永磁直流力矩电机的阻尼和阻尼系数计算

微电机2010年第 43卷第 10期 收稿日期:2010?01?25 永磁直流力矩电机的阻尼和阻尼系数计算 张文海 (成都精密电机厂, 成都? 610500) 中图分类号:TM 359?6? ? ? ? 文献标志码:A? ? ? ? 文章编号:1001?6848( 2010) 10?0108?02 1? 关于永磁直流力矩电机的阻尼 阻尼是运动系统与速度有关的反作用力矩。运 动加速度越大,反作用力矩也越大,阻尼则越大, 因此这个与速度有关的反作用力矩,又可称阻尼力 矩。阻尼是保证运动系统稳定工作的重要条件,如 果系统发生振荡, 阻尼力矩可将振荡很快抑止下来。 直流电动机在运行时,既是一台电动机, 也是一台 发电机。是电动机,它产生的驱动力矩使电机获得 加速度; 是发电机,它产生的阻滞力矩使电动机减 速, 加速度越大,反电势产生的阻滞力矩也越大。 当电动机没有加速度时,二者则平衡相等, 使电机 稳定运行在某一转速下。这个阻滞力矩, 具有阻尼 性质,且是反电势产生的,所以说它是反电势产生 的阻尼力矩。直流力矩电机的阻尼,则主要指反电 势产生的阻尼力矩。另外, 直流力矩电动机的阻尼, 还包括铁心损耗产生的阻尼力矩,因铁耗也与速度 有关,电机运动速度越大,铁损中的涡流和磁滞也 越大,产生的阻尼力矩也越大。但铁损产生的阻尼 力矩在总阻尼力矩中占的比例很小,只占了 3 % 5 % , 所以可以忽略不计。 2? 直流力矩电机的阻尼系数 直流电动机的阻尼系数,GB /T2900?26- 1994 ?电工术语 控制电机 ?中有两种解释:对于永磁直流 力矩电动机,称粘性阻尼系数。解释为: 电机粘性 阻尼系数 D,是电机转速增加 ?,引起转矩下降 ? T 的度量, 表示为: D= | ? T /? |( 1) 对于直流伺服电动机,称阻尼系数,解释为: 阻尼系数 KD,是电机阻尼效应的程度。表示为: KD= Ke?Kt/Ra( 2) 式中,Ke为反电势系数 ( V /( r? m in - 1 ) );Kt为转 矩灵敏度,又称转矩常数 ( N? m /A);Ra为电枢电 阻 ( ? )。 其实, 两种解释是一回事,就叫阻尼系数。只 是?粘性阻尼系数 ?强调了与速度的关系,而 ? 阻尼 系数 ?谈的是阻尼效应的程度,如果没有速度增量 ?, 也就没有阻尼效应。由式 ( 2)可以看出:阻尼 系数就是直流电动机单位转速反电势产生的阻尼力 矩大小。因 Ke/Ra表示电机单位转速反电势产生的 电流 Ie, Ke/Ra再乘以转矩灵敏度 Kt,所以说阻尼 系数就是电机单位转速产生的阻尼力矩。而转矩灵 敏度 Kt= 9?55Ke, 故式 (2)可简化为式 (3): KD= 9?55 Ke 2 /R a( 3) 还可将式 ( 2)简化成式 ( 4), KD= Ts/n0( 4) 无论式 (2)、式 ( 3)还是式 ( 4),其计算结果是 一样的,只是式 ( 4)计算结果稍小, 因峰值堵转时, 大多电机已处于电流? 堵转转矩特性曲线的弯曲段, 转矩 Ts稍小,所以计算值 KD也稍小。 3? 阻尼系数的计算举例 下面是一台 430 #机座号的永磁直流力矩电动机 实测的相关数据:U0= 70 V,I0= 0?36 A,n0= 29?4 r/m in ,Is= 27?5 A,Ts= 617 N ? m,Ra= 2?52 ? 反电势系数 Ke, Ke= ( U0- I0Ra) /n0= ( 70- 0?36 ? 2?52) /29?4 = 2?35 (V /( r? m in - 1 ) ) 转矩灵敏度 Kt, Kt= 9?55 Ke= 9?55? 2?35= 22?4 (N? m /A) 用式 ( 2)计算阻尼系数 KD, KD= Ke? Kt/Ra= 2?35 ? 22?4/2?52= 20?89 ( N ? m /( r? m in - 1 ) ) 用式 ( 3)计算阻尼系数 KD, KD= 9?55 Ke2/Ra= 9?55 ? 2?35 2 /2?52 = 20?93 ( N? m /( r? m in - 1 ) ) ?108? 永磁直流力矩电机的阻尼和阻尼系数计算? 张文海 用式 ( 4)计算阻尼系数 KD, KD= Ts/n0= 617/29?4 = 20?99 ( N ? m /( r? m in - 1 ) ) 三种计算结果近似相等,说明三个公式均正确。 这台电机峰值堵转转矩特性曲线没有下弯, 所以用 式 ( 4)计算结果没有变小。 4? 结 ? 语 直流力矩电动机常工作于伺服控制系统中,阻 尼系数的大小常反映系统是否稳定。如果阻尼系数 太小, 还必须另加阻尼。阻尼系数计算的几个公式, 则为计算直流力矩电机计算阻尼系数提供了方便。 (上接第 107页 ) 磁谱测试方法是简单和正确的。 参考文献 1 ? 邱扬, 鬲莉等 ?电感器磁芯材料特性的参数分析法 J.电子 元器件应用,2003( 2):59- 61. 2 ? 康华光, 陈大钦. 电子技术基础M . 北京: 高等教育出版社. 3 ? 逯贵祯, 关亚林. 电磁兼容中的混波室测量技术 J. 北京广 播学院学报: 自然科学版, 2005( 03):26- 30. 4 ? 蔡秀丽,张文杰.电磁兼容屏蔽测量技术 J. 电子测试, 2008( 04):10- 14. 5 ? 汤仕平, 吕云熙 电磁兼容自动测试软件开发平台及其应用 J. 安全与电磁兼容, 2005( 04):58- 61 . 6 ? Q in Yu, 汤姆斯 W. 福尔摩斯.Krishna Na ishadham RF Equiva? lent CircuitM odeling of Ferrite?core Inductors and Characterization of coreM ateri