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轉(zhuǎn)矩波動測試簡介

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  • 發(fā)布時間:2017/3/14 17:13:08
  • 作者:ly_yinhe

  由于電動機(jī)齒槽結(jié)構(gòu)以及電樞效應(yīng)的緣故,電機(jī)運(yùn)行中會出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩波動的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)矩波動受受齒槽力矩、電磁波動力矩、電樞反應(yīng)和機(jī)械工藝等因素的影響較大,也正是因為這些變化因素均是由于電機(jī)本身機(jī)械結(jié)構(gòu)引起,因此轉(zhuǎn)矩波動測試較為困難,并且精度不高。

  在規(guī)定的條件下,電機(jī)一轉(zhuǎn)內(nèi)輸出轉(zhuǎn)矩的變化,通常表示為轉(zhuǎn)矩變化的峰-峰值的1/2與平均轉(zhuǎn)矩之比。根據(jù)控制電機(jī)術(shù)語解釋,這個比值我們稱為轉(zhuǎn)矩波動系數(shù)Krt,用下式1所示百分?jǐn)?shù)表示為:

……1

  式中:

  Krt——轉(zhuǎn)矩波動系數(shù),%;

  Tmax——瞬態(tài)轉(zhuǎn)矩的最大值,單位為牛米(N.m);

  Tmin——瞬態(tài)轉(zhuǎn)矩的最小值,單位為牛米(N.m)。

  摘錄:GB/T 2900.26-2008電工術(shù)語控制電機(jī)5.1.15

轉(zhuǎn)矩波動的影響

  電動機(jī)作為傳動機(jī)械裝置,輸出直接用于驅(qū)動負(fù)載。在電動機(jī)傳動系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,由于齒槽力矩、電磁效應(yīng)和加工裝配工藝等產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動將直接作用到負(fù)載上,從而對系統(tǒng)速度平穩(wěn)性及控制精度產(chǎn)生影響。尤其在輕載和低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下,轉(zhuǎn)矩波動值占電機(jī)輸出力矩比例明顯增大,這種影響更加不能忽略,因而準(zhǔn)確測量轉(zhuǎn)矩波動是電動機(jī)實際應(yīng)用研究中亟待解決的問題。

轉(zhuǎn)矩波動測試方法

01間接測試方法

電機(jī)工作狀況平臺示意圖

圖1:電機(jī)工作狀況平臺示意圖

  按照動力學(xué)原理,角位移的微分是角速度,角速度的微分是角加速度,轉(zhuǎn)動慣量一定時,角加速度與轉(zhuǎn)矩大小成正比。按照這一原理,對電動機(jī)運(yùn)行時的波動現(xiàn)象進(jìn)行分析(參見圖示1),電動機(jī)通過聯(lián)軸器與一恒定負(fù)載相連組成工作系統(tǒng)。轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)波動時,其運(yùn)動平衡方程如下式2所示:

……2

  式中:

  Te——為電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩;

  T1——為恒定負(fù)載轉(zhuǎn)矩;

  J1——為電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量;

  J2——為恒定負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量;

  θ——為電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時的角位移。

  式1表示,工作系統(tǒng)中電動機(jī)轉(zhuǎn)矩Te與恒定負(fù)載轉(zhuǎn)矩T1之差和角加速度

  成正比。只要測量出系統(tǒng)的角加速度,就可以測出電動機(jī)轉(zhuǎn)矩波動值。測量角速度的問題則可以轉(zhuǎn)換成測量系統(tǒng)角位移的問題。也就是說,只要測量出系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)時的角位移就可以通過計算求出電動機(jī)轉(zhuǎn)矩波動值,進(jìn)而計算出轉(zhuǎn)矩波動系數(shù)。由式2可得:

……3

  由式1及式3可得:

間接法轉(zhuǎn)矩波動測試示意圖

圖2:間接法轉(zhuǎn)矩波動測試示意圖

  轉(zhuǎn)矩波動測試如圖上2所示。將被測電動機(jī)與角位移傳感器以及恒定負(fù)載同軸連接,角位移傳感器輸出接微分運(yùn)算及結(jié)果輸出裝置。角位移傳感器可使用旋轉(zhuǎn)變壓器發(fā)送機(jī),使用旋轉(zhuǎn)變壓器發(fā)送機(jī)時,其輸出信號要通過R/D轉(zhuǎn)換器。接入微分運(yùn)算及結(jié)果輸出裝置。微分運(yùn)算及結(jié)果輸出裝置主要靠編程實現(xiàn)。恒定負(fù)載裝置可使用磁粉制動器。檢測時,使被測電動機(jī)在規(guī)定轉(zhuǎn)速下旋轉(zhuǎn),并保持其電流恒定。可以給被測電動機(jī)施加恒定轉(zhuǎn)矩,也可空載??蛰d情況比負(fù)載情況編程簡單,理論上通過編程補(bǔ)償可得到相同的測量結(jié)果。

02直接測試方法

  轉(zhuǎn)矩波動系數(shù)的測量可以按照定義通過直接檢測轉(zhuǎn)矩變化量然后通過計算的方法得出。根據(jù)國標(biāo)《GB/T30549-2014交流伺服電機(jī)通用技術(shù)條件》介紹,主要采用以下測試方式獲取轉(zhuǎn)矩波動系數(shù):

  在穩(wěn)定工作溫度下,電機(jī)施加額定轉(zhuǎn)矩,并在產(chǎn)品專用技術(shù)條件規(guī)定的最低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行,用轉(zhuǎn)矩測試儀測量并記錄電機(jī)在一轉(zhuǎn)中的輸出轉(zhuǎn)矩,找出最大轉(zhuǎn)矩和最小轉(zhuǎn)矩,按照下式4計算電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動系數(shù)。

……4

  式中:

  KTb——轉(zhuǎn)矩波動系數(shù),%;

  Tmax——最大轉(zhuǎn)矩,單位為牛頓米(N.m);

  Tmin——最小轉(zhuǎn)矩,單位為牛頓米(N.m)。

  這種方法清晰、直觀,但是負(fù)載設(shè)備動態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下容易引入誤差。在此基礎(chǔ)上現(xiàn)在測試方式以改進(jìn)的堵轉(zhuǎn)測試法為最優(yōu):用磁粉制動器作為負(fù)載,測量電機(jī)在額定電流時,轉(zhuǎn)子在360/(2p)(p為電機(jī)極對數(shù))范圍內(nèi)均分10點上的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩,分別找出堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大值和最小值,即可利用公式1計算出轉(zhuǎn)矩波動。

  堵轉(zhuǎn)測試時,在電機(jī)和負(fù)載之間接入動態(tài)扭矩轉(zhuǎn)速傳感器,隨著技術(shù)發(fā)展,新型的扭矩轉(zhuǎn)速傳感器滿足高精度、快響應(yīng)的測量需求,可以很好的完成轉(zhuǎn)矩波動測試。


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