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什么是伺服電機慣性?為什么重要?
發布時間:2019-03-11 作者來源:摩森機電 訪問次數:5635

慣性是物體抵抗速度變化的阻力。為了確定物體的慣性,物體的質量乘以它與旋轉軸距離的平方。人們熟悉的慣性演示是在冰上玩花樣滑冰。當她手臂靠近身體旋轉時,她的質量接近旋轉軸,她的旋轉速度很快。但當她伸展手臂時,質量與旋轉軸之間的距離會增加,使她的慣性變大,并使她以較慢的速度旋轉。

電機旋轉式列.jpg

在機電系統中,電機和負載都有慣性,它們的慣性有多相似(或不同)會影響系統的性能。負載慣量與電機慣量之比是伺服電機選型的重要方面之一。

慣性比換算.jpg

伺服電機慣量由制造商給出,而負載慣量是通過添加所有旋轉部件的慣量來計算的,這些轉動部件通常包括執行器或驅動器(皮帶、滾珠絲杠、齒輪架和小齒輪)、外部負載和聯軸節。

低慣性伺服電機.jpg

為了使伺服電機在加減速過程中有效地控制負載,理論上電機和負載慣量應相等。但是,1:1的慣性匹配很少實用或實現。許多因素會影響給定應用程序可接受的慣性比,但最重要的因素之一是系統中的遵從性或結束。機械部件不是完全剛性的,傳動系中的皮帶、聯軸節和齒輪箱部件越多,系統就越符合要求。一般來說,柔度越高,轉動慣量比越小,電機應能有效地控制負載。


雖然沒有確定最佳慣量比的公式,但一些電機尺寸指南規定慣量比應為10:1或更低。較高的失配會導致電機消耗比需要更多的電流,從而降低效率并增加運行成本。較高的比率也會增加共振,并可能導致系統超調所需的速度和位置,對性能產生負面影響。


如果慣性比太高,有兩種方法可以降低它:給系統增加一個齒輪箱,或者使用一個更大的電機。齒輪箱經常用于皮帶傳動系統,以優化電機轉速和扭矩。但是,由于齒輪比對負載的慣性有平方反比的影響,它們也可以顯著降低系統的慣性比。

伺服電機.jpg

降低慣性比的第二種方法是使用具有更大慣性的大電機。然而,從長遠來看,這很少是一個有益的解決方案,因為更大的電機成本更高,需要更多的扭矩來克服自身的慣性,消耗更多的能量,從而增加了系統的總擁有成本。


另一方面,不必要的低慣量比,甚至是“完美”的1:1匹配,都表明電機尺寸過大,導致不必要的成本和能耗。設計人員不應追求完美的慣性比,而應考慮到系統動力學和定位要求,并通過尺寸既不過大也不欠大的伺服電機,努力實現滿足這些要求的慣性匹配。


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