12過速度馬達轉速超過容許轉數時動作13CPU異常檢出CPU異常而動作14驅動禁止異常CCW/CW的兩者之驅動禁止信號同時輸入時動作15廠商用

第35页，共42页，2023年，2月20日，星期日※故障排除雜訊對策：＊將動力線（電源線、馬達線等的強電迴路）與信號線相距30公分以上來配線，不要在同一配線管（duct）配線。

＊信號線編碼器輸入線請使用雙絞對線(含隔離)

，配線的長度，指令輸入線為3公尺，編碼器輸入線20尺以內為宜。＊接地請以使用第3種接地（接地電阻值為100Ω

以下）為宜，而且必須單點接地

＊輸入電源外接雜訊濾波器驅動器RSFGAC輸入濾波器第36页，共42页，2023年，2月20日，星期日※故障排除＊在信號線上連接電容（但會降低響應頻率）PLC24VPGNDDG48PP14PN15（外部電源）HO2K104or103PLC24VPGNDDG48PP14PN15（外部電源）HO2KEG44＊將DG與EG連接（若外部電源異常時，

Encoder會有損壞的危險）第37页，共42页，2023年，2月20日，星期日※符號對照表Nℓ1/RNMTℓTLVℓμPBMηTpm負載軸回轉速度減速比馬達回轉速度→Nℓ×R負載軸換算後的負載扭力馬達扭力→Tℓ×（1÷R）負載的速度摩擦係數導螺桿導程直線運動部份的質量機械效率伺服馬達的最大扭力（r/min）（r/min）（N•m）（N•m）（m/min）（m）（㎏）（N•m）第38页，共42页，2023年，2月20日，星期日轉子慣量負載慣量慣量比定格轉矩使用最大轉矩使用最大回轉数加速轉矩減速轉矩運行轉矩加速時間減速時間運行時間動作週期馬達実効負荷率※回生符號對照表JMJLJL∕JMTMTP∕TSNMTPTSTLtatdtctcyPf[kgm2][kgm2][倍][Nm][倍][1/min][Nm][Nm][Nm][sec][sec][sec]