轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的原理與測(cè)試方法

什么是轉(zhuǎn)矩波動(dòng)?它對(duì)電機(jī)運(yùn)行有什么影響?如果有，影響大不大呢?它對(duì)我們生產(chǎn)生活有什么意義?我們又該如何測(cè)試轉(zhuǎn)矩波動(dòng)呢?接下來就讓我們具體了解一下轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。

一、什么是轉(zhuǎn)矩波動(dòng)

轉(zhuǎn)矩波動(dòng)是各種工作機(jī)械傳動(dòng)軸的時(shí)候出現(xiàn)扭矩的波動(dòng)，與動(dòng)力機(jī)械的工作能力、能源消耗、效率、運(yùn)轉(zhuǎn)壽命及安全性能等因素緊密聯(lián)系，轉(zhuǎn)矩的測(cè)量對(duì)傳動(dòng)軸載荷的確定與控制、傳動(dòng)系統(tǒng)工作零件的強(qiáng)度設(shè)計(jì)以及原動(dòng)機(jī)容量的選擇等都具有重要的意義。通俗地講就是電機(jī)由于機(jī)械結(jié)構(gòu)和本身轉(zhuǎn)子慣量輸出一定轉(zhuǎn)矩的上下波動(dòng)。

轉(zhuǎn)矩波動(dòng)主要受齒槽力矩、電磁波動(dòng)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?yàn)檫@些因素都是電機(jī)本身機(jī)械結(jié)構(gòu)引起的，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩波動(dòng)測(cè)試也尤為困難，而且精度不高。

圖 1 轉(zhuǎn)矩波動(dòng)趨勢(shì)

二、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的影響

電機(jī)直接作用于負(fù)載，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，其自身由于齒槽力矩、電磁效應(yīng)和加工裝配工藝等產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)將直接傳遞到負(fù)載上，從而對(duì)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，波動(dòng)力矩占電機(jī)輸出力矩比例相對(duì)較大，這種影響更加不能忽略。因而準(zhǔn)確測(cè)量波動(dòng)力矩就成為電機(jī)實(shí)際應(yīng)用中需要解決的問題。

圖 2 轉(zhuǎn)矩波動(dòng)測(cè)試

三、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)測(cè)試方式

按照國(guó)標(biāo)《GB/T30549-2014交流伺服電機(jī)通用技術(shù)條件》的測(cè)試依據(jù)來看共有以下測(cè)試方式：

u 堵轉(zhuǎn)法

用磁粉制動(dòng)器作為負(fù)載，測(cè)量電機(jī)在額定電流時(shí)，轉(zhuǎn)子在360/(2p)(p為電機(jī)極對(duì)數(shù))范圍內(nèi)均分10點(diǎn)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，即可利用公式計(jì)算出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。

公式中:

K -——轉(zhuǎn)矩波動(dòng)系數(shù);

——最大堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩;

——最小堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。

u 直接測(cè)試法

用磁粉制動(dòng)器作為負(fù)載，利用負(fù)載電機(jī)讓被測(cè)電機(jī)工作在連續(xù)工作區(qū)中規(guī)定的最大轉(zhuǎn)矩，控制電機(jī)運(yùn)行在最低轉(zhuǎn)速下，用轉(zhuǎn)矩傳感器記錄電機(jī)在運(yùn)行一周時(shí)的轉(zhuǎn)矩，記錄最大轉(zhuǎn)矩和最小轉(zhuǎn)矩，即可利用公式計(jì)算出轉(zhuǎn)矩波動(dòng)系數(shù)。(公式同堵轉(zhuǎn)法)

圖 3 測(cè)試部分

由于轉(zhuǎn)矩波動(dòng)測(cè)試條件較為苛刻，現(xiàn)如今測(cè)試方式主要以堵轉(zhuǎn)法為最優(yōu)。其原因在于其他方式測(cè)試過程引入誤差較大，不能精確測(cè)試。圖3為堵轉(zhuǎn)測(cè)試的測(cè)試部分，在電機(jī)和負(fù)載之間接入力矩傳感器，國(guó)內(nèi)外的研究主要集中于對(duì)力矩傳感器的開發(fā)上。新型力矩傳感器的開發(fā)，對(duì)于堵轉(zhuǎn)測(cè)量方法的改進(jìn)有著重要意義，目前，研制精度高、響應(yīng)快、非接觸式力矩傳感器已經(jīng)成為熱門研究方向。

四、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)產(chǎn)生原理

u 理想齒槽轉(zhuǎn)矩波動(dòng)

一般的永磁力矩電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式為轉(zhuǎn)子裝配永磁體和定子開槽的結(jié)構(gòu)。齒槽力矩是一種由永磁體和定子齒的邊緣共同作用產(chǎn)生的平均值為零的波動(dòng)力矩，由電機(jī)轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中磁場(chǎng)能量變化而產(chǎn)生。

圖 4 理想齒槽轉(zhuǎn)矩波動(dòng)

u 電樞反應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)

假定磁場(chǎng)分布不受電樞反應(yīng)的影響，但電機(jī)在運(yùn)行過程中總會(huì)產(chǎn)生電樞反應(yīng)，交軸電樞反應(yīng)則會(huì)使磁場(chǎng)發(fā)生畸變，引起整個(gè)磁場(chǎng)分布的不對(duì)稱，從而改變反電勢(shì)波形，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。對(duì)于永磁力矩電機(jī)，由于使用的永磁材料和空氣的磁導(dǎo)率接近，電樞反應(yīng)對(duì)磁場(chǎng)分布的改變可以忽略不計(jì)。

五、測(cè)試原理

電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)作用到傳動(dòng)軸上產(chǎn)生應(yīng)力，引起傳動(dòng)軸的形變，力矩傳感器就是通過測(cè)量傳動(dòng)軸的形變間接測(cè)量輸入端的力矩。力矩傳感器是力矩波動(dòng)動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)中的核心部分。目前力矩傳感器的種類很多，但電阻應(yīng)變片式扭矩傳感器由于具有響應(yīng)快、線性度高、測(cè)量精度高等特點(diǎn)，仍然是主流選擇。

廣州致遠(yuǎn)電子股份有限公司通過配置高精度扭矩傳感器(精度可達(dá)0.1%)能夠精確有效地測(cè)試出電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。與此同時(shí)，采用合理地加載方式，保證測(cè)試過程中不引入其他慣量。做為行業(yè)的資深企業(yè)，擁有多年行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，保證測(cè)試的權(quán)威性。

六、總結(jié)

綜上所述，我們了解到轉(zhuǎn)矩波動(dòng)與電機(jī)的工作能力、能源消耗、效率、運(yùn)轉(zhuǎn)壽命及安全性能等因素緊密聯(lián)系，在我們生產(chǎn)生活中起著至關(guān)重要的作用?，F(xiàn)如今通過先進(jìn)的直接測(cè)量就可以準(zhǔn)確測(cè)試轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，保證高精度測(cè)試。