电机惯量的疑问-专业自动化论坛-中国工控网论坛

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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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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

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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。

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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.

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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！？

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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？

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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。

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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。

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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？

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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。

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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

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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。

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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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孜

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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。

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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。

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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！

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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!

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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。

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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。

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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）

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