對永磁直流力矩電動(dòng)機(jī)粘性阻尼系數(shù)的認(rèn)識

    張文海，譚宏松

    (成都精密電機(jī)廠，四川成都610500)

  0引言

    在力矩機(jī)工作系統(tǒng)中，阻尼系數(shù)是保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重要條件。國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB一971A一99《永磁式直流力矩電動(dòng)機(jī)通用規(guī)范》規(guī)定，永磁直流力矩電動(dòng)機(jī)粘性阻尼系數(shù)F₀用式(1)計(jì)算：

式中：F₀——粘性阻尼系數(shù)(N·m／r·min^-1)；K_e——反電勢系數(shù)(V／r·min^-1)；m_i——轉(zhuǎn)矩靈敏度 (N·m／A)；R_a——電樞電阻(Ω)。式(1)的物理意義如何?它怎樣在影響系統(tǒng)的工作?本文則是對這一問題的認(rèn)識。

  1國家標(biāo)準(zhǔn)對粘性阻尼系數(shù)、阻尼系數(shù)的解釋

    國標(biāo)GB／T2900·26—94《電工術(shù)語·控制電機(jī)》分別對直流伺服電機(jī)的粘性阻尼系數(shù)和阻尼系數(shù)作了如下解釋：粘性阻尼系數(shù)F₀，是電機(jī)轉(zhuǎn)速增加△w引起轉(zhuǎn)矩F降△，的度量，它可表示為：

阻尼系數(shù)F₁，表示電機(jī)阻尼效應(yīng)的程度，對于直流伺服電動(dòng)機(jī)，可表示為：

  

以上解釋，很難讓人準(zhǔn)確把握什么是粘性阻尼系數(shù)?什么是阻尼系數(shù)?而美國公司對永磁直流力矩電機(jī)的阻尼系數(shù)是作如F闡述的：

    永磁直流力矩電機(jī)的總阻尼系數(shù)為F

F= F₀ + F₁

  其中：F₀為電機(jī)反電勢引起的轉(zhuǎn)矩下降，

  當(dāng)R_s→o即電流內(nèi)阻R_s為零時(shí)，

Fl為旋轉(zhuǎn)損耗，即渦流損耗所損失的力矩，它正比于轉(zhuǎn)速，F(xiàn)₁約為F₀的百分之三～百分之五，故總阻尼系數(shù)，表示電機(jī)單位轉(zhuǎn)速損失的力矩。

    對照兩種解釋，顯然后者準(zhǔn)確。所謂粘性阻尼系數(shù)F₀，就是永磁直流力矩電機(jī)單位轉(zhuǎn)速反電勢所損失的力矩；而阻尼系數(shù)F，則是F₀= F₁，其中F₁為旋轉(zhuǎn)損耗所損失的力矩�！峨姽ばg(shù)語》的解釋經(jīng)此對照就比較明確了。

2對粘性阻尼系數(shù)的理解

    一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)對阻尼非常重要，否則系統(tǒng)很不穩(wěn)定。永磁直流力矩電機(jī)因其自身有阻尼作用，在不外加阻尼條件下，系統(tǒng)工作也較穩(wěn)定(當(dāng)自身阻尼不夠時(shí)，也須外加測速機(jī)阻尼等)。那么，粘性阻尼怎樣在影響系統(tǒng)工作的?從直流電動(dòng)機(jī)理論知道，當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)通電旋轉(zhuǎn)時(shí)，它既是一臺電動(dòng)機(jī)，也是一臺發(fā)電機(jī)。電動(dòng)機(jī)，電流產(chǎn)生的是驅(qū)動(dòng)力矩，發(fā)電機(jī)，電流產(chǎn)生的是阻滯力矩，但它與電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力矩方向始終相反，所以具有阻尼作用。例如，當(dāng)電動(dòng)機(jī)因通電起動(dòng)增速時(shí)，發(fā)出的反電勢隨之增高，電源電壓與反電勢之差減小，電流減小，電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩減小，峰值加速度減小，電機(jī)減速，由此達(dá)到阻尼目的，使電機(jī)很快穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速下。當(dāng)電動(dòng)機(jī)因某種原因發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，從電勢的阻滯力矩因和攏動(dòng)方向始終相反，攏動(dòng)便可很快抑止下來，由此達(dá)到阻尼目的。這就是《電工術(shù)語·控制電機(jī)》中解釋的直流伺服電機(jī)的阻尼效應(yīng)。

    那么，為什么稱它為粘性阻尼?粘性阻尼系數(shù)和粘性阻尼有何差別?所謂粘性阻尼，它應(yīng)是與轉(zhuǎn)速有關(guān)的阻尼。這樣，由反電勢阻滯力矩阻尼F₀，和由旋轉(zhuǎn)損耗力矩阻尼下，都是粘性阻尼，它們都和轉(zhuǎn)速有關(guān)。F₀前面已經(jīng)談了，這里再談?wù)勑�轉(zhuǎn)損耗力矩阻尼F₁。我們知道，直流電機(jī)的鐵耗是和轉(zhuǎn)速平方成正比的，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，電樞鐵心的磁化頻率也越高，渦流損耗和磁滯損耗也就越大，因損耗產(chǎn)生的阻滯力矩也越大。網(wǎng)這個(gè)阻滯力矩始終和驅(qū)動(dòng)力矩方向相反，所以也有阻尼作用，且和轉(zhuǎn)速有關(guān)，故也是粘性阻尼。因F₁一般很小，它只占F₀的百分之三～百分之五，故測試中只測F0