CN102374924B - 一种他励直流电机转动惯量的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机参数测量技术，涉及对他励直流电机转动惯量测量方法的改进。基于西门子6RA70系列全数字直流调速装置，其特征在于，测量的步骤如下：连接被测电机；测量加速时间Ta；计算转动惯量J。本发明的操作简便，适合工程应用现场使用，工程实用性强，满足了直流电传***调试的需要。

Description

一种他励直流电机转动惯量的测量方法

技术领域

本发明属于电机参数测量技术，涉及对他励直流电机转动惯量测量方法的改进。

背景技术

在直流电气传动控制***中，直流电动机以及齿轮箱的转动惯量对***动态响应时间影响很大，在快速响应***中要求转动惯量越小越好。直流电机生产厂家由于没有测试转动惯量的专用设备，往往给不出实际转动惯量的数据，只能提供理论设计数据。有些厂家甚至连理论数据也提供不了。直流电传***调试过程中，需要知道电机及齿轮箱的实际惯量是否在设计要求范围之内，如果过大，需要在控制环节中加入转动惯量补偿。GB1311《直流电机试验方法》提供了电机转动惯量J的三种测定方法：自减速法、扭摆法和辅助摆锤法。

1）自减速法即自由停车法，首先要测定电机在额定转速时的空载铁耗和机械损耗，在额定励磁电流和高于额定转速n_N下作空载运行，待电机运行平稳后迅速切断电枢电源，由其惯性而自然减速，用示波器记录减速曲线，分析曲线代入公式计算J。

2）扭摆法是将被试电机转子的转动惯量与圆柱形标准转子的转动惯量进行比较的方法。需将电机转子取出悬挂于支架上，测出摆动周期，还要制作一个质量、直径与真转子相近的可直径计算惯量的假转子，在相同条件下测试假转子摆动周期，再代入计算J。

3）辅助摆锤法，将一个质量已知的辅助摆锤用质量尽可能小的臂杆固定于被测电机转轴端面中心，求摆动周期平均值，代入公式计算J。

这三种方法都比较麻烦，只适合电机性能检测单位或研究单位使用，不适合工程应用现场使用。

发明内容

本发明的目的是：提出一种操作简便、适合工程应用现场使用的他励直流电机转动惯量测量方法，以满足直流电传***调试的需要。

本发明的技术方案是：一种他励直流电机转动惯量的测量方法，基于西门子6RA70系列全数字直流调速装置，其特征在于，测量的步骤如下：

1、连接被测电机：将被测电机固定在测量平台上，当需要测量电机带负载状态下的总转动惯量时，还需要将被测电机与负载连接；然后通过电缆将电机的电枢、励磁接线端与西门子6RA70系列全数字直流调速装置的电枢、励磁输出端连接；

2、测量加速时间Ta：给西门子6RA70系列全数字直流调速装置通电，将运行方式设置为“磨擦和转动惯量补偿优化”运行方式，测出被测电机以额定电流和额定励磁电流从零速加速到额定转速的加速时间Ta；

3、计算转动惯量J：根据下式计算被测电机的转动惯量J：

$J=\frac{91358\mathrm{kPTa}}{N^2}---\left[1\right]$

式中，P为直流电机额定功率，单位为kW；Ta单位为s；N为电机额定转速，单位为r/s；k为修正系数，系数k的确定方法是：

$k=\frac{\mathrm{Ib}}{\mathrm{Ia}}---\left[2\right]$

式中，Ib为西门子6RA70系列全数字直流调速装置的实际额定输出电流，Ia为被测电机铭牌标注的电枢额定电流，单位均为A。

本发明的优点是：操作简便，适合工程应用现场使用，工程实用性强，满足了直流电传***调试的需要。

附图说明

图1本发明的测量示意图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。参见图1，一种他励直流电机转动惯量的测量方法，基于西门子6RA70系列全数字直流调速装置（以下简称调速装置），其特征在于，测量的具体步骤如下：

1、连接被测电机：将被测电机固定在测量平台上，当需要测量电机带负载状态下的总转动惯量时，还需要将被测电机与负载连接；然后通过电缆将电机的电枢、励磁接线端与调速装置的电枢、励磁输出端连接；

2、测量加速时间Ta：给调速装置通电，将运行方式设置为“磨擦和转动惯量补偿优化”运行方式，测出被测电机以额定电流和额定励磁电流从零速加速到额定转速的加速时间Ta，Ta对应值为调速装置内部参数P540显示数据，单位为s；

3、计算转动惯量J：根据下式计算被测电机的转动惯量J：

$J=\frac{91358\mathrm{kPTa}}{N^2}---\left[1\right]$

式中，P为直流电机额定功率，单位为kW；Ta单位为s；N为电机额定转速，单位为r/s；k为修正系数，系数k的确定方法是：

$k=\frac{\mathrm{Ib}}{\mathrm{Ia}}---\left[2\right]$

式中，Ib为调速装置的实际额定输出电流，Ia为被测电机铭牌标注的电枢额定电流，单位均为A。

本发明的工作原理是：计算公式的推导过程如下：

加速时间Ta：

$\mathrm{Ta}=\frac{4\mathrm{gJ\ΔN}}{375\mathrm{\ΔM}}---\left[3\right]$

式中，g为常数9.8；J为转动惯量，单位为kg·m²;ΔN为加速范围，单位为r/s;ΔM为电机加速转矩，单位为N·m。

电机额定转矩M：

$M=\frac{9550P}{N}---\left[4\right]$

式中，P为电机额定功率，单位为kW；N为电机额定转速，单位为r/s。

引入修正系数k，由[3]式、[4]式推导出转动惯量J的计算式：

$J=k\frac{375\mathrm{MTa}}{4\mathrm{gN}}=\frac{91358\mathrm{kPTa}}{N^2}---\left[1\right]$

式中，P为被测电机额定功率，单位为kW；Ta为加速时间，单位为s；N为电机额定转速，单位为r/s；k为修正系数，取值为被测电机调速装置实际额定输出电流与被测电机电枢额定电流之比。

本发明的实施例：在某航空发动机控制***半物理仿真试验器中，电气传动***中他励直流电机的配套调速装置均为西门子6RA70系列直流调速装置，通过对多台不同功率、转速的直流电机加速时间（Ta=P540）的测量，计算结果见表1。

表1中的他励直流电机多种多样，有定制的小功率高速直流无槽电机，有上海南洋电机的中大功率Z4直流电机，按照电机制造的国家标准，厂家提供的转动惯量设计值可能有±10%误差，根据本发明方法测量出的转动惯量值与电机厂家设计值的差距均在±10%范围内，检验了电机实际转动惯量满足使用需求，体现了本方法简便、有效、实用的优点。

表1本发明4个实施例的转动惯量测量结果

表1中的误差是指采用本发明方法的测量值与电机厂设计值的差距。

Claims (1)

1.一种他励直流电机转动惯量的测量方法，基于西门子6RA70系列全数字直流调速装置，其特征在于，测量的步骤如下：

1.1、连接被测电机：将被测电机固定在测量平台上，当需要测量电机带负载状态下的总转动惯量时，还需要将被测电机与负载连接；然后通过电缆将电机的电枢、励磁接线端与西门子6RA70系列全数字直流调速装置的电枢、励磁输出端连接；

1.2、测量加速时间Ta：给西门子6RA70系列全数字直流调速装置通电，将运行方式设置为“磨擦和转动惯量补偿优化”运行方式，测出被测电机以额定电流和额定励磁电流从零速加速到额定转速的加速时间Ta；

1.3、计算转动惯量J：根据下式计算被测电机的转动惯量J：

$J=\frac{91358\mathrm{kPTa}}{N^2}---\left[1\right]$

式中，P为直流电机额定功率，单位为kW；Ta单位为s；N为电机额定转速，单位为r/s；k为修正系数，系数k的确定方法是：

$k=\frac{\mathrm{Ib}}{\mathrm{Ia}}---\left[2\right]$

式中，Ib为西门子6RA70系列全数字直流调速装置的实际额定输出电流，Ia为被测电机铭牌标注的电枢额定电流，单位均为A。

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