轉(zhuǎn)矩波動的原理與測試方法

什么是轉(zhuǎn)矩波動?它對電機運行有什么影響?如果有，影響大不大呢?它對我們生產(chǎn)生活有什么意義?我們又該如何測試轉(zhuǎn)矩波動呢?接下來就讓我們具體了解一下轉(zhuǎn)矩波動。

一、什么是轉(zhuǎn)矩波動

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

轉(zhuǎn)矩波動主要受齒槽力矩、電磁波動力矩、電樞反應(yīng)和機械工藝等因素的影響較大，也正是因為這些因素都是電機本身機械結(jié)構(gòu)引起的，導致轉(zhuǎn)矩波動測試也尤為困難，而且精度不高。

圖 1 轉(zhuǎn)矩波動趨勢

二、轉(zhuǎn)矩波動的影響

電機直接作用于負載，在運轉(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)矩波動將直接傳遞到負載上，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，波動力矩占電機輸出力矩比例相對較大，這種影響更加不能忽略。因而準確測量波動力矩就成為電機實際應(yīng)用中需要解決的問題。

圖 2 轉(zhuǎn)矩波動測試

三、轉(zhuǎn)矩波動測試方式

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

u 堵轉(zhuǎn)法

用磁粉制動器作為負載，測量電機在額定電流時，轉(zhuǎn)子在360/(2p)(p為電機極對數(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，即可利用公式計算出轉(zhuǎn)矩波動。

公式中:

K -——轉(zhuǎn)矩波動系數(shù);

——最大堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩;

——最小堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。

u 直接測試法

用磁粉制動器作為負載，利用負載電機讓被測電機工作在連續(xù)工作區(qū)中規(guī)定的最大轉(zhuǎn)矩，控制電機運行在最低轉(zhuǎn)速下，用轉(zhuǎn)矩傳感器記錄電機在運行一周時的轉(zhuǎn)矩，記錄最大轉(zhuǎn)矩和最小轉(zhuǎn)矩，即可利用公式計算出轉(zhuǎn)矩波動系數(shù)。(公式同堵轉(zhuǎn)法)

圖 3 測試部分

由于轉(zhuǎn)矩波動測試條件較為苛刻，現(xiàn)如今測試方式主要以堵轉(zhuǎn)法為最優(yōu)。其原因在于其他方式測試過程引入誤差較大，不能精確測試。圖3為堵轉(zhuǎn)測試的測試部分，在電機和負載之間接入力矩傳感器，國內(nèi)外的研究主要集中于對力矩傳感器的開發(fā)上。新型力矩傳感器的開發(fā)，對于堵轉(zhuǎn)測量方法的改進有著重要意義，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)矩波動產(chǎn)生原理

u 理想齒槽轉(zhuǎn)矩波動

一般的永磁力矩電機的結(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力矩，由電機轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)過程中磁場能量變化而產(chǎn)生。

圖 4 理想齒槽轉(zhuǎn)矩波動

u 電樞反應(yīng)引起的轉(zhuǎn)矩波動

假定磁場分布不受電樞反應(yīng)的影響，但電機在運行過程中總會產(chǎn)生電樞反應(yīng)，交軸電樞反應(yīng)則會使磁場發(fā)生畸變，引起整個磁場分布的不對稱，從而改變反電勢波形，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩波動。對于永磁力矩電機，由于使用的永磁材料和空氣的磁導率接近，電樞反應(yīng)對磁場分布的改變可以忽略不計。

五、測試原理

電機轉(zhuǎn)矩波動作用到傳動軸上產(chǎn)生應(yīng)力，引起傳動軸的形變，力矩傳感器就是通過測量傳動軸的形變間接測量輸入端的力矩。力矩傳感器是力矩波動動態(tài)測量系統(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、測量精度高等特點，仍然是主流選擇。

廣州致遠電子股份有限公司通過配置高精度扭矩傳感器(精度可達0.1%)能夠精確有效地測試出電機的轉(zhuǎn)矩波動。與此同時，采用合理地加載方式，保證測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，保證測試的權(quán)威性。

六、總結(jié)

綜上所述，我們了解到轉(zhuǎn)矩波動與電機的工作能力、能源消耗、效率、運轉(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)如今通過先進的直接測量就可以準確測試轉(zhuǎn)矩波動，保證高精度測試。