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电机惯量的疑问 点击:15395 | 回复:181



ShowFine

    
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发表于:2008-07-16 08:56:44
楼主

我们选伺服电机,一般为了高速定位,资料上都推荐负载惯量比电机转子惯量,不大于3。

可是我就不明白了: 这关电机转子惯量啥事? 电机只管输出转矩就行了! 换句话说,两台电机输出同样的假设可以输出同样的力矩,那么应该是电机转子惯量越小的越好啊! 因为电机克服自身惯量所需要的力就少了!  而且电机惯量越小,越利于高速启停啊。

那为啥还得电机惯量和负载惯量匹配呢? 那位能给讲明白?谢谢!



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firstrazor

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发表于:2008-07-16 09:51:34
1楼
去深入地学一下以伺服为对象的控制理论就能理解了,这牵涉到控制系统的稳定性问题

波恩

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发表于:2008-07-16 14:08:14
2楼
形象地讲就是小马拉大车,还是大马拉小车的问题。作为系统,最终需要对付的惯量是电机惯量与负载惯量之和。

电工A

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发表于:2008-07-16 14:35:06
3楼

假定1Nm的转矩能把1Kgcm^2惯量的负载在0.1秒内从0加速到3000rpm,如果惯量加倍,加速时间也要延长一倍.电机惯量在系统整体惯量中占很大比例的情况下,尤其要考虑了.

ShowFine

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发表于:2008-07-17 09:25:01
4楼

作为系统,最终需要对付的惯量是电机惯量与负载惯量之和

对于同样的负载,那么负载惯量是一定的假设为Y, 我用两种电机驱动,一种惯量假设是X,另一种是10X; 那么第一种总惯量为X+Y,第二种为10X+Y, 很显然第二种的总惯量要大,那么电机所需要的力矩就更大!

那为什么对于可以输出同样大力矩的电机,我还得选个惯量大一点的电机呢?  

所以我的意思是我先电机的时候以力矩最重要,在力矩满足的情况下应该是电机的惯量越小越好啊! 因为这样的话,系统总惯量就小了!  可是为什么还要电机惯量不得小于负载的三分之一!?

 

ShowFine

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发表于:2008-07-17 09:29:52
5楼

形象地讲就是小马拉大车,还是大马拉小车的问题

这里是小马的力不够大马的力大,我觉得这个上面相对应的应该是指电机的输出力矩, 而不是电机的惯量!

换句话讲,如果有一匹好的小马,它的力气就有大马一样大, 那不也一样可以拉大车嘛!

再打个比方:火箭发射卫星,卫星的质量是一定的! 那么如果火箭的质量越大,这个火箭本身需要做的功反而更多了! 那是不是说火箭的质量也得和位置的质量匹配才好呢?

踏沙行

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发表于:2008-07-17 10:28:47
6楼

刚体绕定轴的转动定律:启动力矩=(负载转动惯量+电机转子转动惯量)*角加速度  ;

对于一个固定的负载,转动惯量可以看做是固定的,这样加速时间就取决于电机的力矩和电机转子的转动惯量了。 事实存在这样一个问题:通常大力矩的电机的尺寸要比小扭矩的尺寸大很多,相应的转动惯量也大很多,就直接影响到了加速度大小。尤其是在负载的转动惯量很大的时候,需要的扭矩很大,相应的电机的转动惯量也很大,在实际计算加速度时就必须考虑电机的转动惯量。       

说到底就是物理学中所谓的惯性加速系数:惯性加速系数=所有外部转动惯量/电机的转动惯量;

如果该系数太大,间接的也就反映出所选电机的输出扭矩偏小,尤其是在减速过程中,无法及时准确停车定位。经验值是3~10;在实际选用中,也可以准确的通过转动定律来计算。

踏沙行

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发表于:2008-07-17 10:32:40
7楼

如果分析不对,多多指点啊,以便本人及时更正。

至于举例类比,对于这个问题,还是通过物理的理论分析更有说服力。

刘志斌

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发表于:2008-07-17 10:41:42
8楼

“本质问题是电机惯量小,力矩就小的缘故”,楼上的是这个意思吗?

踏沙行

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发表于:2008-07-17 10:44:27
9楼

基本是这个意思。之所以受到制约,就是因为加工和设计工艺的原因。

这也是为什么有些电机有这个指标:扭矩质量比。

牛X的伺服厂家,这个指标很高的。不牛的厂家,一般都不提。

踏沙行

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发表于:2008-07-17 10:47:14
10楼

工业上基本上要求不严格,扭矩不够的话,就加大功率和电机;

只有军队上某些设备,要求扭矩足够大,同时质量要求足够轻。以前遇到过类似的,设备不难,难就难在没有扭矩质量比符合要求的电机/

这或许就是某些武器或伺服不卖给中国的一个因为吧

ShowFine

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发表于:2008-07-17 10:49:21
11楼

我觉得“踏沙行”先生讲得才比较可信。

也正好刘志斌所说“本质问题是电机惯量小,力矩就小的缘故”

所以电机选型本质上还是要力矩,只不过一些工程计算上为负载力矩计算可能太麻烦,所以才有一个经验公式。 而这个经验公式依赖的依据是:一般来讲,惯量大的电机,那么输出的力矩也大。

firstrazor

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发表于:2008-07-17 11:13:12
12楼

要扭矩大,转子磁场就要大,那就要放更多的电磁铁,所以转子就大了。

有关控制理论稳定性的部分,我出差回家后找一下。

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发表于:2008-07-17 11:48:43
13楼
解惑了,以前没明白这个惯量比是什么意思,我现在理解是这样,三菱的这个值是15以下,是不是说在15这个值以内电机的自身惯量虽然很小了,但仍可以提供足够大的转矩。说明电机的制作工艺很高。

firstrazor

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发表于:2008-07-17 17:24:41
14楼
这个惯量比的数值与马达或驱动器的制造商都无关! 与应用类型,驱动系统安装结构等有关。

firstrazor

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发表于:2008-07-17 17:33:54
15楼
比如一个基本匀速的伺服轴,只是微调一下位置,开机停机也不需要很大的加减速,那么任何牌子的伺服惯量比放到15以上都问题不大。如果你拿一台自以为很好的电机,结果配一个低分辨率编码器,又在安装上有很多间隙,机械刚度又很差,那么你把惯量比选到5搞不好都调不好!

转动惯量

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发表于:2008-07-17 17:49:45
16楼

引用踏沙行的公式. 启动力矩=(负载转动惯量+电机转子转动惯量)*角加速度

也就是 角加速度=启动力矩/(负载转动惯量+电机转子转动惯量)

对于任何选定电机,最大启动力矩和电机转子转动惯量都是固定的.要想角加速度大,负载惯量就必须小!

 

raghfdgadfs

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发表于:2008-07-17 18:40:55
17楼
都是电机工程师的聊,总也聊不到根本上去。惯量是特体的固有特性,只与物体的重量有关。伺服大了,功率大了。重量是不是大了,惯量也就上升了。当然,有的把电机做长一些,减小旋转半径,也会有助减下惯量。说到多少倍,也要是针对起停的频率,这就是加速与减速的时间问题了。如果做长时间平速动动,你多些加速的时间,基本上这就不是问题。

波恩

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发表于:2008-07-17 21:08:51
18楼

系统追求快速性的本质在于运动部件的加减速能力,因而才会有“小马拉大车,还是大马拉小车”的比喻,在这里马的大小指的是力矩能力,车的大小指的是系统惯量,要追求系统的加减速能力,就必须以相对更大的力矩去拖动目标惯量,在业内关于几倍惯量匹配之说,只不过是一种概念性的指导,同样力矩的伺服电机,完全可以有不同的转子惯量,同理,相同的转子惯量,也可能对应不同的力矩能力,因此单纯以惯量比来衡量系统的快速性,显然是存在差异的。所以说,对于最终系统而言,需要关心不是转子与负载的惯量比,而是电机力矩能力与系统总惯量(电机惯量与负载惯量之和)的比,即系统加减速能力。

至于电机的惯量大小与力矩大小的关系,其实并不存在严格的对应关系,在特定的电磁设计水平下,电机的力矩正比于气隙所围成的圆柱体的体积,这个体积越大,力矩越大,在相同的体积下,转子越细长,惯量越小,越短粗惯量越大。

踏沙行

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发表于:2008-07-18 10:31:56
19楼

”而是电机力矩能力与系统总惯量(电机惯量与负载惯量之和)的比,即系统加减速能力。 “

不就是”角加速度=启动力矩/(负载转动惯量+电机转子转动惯量)

踏沙行

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发表于:2008-07-18 10:35:16
20楼

to  firstrazor Xfirstrazor
这个惯量比的数值与马达或驱动器的制造商都无关! 与应用类型,驱动系统安装结构等有关。

惯量比确实与马达无关;但是惯量是有关的,是属于电机和负载的固有属性。还有,您虽然说的和机械安装好坏有很大关系,是很正常。

但目前的讨论,是建立在机械安装不存在异常情况下的理论分析。要不,就没头了,这辈子也讨论不出个结果来。


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