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电机转子运动惯量的计算方法哪些,如何避免转子惯性失配?

时间:2020-04-27来源:中国传动网

导语:​电机制造行业大多采用四种惯量估测技术,以具体应用在电机实际物理结构中,求得准确的电机转子惯量值,四种方法分別为控制补偿法、惯量比较法、分段辨识法及电气比较法。

惯性是物体对速度变化的阻力,物体越重或尺寸越大,其惯性就越大。在运动控制或伺服系统中,电机和负载都有惯性,它们的惯量之比将影响系统的性能。

这一比例是电机尺寸调整中最重要的一个方面,也是最容易被忽视的一个方面。电机惯量主要由电机转子的尺寸驱动。通过将所有运动部件(皮带、螺钉、齿条和小齿轮、外部负载和联轴器)的惯性相加,计算出负载惯性。

为了使电机控制系统在加减速过程中有效地控制负载,电机和负载的惯性应尽可能接近相等,但1:1的惯性匹配是很难实现的。许多因素都会影响可接受的惯性比,但最重要的因素之一是系统的符合性或结束。机械部件不是完全刚性的,并且随着柔顺部件的增加,系统将具有更多的柔顺性。系统合规性主要由更灵活的部件(如皮带和联轴器)驱动,一般来说,柔度越高,惯性比应该越低。

没有确定理想惯量的公式,但大多数伺服尺寸指南的目标是惯性比10:1或更低,较高的传动比会导致电机比必要时超负荷工作,并且在剧烈运动时会导致沉降时间增加,从而降低效率,增加运行成本和循环时间。通过适当的惯性比,如果惯性比非常高(超过10:1),则电机可能根本无法控制系统,即使处于静止状态。这将导致电机使用过多的功率来保持负载稳定,或者需要大量的工程时间来将系统调节到稳定状态。

电机制造行业大多采用四种惯量估测技术,以具体应用在电机实际物理结构中,求得准确的电机转子惯量值,四种方法分別为控制补偿法、惯量比较法、分段辨识法及电气比较法。

控制补偿发:1992洛仑兹(RobertD.Lorenz)提出一种测电机內部参数方法,求得包括慣、黏滯系数Viscosity)及摩擦损耗之值,其原由前馈补偿之控制论(FeedforwardControl),估得电机参数值,此一作法已大应用于伺服级电机中。

惯量比较法:近来,以色MEA电机测试公司(M.E.A.TestingSystemsLtd.)采用外加一个已知慣值之飞轮,观察电机加装飞轮后的加速变化,由已知慣估测未知慣的技术,获得电机转子慣值。

分段鉴别法:针对永磁式直有刷电机进系统鉴别(SystemIdentification),用输入多次大小同之步阶电压,透过数学矩阵运算,求得电机內部参数,包括电感、电阻、反电动势常数(BackElectroMotiveForceConstant,Back-EMFConstant)、转矩常数(TorqueConstant)、转子慣及黏滯系数。

电气比较法:已知电机系电能与动能间转换机构,电机系统可划分为电气及机械两种类別,电气部分系指输入电压、电、电机线圈电阻及电感,机械部分为输出转矩、转速、电机慣及黏滯系数。由自动控制学可知,电气响应速会比机械响应速来得快。运用方式系改变电机机械参数,对电机慣进调整,故测时间较长。改变电机电气参数,用控制器调整电机输入电源,测时间较短。

已知改变电机电气参数,测时间较为短暂,然而在操作时间上,洛仑兹需调配控制器参数而较为耗时,且慣值估测结果偏差较大,直接影响加速法测准。运用电机电气参数部分,在影响慣估测前提下,提升电机测系统测试效,达到快速测之目的。结论如果惯量比太高,有两种方法可以降低它:增加传动比(每转电机的输出距离)或使用更大的电机。由于皮带轮的低机械优势,在皮带传动系统中经常需要变速箱。还可以显著降低系统的惯性比,因为齿轮比对负载的惯性有平方反比的影响。降低惯性比的第二种方法是使用具有更高惯性的较大电机(有时移动到中等惯性电机)。但是,由于所需的空间和成本,变速箱是首选解决方案。

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标签: 电机控制系统

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