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5-2 斜向安装时电机上的力关系 根据上图显示的力关系，需要由电机平衡的重力分量的计算方式如下： Fg = m ‧ g ‧ cos α 其中 g 为重力加速度。 使用配重时请注意，平衡并不一定要达到 100 %，且其与摩擦及惯性质量相关联。 摩擦 滑动架和导轨之间会产生阻碍直线电机运动的摩擦。相应的力 Fr 的方向与滑 块运动方向相反。 摩擦力 Fr 主要由恒定分量 Frc 和随速度 v 成比例变化的分量 Frν 组成： Fr = Frc + Frν这两个分量均取决于所使用的直线导轨的类型及其负载。根据机械构造形式，负载主要包 括因重力作用产生的力（上图中的 F⊥），电机组件之间的磁吸引力 Fmagn，以及各 引导单元间的夹紧力 Fspann。这些力共同作用，从而产生垂直于轴的力 Fn： Fn = F⊥ + Fmagn + Fspann 若设置 Frc = μrc ‧ Fn 和 Frv = μrv ‧ v ‧ Fn，则为摩擦力得出 Fr = μrc ‧ Fn + μrv ‧ v ‧ Fn 在直线电机速度较高时，摩擦力可达到非常高的值。计算摩擦力时，请注意直线导轨制造 商的说明！ 下图显示了电机速度特性曲线和相应摩擦力的简化示例在持续运行 S1 中，电机持续以恒定负载运行。负载的持续时间足够用于实现热平衡。 持续运行时的电机设计请参考额定数据。 注意 电机过载 过高的负载可能会导致电机关闭，温度传感器分析不正确时可能会损坏电机。 • 确保负载不得**过数据表中所给定的值IN。 • 确保温度传感器已正确连接且正确分析。 瞬时运行 S2 在瞬时运行S2时，负载时间相当的短，以致不能达到热终状态。接下来的无电休息时 间则很长，足以使电机重新完全冷却下来。 注意 电机过载 过高的负载可能会导致电机关闭，温度传感器分析不正确时可能会损坏电机。 • 确保负载不得**过数据表中所给定的值IMAX。 • 确保温度传感器已正确连接且正确分析。 只允许在有限的时间t < tMAX 中使用电流IN < IM ≤ IMAX 来驱动电机。时间 tMAX 可以由对数公式 ν = (IM / IN)2和热时间常数tTH计算得出。 电机热时间常数、大电流和额定电流可以参见数据表。 上述公式针对电机的初始温度等于数据表中冷却液流入温度TVORL的情况。电机 1FN3300-2WC00-0AA1 需要从冷态起以大电流运行。 ● IMAX = 39.2 A，IN = 12.6 A；由此得出 ν = 9.679 ● tTH = 120 s 允许电机以大电流运行至多 13 s。 断续运行 S3 在断续运行 S3 中，注入恒定电流的负载时间 ΔtB 与不注入电流的静止时间 ΔtS 相互交替。电机温度在负载时间内升高、又在静止时间内重新冷却。在多次负载循环 （ΔtSpiel = ΔtB + ΔtS）后，温度在恒定大值 To 和恒定小值 Tu 之间来回变动在热时间常数 tTH = 120 s 时，大允许的循环时间 ΔtSpiel = 0.1 · 120 s = 12 s。 负载循环的作用 除了摩擦力和重力外，负载循环在选择电机时也有非常重要的作用。负载循环包含有关驱 动轴运动过程的数据以及有关当时所出现加工力的数据。 运动过程 运行过程可以表示为位移-时间图，速度-时间图或加速度-时间图，见下图。 运行过程图可以按关系式初级部件是否满足负载循环的要求，取决于下列项： ● 初级部件的额定力 FN 必须大于等于所测得的负载循环的有效力 Feff 的值。 ● 初级部件应具有相当于所需峰值负载力 FL,MAX 约 10 % 的控制余量， 以在控制回路过冲时避免限制效应。在所需的速度下能够达到所有所需的力。 ● 负载循环的过载阶段不得引起温度监控触发的断路。 除了负载循环的要求条件外，机械安装条件也会影响电机的选择。因此采用不同型号的初 级部件也可能产生相同的电机力。 若有多个初级部件参与产生轴力，必须将各电机的大力和额定力的值叠加。就重量分配 不均匀的龙门轴而言，对各电机的力分配不同。在此情形下，必须将针对各电机的力需求 单独纳入考量。 电机力-速度特性曲线 前两个点用于初级部件的预选。如果还有一些边界条件未明确确定，例如加工力和 摩擦力，则应设计大的余量。 为了确定初级部件是否能够实际满足负载循环的要求，需要用到“电机力-速度” 特性曲线，其通过必需的运动过程以及“电机力-时间”图表得出。此时电机力和速度的值 为决定性因素，方向则不是。“电机力-速度”特性曲线的所有点必需在数据表中给出的“力速度”特性曲线的下方。

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上图示出了电机力-速度特性曲线在时间点 t1 ... t4 上的若干点作为示例，用以与初 级部件的力-速度特性曲线作对比： ● t1：这个点不关键，因为其既处于额定力 FN 下，也处于电机的电压极限特性曲线内。 ● t2，t3：其为允许的工作点，因为其处于电机的电压极限特性曲线内。但需要检查电机 过载运行的持续时间是否能达到负载循环所需的程度。 ● t4：若出现这样的点，那么在该速度将无法达到所需的电机力。此时必须选择另一个 初级部件，其中点 t4 处于力-速度特性曲线下方 说明 不是在所有的电机运行状态下三相的电流都相同，例如： • 电机通电下的静止状态，例如：用于 – 配重 – 制动系统闭合时起动（缓冲器和减震器） • 速度较低时（<0.5 m/min） • 循环运动行程低于较宽 持续带不均匀的负载时，电机只能采用高约 70 % 的额定力运行，参见数据 表中的 F0*。 详细的设定请向相应的西门子办事处咨询。 5.2.5 确定次级部件数量 基础条件 次级部件必须具有与选定的初级部件相同的磁道宽度（与长度无关）。通过订货号选型时 可确保这一点：订货号的代表电机结构尺寸的位必须一致定次级部件导轨的总长度 次级部件导轨的总长度决定了为此所需的次级部件的数量。该总长度取决于所需运行 行程的长度、此次级部件导轨上的初级部件的数量，并且视情况而定取决于霍尔传感 器盒的使用。 此处介绍的次级部件导轨总长度计算方式可确保在整条运行行程上实现大电机力。 次级部件导轨上为单个初级部件 若次级部件导轨上只设置了一个单独的初级部件，则次级部件导轨长度通过所需的运行行 程长度以及初级部件的带磁性长度计算得出，见下图。 说明 在不使用霍尔传感器盒的情况下，初级部件的带磁性长度（lP,AKT）短于使用霍尔传感器 盒时的长度（lP,AKT,H）。 尺寸 lP,AKT 参见尺寸图。长度 lP,AKT,H 在用于附接霍尔传感器盒的图式中给出。 若需通过不同的驱动系统（配备独立测量系统）运行各初级部件，例如用于龙门轴运行或 主从运行，则初级部件间距只受机械边界条件限制，例如连接器的长度和电缆的弯曲半径 。在一个驱动系统上并联运行初级部件时，两个初级部件的磁较位置必须一致。这样一来 其间距只可采用特定值。 确定次级部件数量 所需的次级部件导轨总长度由各次级部件长度组成。所提供的长度请见电机数据。 5.2.6 在减弱的磁场覆盖区域中运行 基础和提示 若初级部件运行**出次级部件导轨的末端，电机力会减小。 可用的电机力与初级部件整个磁性表面上被磁体覆盖的比例几近成正比。根据导轨中摩擦 力的大小，覆盖率过低时驱动的电机力可能不足以令其自行返回次级部件导轨。此时需要 接触外力返回。 为了确保驱动能够自行返回至次级部件导轨，覆盖率不得低于 50 %。 在磁体覆盖降低的区域可能会出现相位负载不对称的状况，特别是在速度较高时。