永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩測試的必要性和方法
發(fā)布時(shí)間:2016-12-23 來源:EEFOCUS 責(zé)任編輯:susan
【導(dǎo)讀】近年來隨著永磁材料的發(fā)展,永磁電機(jī)成了電機(jī)行業(yè)的新寵。然而在永磁電機(jī)中,齒槽轉(zhuǎn)矩的存在給電機(jī)的控制性能造成了很大的影響,那齒槽轉(zhuǎn)矩到底是怎么產(chǎn)生的?我們又該怎么去測呢?
玩過永磁電機(jī)的朋友都有過類似的經(jīng)歷:我們在電機(jī)掉電的情況下去轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子,發(fā)現(xiàn)會有一種卡頓的感覺,而不像傳統(tǒng)直流電機(jī)那么順暢的就能把轉(zhuǎn)子徒手轉(zhuǎn)起來。這種卡頓其實(shí)就是因?yàn)橛来烹姍C(jī)存在齒槽轉(zhuǎn)矩。永磁電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,齒槽轉(zhuǎn)矩是永磁電機(jī)的固有的特征之一,它是在電樞繞組不通電的狀態(tài)下,由永磁體產(chǎn)生的磁場同電樞鐵心的齒槽作用在圓周方向上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。它其實(shí)是永磁體與電樞齒之間的切向力,使永磁電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子有一種沿著某一特定方向與定子對齊的趨勢,試圖將轉(zhuǎn)子定位在某些位置,由此趨勢產(chǎn)生的一種振蕩轉(zhuǎn)矩就是齒槽轉(zhuǎn)矩。
圖1.永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖
齒槽轉(zhuǎn)矩會使電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲,出現(xiàn)轉(zhuǎn)速波動(dòng),使電機(jī)不能平穩(wěn)運(yùn)行,影響電機(jī)的性能。在變速驅(qū)動(dòng)中,當(dāng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)頻率與定子或轉(zhuǎn)子的機(jī)械共振頻率一致時(shí),齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲將被放大。齒槽轉(zhuǎn)矩的存在同樣影響了電機(jī)在速度控制系統(tǒng)中的低速性能和位置控制系統(tǒng)中的高精度定位。所以做永磁電機(jī)研發(fā)的工程師希望把自己做的電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩降到最小,使用永磁電機(jī)的工程師則希望了解手上這臺電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩,從而去優(yōu)化他的控制算法。
在國標(biāo)GBT/ 30549-2014里對齒槽轉(zhuǎn)矩的測試有了明確的定義:電機(jī)繞組開路時(shí),電機(jī)回轉(zhuǎn)一周內(nèi),由電樞鐵心開槽,有趨于最小磁阻位置的傾向而產(chǎn)生的周期性力矩。齒槽轉(zhuǎn)矩的測試方法常用的有:杠桿測量法、轉(zhuǎn)矩儀法。杠桿測量法比較簡單,測量精度比較差,所以主要用于對精度要求不高的場合。轉(zhuǎn)矩儀法架構(gòu)圖如圖2所示,由于伺服電機(jī)的齒槽轉(zhuǎn)矩非常小,所以測試時(shí)需要以一個(gè)非常低的轉(zhuǎn)速來帶動(dòng)未上電的被測電機(jī)來完成測試,原動(dòng)機(jī)輸出后要先經(jīng)過減速系統(tǒng),將轉(zhuǎn)速降至1rpm/min左右,然后帶動(dòng)被測電機(jī)進(jìn)行測試,用扭矩傳感器測試出齒槽轉(zhuǎn)矩。在測試過程中需要處理好原動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)本身轉(zhuǎn)矩波動(dòng)使得輸出的轉(zhuǎn)速扭矩更加平滑,以減小傳動(dòng)系統(tǒng)的扭矩波動(dòng)對測試結(jié)果的影響。
圖2.齒槽轉(zhuǎn)矩臺架架構(gòu)
憑借在電機(jī)測量領(lǐng)域的深入理解和長久的技術(shù)積累,推出了專用于電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩和摩擦力矩測試的測試臺架。國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》后,各地紛紛吹起了伺服機(jī)器人智能制造的東風(fēng),意在突破機(jī)器人本體、減速器、伺服電機(jī)、控制器、傳感器與驅(qū)動(dòng)器等關(guān)鍵零部件及系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)制造等技術(shù)瓶頸。致遠(yuǎn)電子長久以來專注伺服電機(jī)動(dòng)態(tài)測試,在控制時(shí)間響應(yīng)、階躍響應(yīng)、頻帶寬度試驗(yàn)等測試上擁有豐富的經(jīng)驗(yàn),齒槽轉(zhuǎn)矩測試臺的推出更是助力伺服電機(jī)的測試進(jìn)入一個(gè)更全面的時(shí)代。
圖3.齒槽轉(zhuǎn)矩測試臺
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