伺服電機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)包含電氣時(shí)間常數(shù)和機(jī)械時(shí)間常數(shù)。在測(cè)試中要將電氣時(shí)間常數(shù)和機(jī)械時(shí)間常數(shù)兩者區(qū)分開(kāi)來(lái)比較困難,加之電氣時(shí)間常數(shù)通常情況下比機(jī)械時(shí)間常數(shù)小得多,在工程應(yīng)用及測(cè)試中一般不去將它們分開(kāi)。
伺服電機(jī)機(jī)電時(shí)間常數(shù)測(cè)試原理主要源于機(jī)電時(shí)間常數(shù)的定義及電機(jī)動(dòng)態(tài)理論,國(guó)標(biāo)中推薦了起動(dòng)電流法、控制電流法、測(cè)速機(jī)法和對(duì)拖法幾種測(cè)試方法,下面本文就對(duì)幾種測(cè)試方法的原理及操作進(jìn)行介紹。
GB/T 2900控制電機(jī)術(shù)語(yǔ)中對(duì)機(jī)電時(shí)間常數(shù)、機(jī)械時(shí)間常數(shù)、電氣時(shí)間常數(shù)定義如下:
機(jī)電時(shí)間常數(shù)是伺服電機(jī)在空載和額定勵(lì)磁條件下,加以階躍的額定控制電壓,轉(zhuǎn)速?gòu)牧闵仙娇蛰d轉(zhuǎn)速的63.2%所需時(shí)間。
對(duì)于直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)的具體計(jì)算方法,可用電機(jī)端電阻R,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm,反電勢(shì)系數(shù)Ke,轉(zhuǎn)矩常數(shù)KT等參數(shù)表示:
可用電機(jī)端電阻R和電感L表示:
根據(jù)直流電機(jī)動(dòng)態(tài)理論,可得下式:
式中:
ua——電樞電壓,單位為伏特V;
Ia——電樞電流,單位為安培A;
Ra——電樞電阻,單位為歐姆Ω;
tM——機(jī)電時(shí)間常數(shù),單位為s。
電機(jī)空載起動(dòng)時(shí)電流從最大值衰減到63.2%所用時(shí)間就是機(jī)電時(shí)間常數(shù)tM。測(cè)試時(shí),將電機(jī)定子固定,電機(jī)軸上不加任何負(fù)載,對(duì)帶勵(lì)磁的電機(jī)激勵(lì)繞組施加額定勵(lì)磁,電樞繞組加額定階躍電壓,用波形采集設(shè)備記錄電機(jī)加階躍電壓過(guò)程中起動(dòng)電流的完整波形,然后通過(guò)波形數(shù)據(jù)處理獲取電機(jī)的時(shí)間常數(shù)。
同起動(dòng)電流法類似,可得出
式中:
ua——點(diǎn)數(shù)電壓,單位為伏特V;
Ia——電樞電流,單位為安培A;
Ra——電樞電阻,單位為歐姆Ω;
tM——機(jī)電時(shí)間常數(shù),單位為秒s;
電機(jī)空載制動(dòng)時(shí)電流從最大值衰減到63.2%所用時(shí)間就是機(jī)電時(shí)間常數(shù)tM。測(cè)試時(shí),將電機(jī)定子固定,電機(jī)軸上不加任何負(fù)載。對(duì)帶勵(lì)磁的電機(jī)激勵(lì)繞組施加額定勵(lì)磁,電樞繞組加額定電壓,待電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后,斷開(kāi)電樞繞組電壓,立即將電樞繞組斷路。用波形采集設(shè)備記錄電機(jī)電樞繞組斷路至電機(jī)停轉(zhuǎn)過(guò)程中控制電流的完整波形,然后通過(guò)波形數(shù)據(jù)處理獲取電機(jī)的時(shí)間常數(shù)。
測(cè)速發(fā)電機(jī)空載時(shí)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系式如下:
式中:
ua——發(fā)電機(jī)輸出電壓,單位為伏特V;
Kb——電機(jī)常數(shù),單位為伏特秒每弧度V.s/rad;
圖1:測(cè)速機(jī)法接線圖
測(cè)試時(shí),用一臺(tái)低慣量測(cè)速發(fā)電機(jī)和待測(cè)電動(dòng)機(jī)同軸剛性連接并固定,按上圖1所示接線。給電動(dòng)機(jī)施加額定階躍電壓UN,電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)測(cè)速發(fā)電機(jī)一起旋轉(zhuǎn),直到轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。在波形采集設(shè)備記錄測(cè)速發(fā)電機(jī)的電壓波形,從波形圖上求出電壓從零上升至穩(wěn)態(tài)值的63.2%所用時(shí)間,此即為機(jī)電時(shí)間常數(shù)。
N——發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速,單位轉(zhuǎn)每分鐘r/min。
將測(cè)速發(fā)電機(jī)與待測(cè)電動(dòng)機(jī)同軸連接,電動(dòng)機(jī)加階躍電壓起動(dòng)時(shí),帶動(dòng)測(cè)速發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生輸出電壓,從上式中可知,測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比,只要測(cè)出測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓上升波形就可以求出電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)。
式中:
ub——發(fā)電機(jī)電樞電壓,單位為伏特V;
kb——電機(jī)常數(shù),單位為伏特秒每弧度V.s/rad;
ua——電動(dòng)機(jī)電樞電壓,單位為伏特V;
ka——電動(dòng)機(jī)常數(shù),單位為伏特電機(jī)常數(shù),單位為伏特秒每弧度V.s/rad;
tM——聯(lián)合機(jī)電時(shí)間常數(shù),單位為秒s。
發(fā)電機(jī)電樞電壓ub的上升曲線與機(jī)組旋轉(zhuǎn)角速度呈線性關(guān)系,從ub曲線中求得電壓從零上升至穩(wěn)態(tài)值的63.2%所用的時(shí)間,此時(shí)間就是聯(lián)合時(shí)間常數(shù)tM。
圖2:對(duì)托法接線圖
將被測(cè)電機(jī)與另一臺(tái)機(jī)電時(shí)間常數(shù)已知的電機(jī)同軸剛性連接,一臺(tái)作為電動(dòng)機(jī)工作另外一臺(tái)作為測(cè)速發(fā)電機(jī)工作,按照上圖2所示接線。給電動(dòng)機(jī)施加額定階躍電壓UN,并測(cè)量測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電壓波形,時(shí)間常數(shù)的求取方法與測(cè)速機(jī)法相同,只不過(guò)所得時(shí)間常數(shù)為聯(lián)合機(jī)電時(shí)間常數(shù)。對(duì)于型號(hào)規(guī)格完全相同的兩臺(tái)電機(jī),把波形圖上求出的機(jī)電時(shí)間常數(shù)除以2,就是所求電機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)。若兩臺(tái)電機(jī)型號(hào)規(guī)格不同,則應(yīng)預(yù)先知道當(dāng)做測(cè)速發(fā)電機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù),然后將波形圖上求出的機(jī)電時(shí)間常數(shù)tM減去測(cè)速發(fā)電機(jī)機(jī)電時(shí)間常數(shù)后就是所求電機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)。
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