交流伺服电动机转矩波动率的频域测量
王金娥(甘肃工业大学兰州730050)
董明海（兰州电机厂）
1概述
转矩波动是影响交流伺服电机平稳运行的重要指标，对其进行精确测量、计算、分析，直接关系到电机整体性能水平不断改进和提高，所以有必要对其深入研究。
观察一个信号最普通的方法是用示波器来显示信号波形，在D-t平面的时间域内观察信号，即信号的时域分析。但也可以用FFT快速傅立叶变换分析仪，从一个信号所包含的频率成分来描述，在D-f平面的频域内观察信号。用示波器和FFT仪观察同一物理现象，两者从不同的角度观察同一事物，故各自可以得到反映事物不同侧面的独特信息[1]，见图1。
在时域内用示波器分析波形失真的原因，有明显优点，而对于一个失真很小的信号，就很难准确观察，但在频域内恰恰相反，利用FFT仪可以定量测出很小的谐波分量。
对于将要仔细讨论的转矩信号而言，往往由于定子机械扭斜、变频器输出电压谐波分量、电子换向等因素的影响，会使波形产生很小的失真，造成转矩波动，带来电机转动的不平滑[2]。定量的对这些谐波进行测量、分析，有的放矢的消除、改善电机低速性能，借助FFT仪，在频域肉测量，会更准确有效。
2转矩波动率
目前转矩波动率通常以时域测量为基础，由于该定义没有考虑转矩波动的带宽，而只是对转矩波动分布曲线的****值和最小值进行处理，因而是不完整的，以频域测量基准，转矩波动率的定义则为：
3频域转矩波动率计算公式
转矩信号由Mo及m(t)两部分组成，见图2，m(t)为任一周期的转矩波动信号，从数学上看，该交流部分的有效值则等于m(t)的平方在一个周期T内的平均再求其平方根值，即：
故在频率范围内，转矩波动率可以交流部分与直流部分之比确定，即：
利用FFT仪绘出的转矩频谱，见图3。
4Wm与Wm1之间的关系
4.1转矩波动正弦变化
在时域内波形见图4，在频域内频谱见图5。
4.2转矩波动接近正弦半波
在时域内波形见图6，在频域内其频谱见图7。
4.3转矩波动接近方波
在时域内，波形见图8，在频域内，频谱见图9。
由试验的采样波形看，机座号小的电机其转矩波动分布接近正弦波，而机座号大的电机接近梯形波。
5 Wm1的测量
5.1测量方法
如图10所示，首先将被试电机与负载电机通过转矩传感器及飞轮盘连接，进行反馈法加载，然后将转矩传感器输出信号输入转矩测试仪进行计算处理，最后输入到FFT快速傅立叶变换仪，经处理显示转矩波动的时域波形和频域波形，经计算获得需要的转矩波动率值。
5.2 负载电机转矩波动与被试电机转矩波动率的分离
由于负载电机不同程度的存在着转矩波动，如不加分离，势必会影响到被试电机波动率的精确测量，所以有必要对其二者的分离进行研究。
交流伺服电机转子的运动方程为：
若另附加一飞轮盘，使其转动惯量大于3倍的负载电机转动惯量，则运动方程为：
试验在20r/min时进行，忽略转速变化。
从而达到通过附加一大惯量飞轮盘的方法，消除负载电机转矩波动对被试电机转矩波动的影响，将负载电机转矩波动与被试电机转矩波动分离。
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