交流伺服電動機轉矩波動率的頻域測量
王金娥(甘肅工業大學蘭州730050)
董明海（蘭州電機廠）
1概述
轉矩波動是影響交流伺服電機平穩運行的重要指標，對其進行精確測量、計算、分析，直接關系到電機整體性能水平不斷改進和提高，所以有必要對其深入研究。
觀察一個信號最普通的方法是用示波器來顯示信號波形，在D-t平面的時間域內觀察信號，即信號的時域分析。但也可以用FFT快速傅立葉變換分析儀，從一個信號所包含的頻率成分來描述，在D-f平面的頻域內觀察信號。用示波器和FFT儀觀察同一物理現象，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面的獨特信息[1]，見圖1。
在時域內用示波器分析波形失真的原因，有明顯優點，而對于一個失真很小的信號，就很難準確觀察，但在頻域內恰恰相反，利用FFT儀可以定量測出很小的諧波分量。
對于將要仔細討論的轉矩信號而言，往往由于定子機械扭斜、變頻器輸出電壓諧波分量、電子換向等因素的影響，會使波形產生很小的失真，造成轉矩波動，帶來電機轉動的不平滑[2]。定量的對這些諧波進行測量、分析，有的放矢的消除、改善電機低速性能，借助FFT儀，在頻域肉測量，會更準確有效。
2轉矩波動率
目前轉矩波動率通常以時域測量為基礎，由于該定義沒有考慮轉矩波動的帶寬，而只是對轉矩波動分布曲線的****值和最小值進行處理，因而是不完整的，以頻域測量基準，轉矩波動率的定義則為：
3頻域轉矩波動率計算公式
轉矩信號由Mo及m(t)兩部分組成，見圖2，m(t)為任一周期的轉矩波動信號，從數學上看，該交流部分的有效值則等于m(t)的平方在一個周期T內的平均再求其平方根值，即：
故在頻率范圍內，轉矩波動率可以交流部分與直流部分之比確定，即：
利用FFT儀繪出的轉矩頻譜，見圖3。
4Wm與Wm1之間的關系
4.1轉矩波動正弦變化
在時域內波形見圖4，在頻域內頻譜見圖5。
4.2轉矩波動接近正弦半波
在時域內波形見圖6，在頻域內其頻譜見圖7。
4.3轉矩波動接近方波
在時域內，波形見圖8，在頻域內，頻譜見圖9。
由試驗的采樣波形看，機座號小的電機其轉矩波動分布接近正弦波，而機座號大的電機接近梯形波。
5 Wm1的測量
5.1測量方法
如圖10所示，首先將被試電機與負載電機通過轉矩傳感器及飛輪盤連接，進行反饋法加載，然后將轉矩傳感器輸出信號輸入轉矩測試儀進行計算處理，最后輸入到FFT快速傅立葉變換儀，經處理顯示轉矩波動的時域波形和頻域波形，經計算獲得需要的轉矩波動率值。
5.2 負載電機轉矩波動與被試電機轉矩波動率的分離
由于負載電機不同程度的存在著轉矩波動，如不加分離，勢必會影響到被試電機波動率的精確測量，所以有必要對其二者的分離進行研究。
交流伺服電機轉子的運動方程為：
若另附加一飛輪盤，使其轉動慣量大于3倍的負載電機轉動慣量，則運動方程為：
試驗在20r/min時進行，忽略轉速變化。
從而達到通過附加一大慣量飛輪盤的方法，消除負載電機轉矩波動對被試電機轉矩波動的影響，將負載電機轉矩波動與被試電機轉矩波動分離。
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