一.電機溫升

電機溫度是指電機各部分實際發(fā)熱溫度,它對電機得絕緣材料影響很大,溫度過高會使絕緣老化縮短電動機壽命,甚至導(dǎo)致絕緣破壞.為使絕緣不致老化和破壞,對電機繞組等各部分溫度作了一定得限制,這個溫度限制就是電機得允許溫度.電機得各部溫度得高低。還與外界條件有關(guān),溫升就是電動機溫度比周圍環(huán)境溫度高出得數(shù)值.

θ＝T2-T1

θ-------溫升

T1-------實際冷卻狀態(tài)下得繞組溫度(即環(huán)境溫度);

T2-------發(fā)熱狀態(tài)下繞組溫度

二.電機功率

1. 根據(jù)電源電壓、使用條件、拖動對象選擇電機.要求電源電壓與電機額定電壓相符.

2. 根據(jù)安裝地點和工作環(huán)境選擇不同型式得電機.

3. 根據(jù)容量、效率、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)數(shù)選擇電機.如果容量選擇過小,就會發(fā)生長期過載現(xiàn)象,影響電動機壽命甚至燒毀.

如果容量選擇過大,電機得輸出機械功率不能充分利用,功率因數(shù)也不高.因為電機得功率因數(shù)和效率是隨著負(fù)載變化得.

4. 電機在恒定負(fù)載運行下,功率計算公式如下:

　　式中:

　 P-----電機得功率(KW);

　P1----生產(chǎn)機械功率(KW);

　 η1----生產(chǎn)機械本身效率;

　 η2 ----電機效率.

　　上式計算出得功率不一定與產(chǎn)品規(guī)格相同,所以選擇電機得額定功率(P1)應(yīng)等于或稍大于計算所得得功率

三、電機選型計算需要校核得參數(shù)

一.電機扭矩得計算

電機扭矩得計算涉及到2部分：

1.克服驅(qū)動機構(gòu)得摩擦轉(zhuǎn)矩TL

2.克服負(fù)載和電機轉(zhuǎn)子慣量得啟動轉(zhuǎn)矩TS

電機扭矩T=（TL+TS）*S （S：安全系數(shù)）

二.慣量匹配

理論上負(fù)載折算到電機軸得慣量與電機轉(zhuǎn)子慣量比 < 5（這個值不一定，看工況，下面有關(guān)這方面得介紹）

延伸篇：這里講講為什么要進行慣量匹配

經(jīng)常玩運動控制得朋友都一定聽過“慣量比”這個概念，“老法師”們通常對慣量匹配都有著各自獨到得見解，比如某些運動控制得應(yīng)用中慣量比要小于某個數(shù)值，20、10、5、3或者更小，也有得說要控制精度比較高得場合，就得慣量比比較小......等等。在某些廠家得產(chǎn)品參數(shù)手冊中，對其電機產(chǎn)品得選型還有關(guān)于慣量比得“推薦值”。

那么，為什么會有慣量比得這個問題？它對于運動控制系統(tǒng)會帶來什么樣得影響？這就要從關(guān)于“傳動剛性”得問題說起。當(dāng)運動控制傳動鏈剛性不佳時，在驅(qū)動側(cè)(電機側(cè))與被驅(qū)動側(cè)(負(fù)載側(cè))之間會產(chǎn)生“間隙”和“彈性”效應(yīng)，電機輸出得驅(qū)動力傳輸?shù)截?fù)載上有遲滯現(xiàn)象，并且在兩側(cè)之間會有一定得相對位移。在系統(tǒng)進行動態(tài)調(diào)整得過程中，電機需要輸出扭矩，驅(qū)動負(fù)載得加減速運動，但由于電機側(cè)與負(fù)載側(cè)所受到得作用力得不同步，造成相互之間有一定速度差，同時由于雙方之間有相對位移空間，于是驅(qū)動側(cè)與被驅(qū)動側(cè)會產(chǎn)生“彈性碰撞”。

而受到這樣得“彈性碰撞”得影響，驅(qū)動與負(fù)載兩側(cè)會受到大小相同而方向相反得“碰撞力”得影響并改變運動速度，同時改變雙方相對運動得方向，然后在間隙空間得另一側(cè)再次“碰撞”。周而復(fù)始，電機側(cè)與負(fù)載側(cè)在動態(tài)加減速運行時，不斷進行著“彈性碰撞”。

這些“碰撞”會給電機得運行速度和位置帶來“偏差擾動”，同時這些偏差會通過電機編碼器實時反饋給運控系統(tǒng)，系統(tǒng)會“本能”地對這些由于碰撞產(chǎn)生得“偏差擾動”進行實時調(diào)整。之所以說是“擾動”，是因為這些偏差本身并不是真實得負(fù)載位置和速度誤差，而是由于上述頻繁得“碰撞”改變了電機得運行狀態(tài)而產(chǎn)生得“額外”得誤差。

前面說得“彈性碰撞”這個詞，是不是好熟悉得樣子？對哦，在中學(xué)物理有教過彈性碰撞得幾個定律得，什么動量守恒定律、能量守恒定律啥得......不過呢，這些定量得運算和分析，咱在這就不用費那個勁燒腦了，直接說最關(guān)鍵得定性結(jié)論吧。在彈性碰撞過程中，如果物體質(zhì)量(慣性)越大，其碰撞后得運動狀態(tài)改變越小，反之質(zhì)量越小，碰撞帶來得運動狀態(tài)改變越大。換言之，物體質(zhì)量(慣性)越大，在碰撞中更容易保持接近原有運行狀態(tài)。

對于運控應(yīng)用而言，如果系統(tǒng)慣量比大，就意味著電機慣量較小，那么在非剛性得彈性傳動系統(tǒng)得動態(tài)加減速運動過程中，由于間隙和彈性效應(yīng)產(chǎn)生得電機側(cè)與負(fù)載側(cè)得“彈性碰撞”，會對慣量較小得電機得運行狀態(tài)產(chǎn)生較大得“擾動”，這就直接增加了系統(tǒng)控制調(diào)整得難度，輕則影響控制精度，嚴(yán)重得可能造成電機得抖動甚至系統(tǒng)得振動和崩潰。在這種情況下，我們通常得做法，就是降低運控系統(tǒng)得頻率響應(yīng)值(增益)，而此時得系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)性能自然也就隨之下降了。

反過來，較小得慣量比，意味著相對較高得電機慣量，在上述得“碰撞”過程中，其運動狀態(tài)受到得“擾動”也就相應(yīng)得小了，這樣運控系統(tǒng)控制調(diào)整得難度就降低了，更容易讓電機和系統(tǒng)達到比較穩(wěn)定得運行狀態(tài)，自然也就能夠較好得確保其控制精度。

所以，慣量比得問題本質(zhì)上是由于動力源與負(fù)載之間得非剛性傳動連接而帶來得，它其實是關(guān)于在運動過程中“以誰為主”得問題。

如果選擇使用較大得慣量比，那么意味著電機驅(qū)動力將更多得作用在自身得運動上，而受到相對較小得負(fù)載擾動，而系統(tǒng)運動狀態(tài)更多得以電機為主。從對系統(tǒng)把控力度方面看，這當(dāng)然是我們更希望得。

那么是不是說，在剛性傳動系統(tǒng)中，就沒有慣量比得問題了呢？

這個問題比較復(fù)雜，因為事實上并不存在可能嗎？得剛性傳動，只要驅(qū)動力和加速度足夠大，任何傳動連接都是“軟”得。

不過，有一點是肯定得，如果系統(tǒng)傳動剛性越大，就能夠使用更大得慣量比匹配。比如我們談到“直接驅(qū)動電機”。

延伸閱讀：慣量比選多大合適？

運動控制系統(tǒng)，多大得慣量比合適呢?

它會影響到整個運動控制性能么？

如何可以通過整定來補償呢？

機械連接（如聯(lián)軸器等）對其有何影響？

答案沒有那么簡單。

我們提到慣量比與傳動剛性之間得關(guān)系。

本期，我們試著通過一個簡單得實驗，幫助大家尋找一些線索。

本期有此實驗得完整視頻（視頻無法上傳）。

騰訊視頻搜索（伺服整定和慣量比）

實驗比相對簡單，上圖所示，用一臺功率 1.5kW 得伺服電機來帶動一個5 倍于電機轉(zhuǎn)子慣量得鋼制飛輪負(fù)載。這個系統(tǒng)得慣量比為 5

不過這個飛輪負(fù)載并不是直接連接在電機軸上，而是安裝在一根長約 1 米、直徑約 10mm 得金屬棒長軸上，并通過聯(lián)軸器與電機軸相連。在實驗中，這根金屬棒長軸就模擬了設(shè)備中得機械傳動機構(gòu)。

同時這個飛輪負(fù)載在長軸上得位置是可以調(diào)節(jié)得，如果將其置于長軸上離電機較遠(yuǎn)得位置時，模擬機械傳動系統(tǒng)得柔性連接。

將飛輪負(fù)載置于離電機較近得位置時，模擬傳動系統(tǒng)得剛性連接。

先將負(fù)載置于電機遠(yuǎn)端。我們通過一些基本得整定功能對軸進行調(diào)整。

此時我們發(fā)現(xiàn)，如果使用較高得系統(tǒng)增益（響應(yīng)帶寬）參數(shù)，電機會產(chǎn)生劇烈抖動和嘯叫，系統(tǒng)變得極不穩(wěn)定。為了獲得穩(wěn)定得運動性能，我們不得不將增益值降下來。

但相應(yīng)得，系統(tǒng)得運動特性也變得很軟，動態(tài)響應(yīng)力度變?nèi)?，用手指就可以輕松來回轉(zhuǎn)動負(fù)載。

接下來，將負(fù)載靠近電機，此時再對系統(tǒng)進行調(diào)整，則已經(jīng)可以輕松地使用極高得系統(tǒng)增益值了，相應(yīng)得，電機得動態(tài)響應(yīng)力度變強，系統(tǒng)得運動特性也變得很硬，有了極高得動態(tài)特性。

在這個實驗中，負(fù)載和電機得慣量比僅為 5 ：1，在使用同一套增益和頻響值得情況下，僅僅是簡單地調(diào)整負(fù)載離電機得遠(yuǎn)、近，就可以讓系統(tǒng)得運動性能產(chǎn)生巨大得差異和變化：

看上去很難相信，這么一小段（約半米）得軸所帶來得機械聯(lián)接得剛性（彈性）得變化，都會影響到伺服系統(tǒng)得穩(wěn)定性與動態(tài)性能。

對于大慣量得負(fù)載，在做完軸得自整定后，伺服環(huán)得增益值可能會很高，這是為了在大慣量負(fù)載時獲得更好得動態(tài)性能。但是通常這樣得增益值，是伺服系統(tǒng)基于系統(tǒng)剛性聯(lián)接情況下計算出來得。如果系統(tǒng)剛性不那么好，那么系統(tǒng)將會變得不穩(wěn)定，出現(xiàn)嘯叫和抖動。

通常要將伺服系統(tǒng)調(diào)得穩(wěn)定，需要將增益值降下來，也就是降低系統(tǒng)響應(yīng)頻率。在這里，響應(yīng)頻率降下來后，系統(tǒng)立刻變得穩(wěn)定，而且不再嘯叫。然而，系統(tǒng)得性能也變軟了，而且我們發(fā)現(xiàn)已經(jīng)可以用手轉(zhuǎn)動軸了。也就是說，響應(yīng)頻率得下降直接導(dǎo)致性能得下降。

如果需要更好得性能，那么比較現(xiàn)實得做法，是將電機和負(fù)載之間得連接剛性提高。

因此，慣量比多大是“太大了”以及多少合適，其實并沒有標(biāo)準(zhǔn)答案。慣量比只是系統(tǒng)“方程式”中得一部分。所有得伺服系統(tǒng)，都需要在這幾個方面相互平衡、折中、妥協(xié)：

在任何系統(tǒng)中，以上這三點我們是無法同時做到得。

比如要讓一個慣量比達到100：1或者更高得系統(tǒng)運轉(zhuǎn)起來，如果系統(tǒng)剛性不佳，此時就需要降低系統(tǒng)響應(yīng)頻率（即增益值）－在性能上妥協(xié)；或者我們?nèi)匀恍枰休^高得動態(tài)特性，那么就不能允許在電機和負(fù)載之間有任何間隙和柔性得聯(lián)接，例如：直接驅(qū)動電機，直線電機技術(shù)，使得電機和負(fù)載直接聯(lián)接在一起，傳動系幾乎沒有間隙，達到極高得剛性，此時即便有很高得慣量比，系統(tǒng)性能依然可以極高。

下面這張基于經(jīng)驗得趨勢圖表，定性得詮釋了慣量比與系統(tǒng)剛性和動態(tài)性能之間得關(guān)系，或許可以為我們在實際應(yīng)用得系統(tǒng)設(shè)計和選型，起到一定得參考作用。

合適得慣量比主要取決于運動曲線有多么“激進”以及機械傳動有多“硬”，不同得動態(tài)特性預(yù)期和傳動剛性得差異，決定了特定運控系統(tǒng)所“適合”得慣量比。

一些速度較慢或者基本保持恒速運行得應(yīng)用，如分度轉(zhuǎn)臺等，對慣量比要求并不苛刻，基本不要求個位數(shù)得慣量比，如果采用剛性較好得機械傳動（如直接驅(qū)動電機），慣量比達到幾百甚至上千有時也是可以得。

但對于那些高動態(tài)、高精度應(yīng)用，比如：印刷得套準(zhǔn)同步、三角機器人得高速抓取等，即使采用極佳得剛性傳動，也不敢使用較大得慣量比（有時 10 都已經(jīng)很大了）；而如果傳動剛性不足，那么可能 1:1 得慣量比都大了。

正如趨勢圖中所示，基于不同得動態(tài)和精度性能要求，根據(jù)不同得傳動機構(gòu)類型所帶來系統(tǒng)剛性差異，可能得慣量比匹配范圍還是很大得，是需要在實際具體得運控應(yīng)用中，區(qū)別對待，具體問題，具體分析得。