電機扭矩的計算涉及到兩部分:
1.克服驅(qū)動機構(gòu)的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf
2.克服負載和電機轉(zhuǎn)子慣量的啟動轉(zhuǎn)矩Tj
電機扭矩T=(Tf+Tj)*S,S:安全系數(shù)一般去1.3~2,理論上負載折算到電機軸的慣量與電機轉(zhuǎn)子慣量比小于5
依據(jù)電機在一定驅(qū)動速度的條件下,其所帶的負載轉(zhuǎn)矩、負載慣量(轉(zhuǎn)動慣量)和必需的加速轉(zhuǎn)矩,來計算所選擇步進電機的輸出轉(zhuǎn)矩。
負載轉(zhuǎn)矩為TL,欲驅(qū)動其到f2的轉(zhuǎn)速,則先在低速f1啟動電機,然后加速到f2。此時,負載包含有轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量J,因此要使其加速,就必須要施加加速轉(zhuǎn)矩Ta,則TL+Ta為步進電機加速運行到f2轉(zhuǎn)速所需的轉(zhuǎn)矩。
示例1:求負載慣量為2kg.cm2,w1=0,w2=157rad/s(25rps),TL=0,ta=0.1s時的加速所需的轉(zhuǎn)矩。
解:J=2kg.cm2=2×10-4kg.m2
T=2×10-4×(157-0)/0.1=0.314Nm
示例2:使用步距角1.8°的HB步進電機,電機軸的轉(zhuǎn)動慣量為2kg.cm2,摩擦轉(zhuǎn)矩為0.3kgf.cm2,求用40ms由停止?fàn)顟B(tài)加速到1600pps所需的轉(zhuǎn)矩是多少?轉(zhuǎn)子慣量為0.5 kg.cm2。
解:J=2+0.5=2.5kg.cm2=2.5×10-4kg.m2
f2–f1=1600pps
ta=0.04s
T=2.5×10-4×(π/180)×1.8×1600/0.04=0.314Nm
安全系數(shù)取2,則T=0.628Nm
示例3:如下圖所示,步進電機輸出軸直接連接皮帶輪通過皮帶驅(qū)動滾筒。此時,滑輪直徑為3cm,其重量為0.01kg,轉(zhuǎn)子的慣量為0.023kg·cm2,皮帶重量為0.04kg,滾筒直徑為6cm,滾筒重量為0.15kg,轉(zhuǎn)子軸的摩擦轉(zhuǎn)矩為0.03kgf·cm。試選擇滾筒由停止開始用0.1s時間能加速到300rpm轉(zhuǎn)速的步進電機(步距角1.8°)
解(1)計算電機軸的總負載慣量J(轉(zhuǎn)子慣量+皮帶輪慣量+皮帶慣量+滾筒慣量):
滑輪慣量為
J1=(WD2/8)G2=(0.01/8)×32=0.011(kg·cm2)
滾筒的慣量為
J2=(WD2/8)G2=(0.15×62/8)×(3/6)2=0.169(kg·cm2)
W為重量,D為直徑,G為減速比(皮帶輪直徑/滾輪直徑)
皮帶的慣量:
J3=(W/4)D2=(0.04/4)32=0.09(kg·cm2)
W為重量,D為皮帶輪直徑。
轉(zhuǎn)子慣量為
J4=0.023(kg·cm2)
折算至電機軸的總慣量為
J=J1+J2+J3+J4=0.293(kg·cm2)
(2)電機的轉(zhuǎn)速:
電機的轉(zhuǎn)速為
300×(60/30)=600(rpm)
此時的驅(qū)動脈沖頻率f2為
6×600/1.8=2000pps
求出加速轉(zhuǎn)矩,所需的轉(zhuǎn)矩為T=2.93×10-5×(1.8π/180)(2000-0)/0.1+0.0029=0.0184+0.0029=0.0213Nm
若安全系數(shù)SF=1.5,則T=32mN·m(0.327kgf·cm),選用此種轉(zhuǎn)矩的步電機在2000pps即可滿足要求。
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