[经验]

无刷电机负荷转动惯量和制动力矩计算

2018-10-12 09:52:17

5232 ADI 无刷电机

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。
：无刷电机负荷转动惯量和制动力矩计算（1）