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電機(jī)測試 | 扭矩波動的來源和對電機(jī)的影響
什么是扭矩波動
扭矩通常可以理解為一種直流量，但實際上其存在頻率分量。具體而言，電動機(jī)內(nèi)部扭矩對應(yīng)有直流平均值，該值呈現(xiàn)周期性偏移特性。而偏移的頻率對應(yīng)為轉(zhuǎn)速和幅度的函數(shù)，幅度對應(yīng)為直流值的百分比。圖1為扭矩波動示例，其中平均扭矩為直流值，但高帶寬扭矩存在約+-2Nm的波動。雖然這看似并非嚴(yán)重問題，但該波動頻率較高，可能導(dǎo)致各種不良后果，包括可聽見的噪聲、結(jié)構(gòu)振動和齒輪疲勞。若要減少扭矩波動，我們需要了解扭矩波動的來源，包括電激勵、電機(jī)結(jié)構(gòu)、機(jī)械共振、對準(zhǔn)度和負(fù)載。
圖1 轉(zhuǎn)矩波動示例
扭矩波動的來源和影響
電機(jī)電激勵
由于電機(jī)的扭矩會隨電流變化而變化，因此電機(jī)電激勵會引發(fā)扭矩波動。這里以最極端的例子單相電動機(jī)為例，其內(nèi)部存在兩倍于基頻的周期性扭矩和零扭矩。通過增大相位，可以消除零交叉點和波動幅度，但由此會增加頻率。標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)有三個相，這種設(shè)計可以有效減少扭矩波動，但不會將其完全消除。
由于扭矩由正弦激勵產(chǎn)生，而由該激勵產(chǎn)生的扭矩波動與電信號有著相同頻率，這意味著隨著轉(zhuǎn)速增加，扭矩波動的頻率也會隨之增大。此外，由于激勵并非完美的正弦波，因此還存在其他扭矩波動要素。時常以高頻率運行的逆變器和電機(jī)繞組會影響電流的分布。因此，這些問題會引起額外的扭矩波動。
電機(jī)結(jié)構(gòu)
結(jié)構(gòu)也是影響扭矩波動的一個因素。在所有電機(jī)中，扭矩波動均由電機(jī)繞組所引發(fā)，而且每種類型的電機(jī)都會形成扭矩波動，繼而促使轉(zhuǎn)子磁體與定子金屬鐵相互作用。在感應(yīng)電機(jī)中，扭矩波動幅度較小，并且通過傾斜轉(zhuǎn)子條可以控制扭矩波動。隨著永磁電機(jī)利用率的提高，除了需要考慮繞組函數(shù)和傾斜度外，還需要考慮磁體對轉(zhuǎn)子的影響。轉(zhuǎn)子上的磁體會吸引定子上的金屬鐵，當(dāng)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，磁體會吸引定子上的各個齒。由于轉(zhuǎn)子磁體和定子槽數(shù)量固定，因此扭矩波動也與轉(zhuǎn)速成正比。由于電機(jī)轉(zhuǎn)速原因引發(fā)高振幅和潛在高頻率時，將難以表征和減少永磁體的扭矩波動。
考慮到激勵和電機(jī)結(jié)構(gòu)會引發(fā)扭矩波動，因此您可以從這兩個特征出發(fā)減少扭矩波動。通過采用不同結(jié)構(gòu)型式和不同類型的電動機(jī)控制方式可以減小扭矩波動。車內(nèi)信息反饋和逆變器技術(shù)的發(fā)展使我們能夠采用有效手段減少扭矩波動。為了驗證減少扭矩波動方法的有效性，工程師需要通過測量來檢驗其設(shè)計。
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