?微型直流電機的轉動(dòng)慣量如何計算？

微型直流電機在應用中為提高驅動(dòng)及響應需要對直流電機負載慣量進(jìn)行匹配，那么直流電機轉子轉動(dòng)慣量是如何計算的呢？下面天孚微電機來(lái)帶大家來(lái)了解下直流電機的轉動(dòng)慣量計算方法。

轉子的轉動(dòng)慣量的大小對直流電機的啟動(dòng)與制動(dòng)性能都有直接影響，至于轉子轉動(dòng)慣量的大小，在國家標準中沒(méi)有具體要求規定，一般是與微電機廠(chǎng)家根據實(shí)際要求來(lái)商定，直流電機的轉子轉動(dòng)慣量可以用計算與測試兩種方法來(lái)實(shí)現，我們先來(lái)說(shuō)計算方法，可以將直流電機的轉子看成一個(gè)密度均勻的圓柱體，秤其質(zhì)量后，通過(guò)圓柱體轉動(dòng)慣量公式來(lái)計算，如下：

式中，

J為轉動(dòng)慣量（kg.m2）；

M為轉子質(zhì)量（kg）；

R為轉子半徑（m）。

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實(shí)測法：?jiǎn)武摻z轉子轉動(dòng)慣量測試法

可用假轉子輔助的單鋼絲實(shí)測法和附加輔助扭轉擺的單鋼絲實(shí)測法，假轉子輔助的單鋼絲實(shí)測法由于需制作一個(gè)假轉子，試驗也較費時(shí)。

● 假轉子制作要求

（1）材料密度均勻，最好采用軋制圓鋼；

（2）外圓圓整，端面平整；

（3）盡量使其質(zhì)量及形狀與被試轉子相同。

制作完成后，精確測量出它的外形尺寸，并通過(guò)公示計算出它的轉動(dòng)慣量Ja（kg·m2）。

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● 測試步驟

（1）將假轉子可靠地懸掛在鋼絲下。鋼絲的另一端牢固地系于一個(gè)支架上。應注意鋼絲必須系在假轉子的直徑中心，使其自然下垂時(shí)軸線(xiàn)豎直。鋼絲長(cháng)度在2m左右，其截面直徑視假轉子質(zhì)量而定，即當假轉子懸掛后應不使其有明顯的伸長(cháng)變形，但又不能太粗，否則會(huì )影響測試擺動(dòng)及鋼絲本身不直而引起較大誤差；

（2）試驗時(shí)，將假轉子旋轉30°-45°，然后松手，讓其靠鋼絲的扭力來(lái)回自由旋轉。用秒表記錄假轉子旋轉一個(gè)周期所用的時(shí)間（由原靜止位置想到左邊最大角度后，返回到原靜止位置，然后提到右邊最大角度位置后返回到原靜止位置，為一個(gè)擺動(dòng)周期。）。為了計時(shí)正確，第1-2個(gè)周期不計時(shí)，然后記錄幾個(gè)周期的時(shí)間，取其平均值作為假轉子一個(gè)旋轉周期所用的時(shí)間Ta（s）。計時(shí)起點(diǎn)和終點(diǎn)應在擺動(dòng)速度最大的位置，即擺動(dòng)中心位置；

（3）用已調好動(dòng)平衡的被試轉子換下上述假轉子，用同樣的方法求出被測試真轉子的擺動(dòng)周期T（s）；

（4）通過(guò)下面公式計算求出被試轉子的轉動(dòng)慣量（kg·m2）。

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我們再看一個(gè)角動(dòng)量公式：

L=Iω

公式中，

L為角動(dòng)量；

I為轉動(dòng)慣量；

ω為角速度。

角動(dòng)量=合外力矩×時(shí)間，在轉動(dòng)系統中，如果合外力矩不變，從ω1變化到ω2的時(shí)間與轉動(dòng)慣量是成正比的。

首先需要加工兩個(gè)已知轉動(dòng)慣量的剛性轉子，分別標記為轉子1和轉子2，可以在三維軟件中計算轉動(dòng)慣量，轉子加工出來(lái)后用電子秤稱(chēng)量實(shí)際重量后再修正一下軟件計算的值。然后微型直流電機需要安裝一個(gè)比較精確的測速裝置，比如光電編碼器，用上位機采集光電編碼器的角速度。再準備一個(gè)剛性聯(lián)軸器，最好是密度均勻形狀規則的，稱(chēng)重后計算轉動(dòng)慣量。

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將直流電機軸和轉子1通過(guò)聯(lián)軸器固定到一起，然后控制直流電機啟動(dòng)，等到轉速平穩不再變化時(shí)，斷開(kāi)電源，讓直流電機處于自由剎車(chē)的狀態(tài)，直到完全停轉。觀(guān)察直流電機的速度曲線(xiàn)，在速度下降階段取其中一段，比如直流電機從最高轉速4000降到0，取中間速度為3000和1000的兩個(gè)點(diǎn)，找到這兩個(gè)點(diǎn)對應的時(shí)間，計算時(shí)間差得到T1。同樣的方法，將轉子1更換為轉子2，得到時(shí)間差T2。

在斷開(kāi)電源后的減速過(guò)程中，系統受到的合外力矩由兩個(gè)部分構成，直流電機固有的摩擦力矩和轉子的空氣阻力力矩。其中摩擦力矩是和轉速相關(guān)的一個(gè)一次函數，兩次測試中這個(gè)摩擦力矩的變化是可以忽略的。而轉子的空氣阻力力矩由于是回轉體，空氣阻力小，可以忽略。所以最終：

T1/T2=I1/I2

I1=直流電機轉子的轉動(dòng)慣量＋聯(lián)軸器的轉動(dòng)慣量＋轉子1的轉動(dòng)慣量；

I2=直流電機轉子的轉動(dòng)慣量＋聯(lián)軸器的轉動(dòng)慣量＋轉子2的轉動(dòng)慣量。

只有一個(gè)直流電機轉子的轉動(dòng)慣量是未知量，通過(guò)計算即可得出。

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以上就是直流電機的轉子慣量的計算確定方法，更多有關(guān)微型直流電機資訊，請繼續關(guān)注天孚微電機。