电机转子运动惯量的计算方法哪些，怎样避免转子惯性失配？

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(Robert D. 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(Feedforward Control)，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. Testing Systems Ltd.)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(System Identification)，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(Back Electro Motive Force Constant, Back-EMF Constant) 、转矩常数(Torque Constant) 、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。

来源：老赵说制造

审核编辑 黄昊宇