交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)率的頻域測(cè)量
王金娥(甘肅工業(yè)大學(xué)蘭州730050)
董明海（蘭州電機(jī)廠）
1概述
轉(zhuǎn)矩波動(dòng)是影響交流伺服電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行的重要指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行精確測(cè)量、計(jì)算、分析，直接關(guān)系到電機(jī)整體性能水平不斷改進(jìn)和提高，所以有必要對(duì)其深入研究。
觀察一個(gè)信號(hào)最普通的方法是用示波器來(lái)顯示信號(hào)波形，在D-t平面的時(shí)間域內(nèi)觀察信號(hào)，即信號(hào)的時(shí)域分析。但也可以用FFT快速傅立葉變換分析儀，從一個(gè)信號(hào)所包含的頻率成分來(lái)描述，在D-f平面的頻域內(nèi)觀察信號(hào)。用示波器和FFT儀觀察同一物理現(xiàn)象，兩者從不同的角度觀察同一事物，故各自可以得到反映事物不同側(cè)面的獨(dú)特信息[1]，見圖1。
在時(shí)域內(nèi)用示波器分析波形失真的原因，有明顯優(yōu)點(diǎn)，而對(duì)于一個(gè)失真很小的信號(hào)，就很難準(zhǔn)確觀察，但在頻域內(nèi)恰恰相反，利用FFT儀可以定量測(cè)出很小的諧波分量。
對(duì)于將要仔細(xì)討論的轉(zhuǎn)矩信號(hào)而言，往往由于定子機(jī)械扭斜、變頻器輸出電壓諧波分量、電子換向等因素的影響，會(huì)使波形產(chǎn)生很小的失真，造成轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，帶來(lái)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的不平滑[2]。定量的對(duì)這些諧波進(jìn)行測(cè)量、分析，有的放矢的消除、改善電機(jī)低速性能，借助FFT儀，在頻域肉測(cè)量，會(huì)更準(zhǔn)確有效。
2轉(zhuǎn)矩波動(dòng)率
目前轉(zhuǎn)矩波動(dòng)率通常以時(shí)域測(cè)量為基礎(chǔ)，由于該定義沒(méi)有考慮轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的帶寬，而只是對(duì)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分布曲線的****值和最小值進(jìn)行處理，因而是不完整的，以頻域測(cè)量基準(zhǔn)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)率的定義則為：
3頻域轉(zhuǎn)矩波動(dòng)率計(jì)算公式
轉(zhuǎn)矩信號(hào)由Mo及m(t)兩部分組成，見圖2，m(t)為任一周期的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)信號(hào)，從數(shù)學(xué)上看，該交流部分的有效值則等于m(t)的平方在一個(gè)周期T內(nèi)的平均再求其平方根值，即：
故在頻率范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)率可以交流部分與直流部分之比確定，即：
利用FFT儀繪出的轉(zhuǎn)矩頻譜，見圖3。
4Wm與Wm1之間的關(guān)系
4.1轉(zhuǎn)矩波動(dòng)正弦變化
在時(shí)域內(nèi)波形見圖4，在頻域內(nèi)頻譜見圖5。
4.2轉(zhuǎn)矩波動(dòng)接近正弦半波
在時(shí)域內(nèi)波形見圖6，在頻域內(nèi)其頻譜見圖7。
4.3轉(zhuǎn)矩波動(dòng)接近方波
在時(shí)域內(nèi)，波形見圖8，在頻域內(nèi)，頻譜見圖9。
由試驗(yàn)的采樣波形看，機(jī)座號(hào)小的電機(jī)其轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分布接近正弦波，而機(jī)座號(hào)大的電機(jī)接近梯形波。
5 Wm1的測(cè)量
5.1測(cè)量方法
如圖10所示，首先將被試電機(jī)與負(fù)載電機(jī)通過(guò)轉(zhuǎn)矩傳感器及飛輪盤連接，進(jìn)行反饋法加載，然后將轉(zhuǎn)矩傳感器輸出信號(hào)輸入轉(zhuǎn)矩測(cè)試儀進(jìn)行計(jì)算處理，最后輸入到FFT快速傅立葉變換儀，經(jīng)處理顯示轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的時(shí)域波形和頻域波形，經(jīng)計(jì)算獲得需要的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)率值。
5.2 負(fù)載電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)與被試電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)率的分離
由于負(fù)載電機(jī)不同程度的存在著轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，如不加分離，勢(shì)必會(huì)影響到被試電機(jī)波動(dòng)率的精確測(cè)量，所以有必要對(duì)其二者的分離進(jìn)行研究。
交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)方程為：
若另附加一飛輪盤，使其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大于3倍的負(fù)載電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，則運(yùn)動(dòng)方程為：
試驗(yàn)在20r/min時(shí)進(jìn)行，忽略轉(zhuǎn)速變化。
從而達(dá)到通過(guò)附加一大慣量飛輪盤的方法，消除負(fù)載電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)對(duì)被試電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的影響，將負(fù)載電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)與被試電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)分離。
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