伺服电动机的转动惯量和机电时间常数的测量

伺服电动机的转动惯量和机电时间常数的测量

这里介绍伺服电动机的转动惯量和机电时间常数的测量。

伺服电动机的机电时间常数和转动惯量是表征动态响应快速性的重要指标。这些指标可以通过理论计算来得到，也可以通过试验方法直接测量。下面介绍几种测量电机的转动惯量和机电时间常数的方法。

一、转动惯量的测量

电机转子的转动惯量可以用多种方法进行测定，常用的有：

（一）落重法

把带有轴承的电机转子水平地放在V 形架上，在轴伸端装一滑轮，并在滑轮上绕有细线，细线的另一端挂一重量为G 的落锤。利用落锤的自由下落，即可测量出转子的转动惯量。

当落锤的初速度为零，且略去轴承的摩擦力矩后、电机转子和滑轮总的转动惯量可由下式算出 ()2

2212m kg Gr g h t J ⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-= 式中 G —— 落锤重量 (N);

r —— 滑轮半径 (m);

t —— 落锤下落的时间（s ）;

g —— 重力加速度，g=9.812/s m ;

h —— 落锤下落的距离 (m)。

由上式计算出的结果减去滑轮的转动惯量，即为电机转子的转动惯量。

（二）双线悬吊法、

把电机的转子用两根细线悬吊起来，如图1所示。外施转矩使转子以轴线为中心扭转一个小角度后，让其自由摆动，则电机转子的转动惯量可由下式算出

()()2

22

2m kg l f Gr J ⋅=π 式中 G —— 电机转子的重量 (N);

r —— 悬线到转子轴线的距离 (m);

l —— 悬线的长度 (m)；

f —— 电机转子摆动的频率 (Hz)。

图1 双线悬吊法测量电机转子的转动惯量

二、机电时间常数的测量

伺服电动机的机电时间常数是指：电机在空载时，电枢外施一阶跃电压，其转速由零升到稳定转速的63.2％时所需的时间。因此，测量伺服电动机机电时间常数的各种方法，无非就是要获得电机在阶跃电压下空载起动时的转速-时间曲线。

为了取得伺服电动机空载起动时的关系曲线，也可采用多种方法。下面介绍几种常用的方法。

（一）示波器法

采用低惯量的测速发电机与伺服电动机同轴联接，然后把测速发电机的输出电压送入长余辉示波器或存储示波器中，即可显示出伺服电动机起动时，测速发电机的输出电压波形。由于测速发电机的输出电压正比于电机的转速，故所得波形即为转速-时间关系曲线。 这种方法简便易行，故被广泛采用。但此法一般只适用于容量较大的伺服电动机，因为容量太小的伺服电动机带上测速发电机后，整个机组的转动惯量就比电动机本身的转动惯量要大得多，会使测量结果产生较大的误差。

（二）摄影法

对于容量很小的伺服电动机，为了解决测速发电机测量时产生的较大误差，可以采用摄影法来取得转速-时间的关系曲线。它的基本原理如下：

在电动机的轴上装一个转动惯量很小的小圆盘，并在圆盘上画出一个记号，例如画一条半径线。用摄影机把电机起动过程中圆盘上所作记号的各个位置拍摄下来。也就是说，每隔一定时间记录一次电机转子的转角位置。若摄影机每隔Δt 时间拍摄一张片子，则起动后在拍摄第i 张片子时电机的角速度为 t dt d i i ∆-≈=Ω+θθθ1 这样便可得到转速-时间的关系曲线，

摄影机的拍摄速度越高，即Δt 越小，结果也就越精确。这种方法不受电机容量的限制，可以通过单机直接测量。

（三）光电脉冲法

在电机轴上装一个转动惯量很小的圆盘，在圆盘上沿圆周方向均布一排小孔。圆盘的一侧放置光源，而另一侧放置光电管作为光信号的接收元件。当光线穿过小孔射到光电管时，光电管便产生一个输出脉冲。显然，输出脉冲的频率与电机的转速保持严格的正比关系。 若用振子示波器拍摄电机起动过程中输出脉冲信号随时间的变化过程，便可得到频率-时间曲线，最后再变换成转速-时间关系曲线。

如果采用电子开关电路、频率计数器等组成的电子线路，还可以把所测得的机电时间常数值用数字直接显示出来。