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什么是伺服电机惯性?为什么重要?
2019-03-11 访问次数:869

惯性是物体抵抗速度变化的阻力。为了确定物体的惯性,物体的质量乘以它与旋转轴距离的平方。人们熟悉的惯性演示是在冰上玩花样滑冰。当她手臂靠近身体旋转时,她的质量接近旋转轴,她的旋转速度很快。但当她伸展手臂时,质量与旋转轴之间的距离会增加,使她的惯性变大,并使她以较慢的速度旋转。

电机旋转式列.jpg

在机电系统中,电机和负载都有惯性,它们的惯性有多相似(或不同)会影响系统的性能。负载惯量与电机惯量之比是伺服电机选型的重要方面之一。

惯性比换算.jpg

伺服电机惯量由制造商给出,而负载惯量是通过添加所有旋转部件的惯量来计算的,这些转动部件通常包括执行器或驱动器(皮带、滚珠丝杠、齿轮架和小齿轮)、外部负载和联轴节。

低惯性伺服电机.jpg

为了使伺服电机在加减速过程中有效地控制负载,理论上电机和负载惯量应相等。但是,1:1的惯性匹配很少实用或实现。许多因素会影响给定应用程序可接受的惯性比,但最重要的因素之一是系统中的遵从性或结束。机械部件不是完全刚性的,传动系中的皮带、联轴节和齿轮箱部件越多,系统就越符合要求。一般来说,柔度越高,转动惯量比越小,电机应能有效地控制负载。


虽然没有确定最佳惯量比的公式,但一些电机尺寸指南规定惯量比应为10:1或更低。较高的失配会导致电机消耗比需要更多的电流,从而降低效率并增加运行成本。较高的比率也会增加共振,并可能导致系统超调所需的速度和位置,对性能产生负面影响。


如果惯性比太高,有两种方法可以降低它:给系统增加一个齿轮箱,或者使用一个更大的电机。齿轮箱经常用于皮带传动系统,以优化电机转速和扭矩。但是,由于齿轮比对负载的惯性有平方反比的影响,它们也可以显著降低系统的惯性比。

伺服电机.jpg

降低惯性比的第二种方法是使用具有更大惯性的大电机。然而,从长远来看,这很少是一个有益的解决方案,因为更大的电机成本更高,需要更多的扭矩来克服自身的惯性,消耗更多的能量,从而增加了系统的总拥有成本。


另一方面,不必要的低惯量比,甚至是“完美”的1:1匹配,都表明电机尺寸过大,导致不必要的成本和能耗。设计人员不应追求完美的惯性比,而应考虑到系统动力学和定位要求,并通过尺寸既不过大也不欠大的伺服电机,努力实现满足这些要求的惯性匹配。