轉矩波動(dòng)的原理與測試方法

　　什么是轉矩波動(dòng)?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矩波動(dòng)呢?接下來(lái)就讓我們具體了解一下轉矩波動(dòng)。

　　一、什么是轉矩波動(dòng)

　　轉矩波動(dòng)是各種工作機械傳動(dòng)軸的時(shí)候出現扭矩的波動(dòng)，與動(dòng)力機械的工作能力、能源消耗、效率、運轉壽命及安全性能等因素緊密聯(lián)系，轉矩的測量對傳動(dòng)軸載荷的確定與控制、傳動(dòng)系統工作零件的強度設計以及原動(dòng)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構和本身轉子慣量輸出一定轉矩的上下波動(dòng)。

　　轉矩波動(dòng)主要受齒槽力矩、電磁波動(dòng)力矩、電樞反應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構引起的，導致轉矩波動(dòng)測試也尤為困難，而且精度不高。

　　圖 1 轉矩波動(dòng)趨勢

　　二、轉矩波動(dòng)的影響

　　電機直接作用于負載，在運轉過(guò)程中，其自身由于齒槽力矩、電磁效應和加工裝配工藝等產(chǎn)生的轉矩波動(dòng)將直接傳遞到負載上，從而對系統速度平穩性及控制精度產(chǎn)生影響。尤其在輕載和低轉速狀態(tài)下，波動(dòng)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(dòng)力矩就成為電機實(shí)際應用中需要解決的問(wèn)題。

　　圖 2 轉矩波動(dòng)測試

　　三、轉矩波動(dòng)測試方式

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

　　u 堵轉法

　　用磁粉制動(dòng)器作為負載，測量電機在額定電流時(shí)，轉子在360/(2p)(p為電機極對數)范圍內均分10點(diǎn)上的堵轉轉矩，分別找出堵轉轉矩最大值和最小值，即可利用公式計算出轉矩波動(dòng)。

　　公式中:

　　K -——轉矩波動(dòng)系數;

　　——最大堵轉轉矩;

　　——最小堵轉轉矩。

　　u 直接測試法

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

　　圖 3 測試部分

　　由于轉矩波動(dòng)測試條件較為苛刻，現如今測試方式主要以堵轉法為最優(yōu)。其原因在于其他方式測試過(guò)程引入誤差較大，不能精確測試。圖3為堵轉測試的測試部分，在電機和負載之間接入力矩傳感器，國內外的研究主要集中于對力矩傳感器的開(kāi)發(fā)上。新型力矩傳感器的開(kāi)發(fā)，對于堵轉測量方法的改進(jìn)有著(zhù)重要意義，目前，研制精度高、響應快、非接觸式力矩傳感器已經(jīng)成為熱門(mén)研究方向。

　　四、轉矩波動(dòng)產(chǎn)生原理

　　u 理想齒槽轉矩波動(dòng)

　　一般的永磁力矩電機的結構型式為轉子裝配永磁體和定子開(kāi)槽的結構。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，由電機轉子在運轉過(guò)程中磁場(chǎng)能量變化而產(chǎn)生。

　　圖 4 理想齒槽轉矩波動(dòng)

　　u 電樞反應引起的轉矩波動(dòng)

　　假定磁場(chǎng)分布不受電樞反應的影響，但電機在運行過(guò)程中總會(huì )產(chǎn)生電樞反應，交軸電樞反應則會(huì )使磁場(chǎng)發(fā)生畸變，引起整個(gè)磁場(chǎng)分布的不對稱(chēng)，從而改變反電勢波形，產(chǎn)生轉矩波動(dòng)。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，電樞反應對磁場(chǎng)分布的改變可以忽略不計。

　　五、測試原理

　　電機轉矩波動(dòng)作用到傳動(dòng)軸上產(chǎn)生應力，引起傳動(dòng)軸的形變，力矩傳感器就是通過(guò)測量傳動(dòng)軸的形變間接測量輸入端的力矩。力矩傳感器是力矩波動(dòng)動(dòng)態(tài)測量系統中的核心部分。目前力矩傳感器的種類(lèi)很多，但電阻應變片式扭矩傳感器由于具有響應快、線(xiàn)性度高、測量精度高等特點(diǎn)，仍然是主流選擇。

　　廣州致遠電子股份有限公司通過(guò)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矩波動(dòng)。與此同時(shí)，采用合理地加載方式，保證測試過(guò)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，保證測試的權威性。

　　六、總結

　　綜上所述，我們了解到轉矩波動(dòng)與電機的工作能力、能源消耗、效率、運轉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(zhù)至關(guān)重要的作用?，F如今通過(guò)先進(jìn)的直接測量就可以準確測試轉矩波動(dòng)，保證高精度測試。