8-495-109-02-08
sales@bbrc.ru
Отправить заявку
Каталог
Войти
/
/
1000, 2000 или 3000 об/мин: как выбрать скорость серводвигателя 1000, 2000 или 3000 об/мин: как выбрать скорость серводвигателя

1000, 2000 или 3000 об/мин: как выбрать скорость серводвигателя

Физика выбора, таблицы моментов, примеры расчётов для ходового винта, ременного привода, конвейера

bbrc.ru — 2025

Горизонтальная гистограмма сравнения моментаМомент при P = 1 кВт — сравнение скоростей вращения3000 об/мин → 3,18 Н·м (базовый)2000 об/мин → 4,77 Н·м (+50%)1000 об/мин → 9,55 Н·м (+200%)
Содержание

1. Скорость и момент: фундаментальная связь

Механическая мощность P = M × ω, где M — момент (Н·м), ω = 2π×n/60 (рад/с). Из этого уравнения вытекает всё остальное: при фиксированной мощности момент и скорость обратно пропорциональны.

M = P / ω = P × 60 / (2π × n)

При P = 1 кВт:
n = 3000 об/мин → ω = 314 рад/с → M = 1000/314 = 3,18 Н·м
n = 2000 об/мин → ω = 209 рад/с → M = 1000/209 = 4,77 Н·м
n = 1000 об/мин → ω = 105 рад/с → M = 1000/105 = 9,55 Н·м
n = 1500 об/мин → ω = 157 рад/с → M = 1000/157 = 6,37 Н·м

Отсюда практический вывод: если нагрузке нужен большой момент при невысокой скорости — двигатель 1000 об/мин компактнее и дешевле, чем 3000 об/мин с редуктором. Но у этого есть ограничения, которые разберём ниже.

2. 3000 об/мин: когда это правильный выбор

Серия 3000 об/мин — наиболее распространённый стандарт для малоинерционных серводвигателей (50 Вт — 3 кВт). При этой скорости двигатель получается наиболее компактным и лёгким: меньший диаметр ротора при той же мощности, меньше меди и стали, ниже стоимость.

Прямой привод ходового винта
Шаг 5 мм, скорость 15 м/мин → n = 15000/5 = 3000 об/мин. Прямое соединение без редуктора, момент нагрузки невысокий. Идеальный случай для 3000 об/мин серии.
Ременной привод с малой передачей
Шестерня 1:1 или 1:2. Нагрузка лёгкая. Такт высокий (>100 цикл/мин). Типично для SMD-оборудования, принтеров, лазерных систем.
Конвейер с редуктором 1:10+
3000 об/мин + редуктор 1:15 → выход 200 об/мин с высоким моментом. Инерция нагрузки снижается в 225 раз, что критично для тяжёлых конвейеров.
Когда 3000 НЕ подходит
Прямой привод тяжёлого стола, вала диаметром >100 мм, барабана. Инерция нагрузки J_L >> J_M → нестабильная работа без редуктора.

Серии MELSERVO-J4 на 3000 об/мин: HG-AK (100–200 Вт), HG-KR (200–750 Вт), HG-MR (50–750 Вт), HG-RR (2 кВт), HG-JR_3 (750 Вт – 9 кВт).

3. 2000 об/мин: баланс скорости и момента

Серия 2000 об/мин — оптимальный компромисс для средних мощностей (500 Вт — 7 кВт). По сравнению с 3000 об/мин той же мощности: момент на 50% больше, максимальная линейная скорость на 33% ниже, двигатель немного тяжелее. HG-SR102HG-SR102 (1 кВт, 2000 об/мин) — типовой пример.

Типичные применения: оси X/Y/Z обрабатывающих центров, приводы сварочных порталов, роботы-манипуляторы со средней нагрузкой, намоточные машины, принтеры на ткань/бумагу (широкие форматы).

Серии MELSERVO на 2000 об/мин: HG-SR (J4, 500 Вт–7 кВт), HF-SP_2 (J3, 500 Вт–7 кВт), HG-SN (JE, 500 Вт–3 кВт).

4. 1000 и 1500 об/мин: максимальный момент

Серии на 1000 и 1500 об/мин проектируются для задач, где нагрузке нужен очень большой момент при относительно небольшой скорости вращения. Момент двигателя в 2–3 раза выше, чем у аналога 3000 об/мин той же мощности. HF-SP301HF-SP301 — 3 кВт, 28,6 Н·м при 1000 об/мин.

Применения: тяжёлые конвейеры с прямым приводом (без редуктора), намоточные барабаны большого диаметра (сталь, бумага), прессы и штампы с сервоприводом, экструдеры, вращательные оси промышленных роботов с высокой нагрузкой.

Серии MELSERVO на 1500 об/мин: HG-JR_M (J4, 7–37 кВт, 400В). Серии на 1000 об/мин: HF-SP_1 (J3), HG-JR25K14HG-JR25K14 (J4, 25 кВт, 239 Н·м).

5. Таблица: момент при одинаковой мощности

Теоретический номинальный момент при 100% КПД (реальные значения из каталога близки)
Мощность3000 об/мин2000 об/мин1500 об/мин1000 об/мин
500 Вт1,59 Н·м2,39 Н·м3,18 Н·м4,77 Н·м
750 Вт2,39 Н·м3,58 Н·м4,77 Н·м7,16 Н·м
1 кВт3,18 Н·м4,77 Н·м6,37 Н·м9,55 Н·м
2 кВт6,37 Н·м9,55 Н·м12,7 Н·м19,1 Н·м
3 кВт9,55 Н·м14,3 Н·м19,1 Н·м28,6 Н·м
5 кВт15,9 Н·м23,9 Н·м31,8 Н·м47,7 Н·м
7 кВт22,3 Н·м33,4 Н·м44,6 Н·м66,8 Н·м

6. Тепловой режим на низкой скорости

Серводвигатель охлаждается в основном через корпус (кондукция в окружающую среду/монтажную пластину). Вентиляция от вращения ротора незначительна при скоростях ниже номинала.

Если двигатель 3000 об/мин работает длительно на скорости 100–300 об/мин под полным моментом, тепловыделение такое же, как на номинале (P_loss ≈ const при ном. токе), а охлаждение хуже. Двигатель перегревается.

Практическое правило: если рабочая скорость <20% от номинала более 30% рабочего времени — выполняйте тепловой расчёт или выбирайте двигатель следующего типоразмера. Для постоянной работы на малой скорости с полным моментом предпочтителен двигатель 1000 об/мин — у него тот же момент на номинале, который соответствует уже 100% охлаждения.
Исключение: двигатели с принудительным внешним охлаждением (вентилятор на корпусе). Для серии HG-SR и HG-JR крупных мощностей доступны опции внешнего охлаждения — они снимают ограничение по скорости охлаждения.

7. Скорость + редуктор: оптимальная комбинация

Если нагрузка требует скорости 200 об/мин и момента 50 Н·м, есть несколько вариантов:

ВариантДвигательРедукторВыходной моментИнерция нагрузки уменьшаетсяКомментарий
А: 3000 + 1:15HG-JR203HG-JR203 (2 кВт)1:15~72 Н·мв 225 разКомпактный мотор, но нужен отдельный редуктор
Б: 2000 + 1:10HG-SR102HG-SR102 (1 кВт)1:10~41 Н·мв 100 разНедостаточный момент — нужен SR202
В: 2000 + редуктор G1H 1:11HG-SR202G1HHG-SR202G1H (2 кВт)встроен 1:11~89 Н·мв 121 разВстроенный редуктор — готовое решение
Г: 1000 прямойHF-SP301HF-SP301 (3 кВт)нет28,6 Н·мнетНедостаточный момент; нужна ещё передача
Вариант В — HG-SR202G1H (2 кВт + редуктор G1H 1:11) — даёт 89 Н·м при 182 об/мин в виде единого компактного агрегата. Это оптимальный выбор для данного примера: не нужен отдельный редуктор, нагрузочная инерция снижена в 121 раз, функциональная безопасность STO (J4) доступна.

8. Какие серии Mitsubishi доступны на каждой скорости

СкоростьСерии J4Серии J3Серии JEДиапазон мощностей
3000 об/минHG-AK, HG-KR, HG-MR, HG-RR, HG-JR_3HF-MP, HF-KPHG-KN50 Вт–9 кВт
2000 об/минHG-SR, HG-JR_2HF-SP_2HG-SN500 Вт–7 кВт
1500 об/минHG-JR_M (7–37 кВт)——7–37 кВт
1000 об/минHG-JR_1 (крупные), HG-SR_1 (ограничено)HF-SP_1—500 Вт–25 кВт

9. Расчёт: выбор скорости для ходового винта

Задача: обрабатывающий центр, ось Z (вертикальная), шпиндель вниз

Условия: Шпиндель + инструментодержатель 12 кг
ШВП шаг 10 мм, скорость быстрого хода 20 м/мин
Момент резания (осевая сила 500 Н): M_cut = 500×0.010/(2π×0.9) = 0.88 Н·м

1. Требуемая скорость ШВП:
n = 20000/10 = 2000 об/мин

2. J_L (шпиндель + ШВП):
J_screw (⌀20, L=400 мм): 0.013 × 10⁻⁴ кг·м²
J_mass = 12 × (0.010/6.283)² = 0.030 × 10⁻⁴ кг·м²
J_L = 0.043 × 10⁻⁴ кг·м²

3. Момент удержания (статический) при отключении:
M_gravity = 12×9.81×0.010/6.283 = 0.19 Н·м → нужен тормоз B!

4. Полный требуемый момент (разгон t=30 мс, ω=209 рад/с):
M_accel = (J_M + 0.043)×209/0.03 ≈ 0.30 Н·м (мало)
M_total = 0.88 (резание) + 0.19 (гравитация) + 0.30 (разгон) = 1.37 Н·м

→ Выбор: HG-SR102B (1 кВт, 2000 об/мин, тормоз)
M_nom = 4.8 Н·м >> 1.37 Н·м (запас 3.5×) ✓
Запас позволяет работать на подаче до 4 м/мин с полным резанием

10. Расчёт: выбор скорости для конвейера с прямым приводом

Задача: роликовый конвейер Ø120 мм, лента 2 м/с, груз 200 кг

Условия: Ролик Ø120 мм (r=0.06 м), масса ролика 3 кг
Скорость ленты 2 м/с, груз 200 кг, трение 0.05

1. Требуемые обороты ролика:
n = v / (π×D) × 60 = 2/(π×0.12) × 60 = 318 об/мин

2. Ближайший вариант без редуктора: двигатель 1000 об/мин + передача 1:3
Или двигатель 3000 об/мин + редуктор 1:9.4

3. Момент нагрузки:
F_friction = 200×9.81×0.05 = 98.1 Н
M_load = 98.1 × 0.06 = 5.9 Н·м (на ролике)
С передачей 1:3: M_мотор = 5.9/3 = 1.97 Н·м

4. Инерция ролика: J = 0.5×3×0.06² = 0.0054 кг·м² = 54 × 10⁻⁴
Приведённая к мотору через 1:3: J_прив = 54/9 = 6.0 × 10⁻⁴

5. Для HG-SR52 (500 Вт, 2000 об/мин, J_M ≈ 0.2×10⁻⁴):
J_L/J_M = 6.0/0.2 = 30 — СЛИШКОМ МНОГО (>15–25)

6. Добавляем ещё один каскад редуктора 1:3 (итого 1:9):
J_прив = 54/81 = 0.67 × 10⁻⁴, J_L/J_M = 0.67/0.2 = 3.35 ✓
M_мотор = 5.9/9 = 0.66 Н·м → HF-SP51 (500 Вт) справится

→ Итог: HG-SR52 или HF-SP51 + редуктор 1:9 + ременная передача 1:3

11. Частые вопросы

Двигатель 3000 об/мин работает на 200 об/мин. Это допустимо постоянно?200 об/мин = 6,7% от номинала. При полном моменте нагрузки тепловыделение максимально, охлаждение ниже нормы. Необходим тепловой расчёт. Как правило, при таком режиме рекомендуется снизить момент до 30–40% от номинального или перейти на двигатель 1000 об/мин. Альтернатива — принудительное охлаждение.
Шаг ходового винта 20 мм и скорость 12 м/мин. Какую скорость двигателя выбрать?n = 12000 мм/мин / 20 мм/об = 600 об/мин. Ни одна стандартная серия не имеет номинала 600 об/мин. Варианты: (1) 3000 об/мин + редуктор 1:5 → 600 об/мин; (2) 1000 об/мин + передача 1:1.67. Первый вариант предпочтительнее — стандартная передача 1:5 есть в редукторах G1.
Почему двигатель 7 кВт на 1500 об/мин (HG-JR701M4) тяжелее, чем 7 кВт на 3000 об/мин (HG-JR703)?При меньшей скорости для той же мощности нужен больший момент. Больший момент = больший диаметр ротора = больше меди и железа. Это физическое ограничение. HG-JR701M4 (7 кВт, 1500) весит ~35 кг, HG-JR703 (7 кВт, 3000) — ~22 кг. Разница в массе и габаритах — прямое следствие момента.
Можно ли смешивать двигатели разных скоростей в одной SSCNET III/H системе?Да. Каждая ось в системе MR-J4 настраивается независимо. На оси X может стоять HG-SR102 (1 кВт, 2000 об/мин), на оси Z — HG-SR52B (500 Вт, 2000 об/мин) с тормозом, на оси А — HG-JR701M4 (7 кВт, 1500 об/мин). Все настраиваются в MR Configurator2, каждый со своими параметрами.
При 1000 об/мин двигатель имеет больший момент — зачем тогда вообще нужны 2000 и 3000 об/мин?Потому что при большей скорости достигается большая линейная скорость перемещения при том же типоразмере двигателя. ШВП шаг 5 мм + 3000 об/мин = 15 м/мин. Тот же ШВП + 1000 об/мин = только 5 м/мин. Для быстрых позиционирующих систем (координатные столы, принтеры) важна именно скорость перемещения, а момент нагрузки невелик — здесь 3000 об/мин выигрывает.

Сравнение скоростных серий с конкурентами

Выбор скорости — часть выбора производителя. Наличие нужной скоростной серии у конкурентов ограничивает гибкость системы.

КонкурентИх продуктНаш аналогНаше преимущество
Siemens1FK7 (3000), 1FT7 (2000), 1PH8 (1500/1000)HG-KR (3000), HG-SR (2000), HG-JR (1500/1000)MELSERVO-J4: все скорости в единой системе MR-J4. Siemens требует разных усилителей для 1FK7 и 1PH8.
YaskawaSGM7J (3000), SGM7G (2000), SGM7H (1000)HG-MR (3000), HG-SR (2000), HG-JR (1000)У Yaskawa Σ-7 тот же принцип. Преимущество MELSERVO: встроенные редукторы G1/G7 в серии 2000/3000 — без внешнего редуктора.
FanucαiS (3000), αiM (2000), αiF (1000/1500)HG-KR/MR, HG-SR, HG-JRMELSERVO-J4: поддержка 400В без отдельного трансформатора в серии HG-SR/JR. Fanuc αiF тоже поддерживает 400В.
BeckhoffAM8000/AM8100 (3000/2000 rpm)HG-KR/SRBeckhoff нет серии 1000 об/мин. MELSERVO J4 охватывает 50 Вт–37 кВт в единой системе.

Читайте также

Подобрать скорость и тип серводвигателя под задачу

Укажите требуемую скорость на выходном валу, момент нагрузки и мощность — рассчитаем оптимальную комбинацию скорости и редуктора.