資料介紹
傳動環(huán)節(jié)在運動或傳動系統(tǒng)中起著重要的作用,如:減低輸出轉(zhuǎn)速匹配應(yīng)用,增加力矩輸出,匹配慣量比。但多大的傳動速比是合適的呢?
我們經(jīng)常會認(rèn)為在電機轉(zhuǎn)速輸出允許范圍內(nèi),傳動比越大所需要的電機扭矩越小,不無道理,這是在當(dāng)輸出扭矩完全(100%)作用到負(fù)載慣量時的理想狀況。
實際情況是,作為輸出動力源的電機本身也是有慣量的,也就是說,電機輸出的扭矩需要同時分配給負(fù)載慣量和自身慣量。這一點點的變化,會帶來什么影響,讓我們通過一些算式來推測一下其中的規(guī)律。
我們這里用最簡單的一個傳動模型,如下圖所示:
負(fù)載需要的加速扭矩為
J負(fù)載×α負(fù)載
那么電機側(cè)需要作用在負(fù)載的加速扭矩即為
J負(fù)載×α負(fù)載÷i
接下來計算要滿足負(fù)載加速度需求,電機需要作用在自身的扭矩大小
電機的加速度為α負(fù)載×i
那么作用在電機上的扭矩為J電機×α負(fù)載×i
于是我們得出需要電機輸出的總扭矩為
我們發(fā)現(xiàn)總扭矩和速比之間的關(guān)系函數(shù)是一條正比例曲線和一條反比率曲線的疊加。而這條曲線的趨勢取決于電機和負(fù)載之間的慣量關(guān)系(注意,這不是負(fù)載慣量比的意思)。
這其實并不難理解,
首先隨著速比的升高,速比和負(fù)載慣量成反比,使得電機更容易驅(qū)動負(fù)載,所需扭矩自然小了。
另外一方面,由于速比的提高,電機自身的轉(zhuǎn)速需求提高了,使得其自身需要更高的加速度以滿足負(fù)載的運行速度,而加速度的提升就帶來了扭矩需求的提高。
關(guān)鍵問題在于,在電機轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),以上兩個扭矩變化的趨勢哪個是主導(dǎo)呢?這就要看電機的慣量大小了。
讓我們看一下當(dāng)電機慣量在不同級別時,扭矩需求隨速比的變化趨勢有何不同。
這里的第一坐標(biāo)(左側(cè))為J負(fù)載×α負(fù)載
第二坐標(biāo)(右側(cè))為慣量比
橫坐標(biāo)為傳動比
如果電機慣量很小,只有負(fù)載的1%-5%,那么趨勢是這樣的。
如果電機慣量繼續(xù)增大,將看到扭矩的最低點逐漸向速比較小的趨勢靠近。
從上面的趨勢我們可以了解的是:
1 適當(dāng)?shù)恼{(diào)整傳動比可以減小對電機扭矩的需求,在一定速比范圍內(nèi),速比的增大可以幫助減小對電機扭矩輸出的需求,而超出這個范圍,傳動比的增大反而會增大扭矩需求。從經(jīng)濟性(或者節(jié)能環(huán)保)角度看,這個范圍的臨界值恰恰是扭矩曲線的最低點,此時的速比所需的電機最小,可以認(rèn)為“最佳”
2 上面說的這個“范圍”-“最佳點”,是和電機本身慣量大小有關(guān)的。當(dāng)電機慣量越小,這個速比可調(diào)節(jié)范圍就越大;電機慣量越大,這個速比可調(diào)節(jié)范圍就越小。
3 由于電機慣量和速比存在著這樣的關(guān)系,不同的電機其所代表的最佳傳動比都是不同的,因此在實際選型設(shè)計的時候,每更換一款電機的時候,都需要重新考慮速比的最佳匹配,可以按照應(yīng)用需求將上述的趨勢曲線列出來,然后找到匹配最好的“電機”和“速比”的組合。
4 需要注意的是,在負(fù)載不變的情況下,電機慣量的增大,其實也在某種程度上增大了對電機扭矩的輸出需求――也就是說需要選擇更大的電機了??纯瓷厦娴那€分析,當(dāng)電機慣量增大十倍,其扭矩需求也增加了好幾倍,而在使用低慣量電機時,我們可以通過調(diào)整傳動比改善負(fù)載慣量比,而在大慣量電機時,速比調(diào)整空間很小。因此實際上我們并不推薦使用中慣量或者大慣量電機。
另外有幾點要提的,
-不同廠家、系列的電機的扭矩、轉(zhuǎn)速特性是不同的,因此其所適應(yīng)的傳動機構(gòu)也是有差異的。
-減速比的調(diào)整可以很有效的優(yōu)化和匹配機械和電氣系統(tǒng),而往往調(diào)整的性價比是超高的。比如,速比為1:3,1:5,1:7,1:9的減速機,其成本在一個框架范圍內(nèi)差別很小(或者相同),但是其可以極大的優(yōu)化電機的匹配,使得總體成本甚至下降。
-雖然扭矩是選擇電機的一個很關(guān)鍵的參數(shù),但除此以外,還有其他需要考慮的地方,如溫升、母線電壓、電流……同時,考慮到機械系統(tǒng)的復(fù)雜性,在本篇中都沒有涉及并進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)量化分析。具體應(yīng)用的選型,需要依據(jù)實際情況進(jìn)一步計算和分析。
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本文轉(zhuǎn)自:深度:傳動比和輸出扭矩
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