无刷电机负荷转动惯量和制动力矩计算(1)

selina 在 周二, 05/16/2017 - 10:07 提交

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无刷电机作为简易伺服控制,要保持有良好的速度跟踪特性和位置控制特性,对于拖带负荷轻重有一定的要求,通常按照伺服电机的规定来执行。即额定负荷应该不大于5倍的转子惯量,最大不超过10倍。只有拖带额定负荷的定位实验通过之后,霍尔定位控制的定位能力才能彻底的令人信服。

一、确认转子的转动惯量

厂家数据转子的转动惯量是1.89e-6 Kgm2,按上面规定计算额定负荷,负荷太轻,等于没有拖带负荷的能力,令人怀疑厂家数据的正确性。无奈之下我们只有打开电机,对转子重量及外形尺寸进行测量,并且根据测量数据计算出转子的转动惯量。

下面以实测转子重量 0.15 kg,以及实测直径0.029 m,来计算转子的转子惯量:

J=0.5 × m × R^2 = 0.125 ×m × D^2
= 0.125 × 0.15Kg × (0.029 m )^2
= 1.5768 e-5 kg m^2 ≈ 1.58 e-5 kg m^2

如果转子不是实心结构,转动惯量计算结果会有出入,判定方法就是核对其重量。

实测转子直径是 29mm 长度=33mm,ρ= 7800Kg/m3 求质量m
m =ρ×v
=7.8 *10^3(ρ)×3.14(π)×0.0145(r)^2 ×0.033(L)
= 0.16993 Kg

计算重量 0.169 Kg与称量重量0.150 Kg比较接近,即使存在着少量的空心结构,也不会对转动惯量会有大的影响,更不可能相差一个数量级,无疑厂家的数据是错误的。

作为一个工程技术人员,不能盲目地崇信厂家的数据,一切需要实际地验证。对于独立开发产品的设计人员而言,更是需要具备自信心,这是保证开发成功的必备素质。自信需要建立在扎实的自学功力上面,只能说大话的人,色厉内荏,是不可能有自信心的。网络上面资料丰富,同一个问题可能有多种答案,但是要想辨识正确的说法,则需要很强的功力。

二、模拟负荷最大定位力矩的计算

空载最大定位力矩的试验方法:转子虽然是在空载的条件下,但是可以通过提高转子在定位点前的转速,来模拟带负荷的惯性力矩。我们采用转子以500转/分的速度,不经过减速直接冲击定位点。其一转速调节很容易,其二、转速有数字显示。如果转子突破了定位点,其临界值,就是电机所能承受的最大制动力矩。

制动力矩计算公式 M=Jβ M=力矩 J=转动惯量 β=角加速度

计算角加速度通常按照匀减速来计算制动时间。电机转动一圈为30霍尔行程,需要在一个霍尔行程内由500转/分减速到0(完成定位),求得制动时间为0.008S(时间的计算方法简单,忽略计算过程)。
因为定位时,电机转速降低到0,反电动势亦跟随下降,占空比不能过大,以避免电机电流过大。因此定位时的制动力矩,会和额定工作力矩有出入是正常情况。

待续。

本文转自:无刷电机负荷转动惯量和制动力矩计算(1)

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主图: 

 无刷电机负荷转动惯量和制动力矩计算(1)

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