電力傳動(dòng)中的扭振及振動(dòng)抑制研究

劉娜

摘 要：傳動(dòng)系統(tǒng)中發(fā)生的扭振現(xiàn)象會(huì)引起整個(gè)控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定，不僅會(huì)加劇系統(tǒng)內(nèi)的各處結(jié)合裝置的磨損，還會(huì)影響系統(tǒng)的正常性能輸出，這將會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械性能不斷惡化，最終會(huì)直接影響到系統(tǒng)的使用壽命。如何有效避免或降低扭振，是行業(yè)目前存在的一大課題。

關(guān)鍵詞：扭振;扭矩測(cè)量;諧振頻率;多質(zhì)量體系;振動(dòng)抑制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.106

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，電力傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用于各種設(shè)備中。很多人應(yīng)該也都發(fā)現(xiàn)了，在很多電力傳動(dòng)系統(tǒng)中，其扭矩都存在著一定的振動(dòng)現(xiàn)象。扭振的存在，會(huì)使得電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生脈動(dòng)，從而影響到整個(gè)電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能起著抑制的作用，從而直接影響到產(chǎn)品的品質(zhì)和使用時(shí)的舒適感。當(dāng)扭振達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)破壞系統(tǒng)的平衡結(jié)構(gòu)。本文首先從電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的模型展開，進(jìn)一步從理論上來分析扭振發(fā)生的機(jī)理，以及探討抑制扭振的相關(guān)方法。

2 系統(tǒng)模型

扭振現(xiàn)象一般廣泛存在于多質(zhì)量的系統(tǒng)中，因此，本文構(gòu)建雙質(zhì)量慣性量的結(jié)構(gòu)作為本文要討論的系統(tǒng)模型。所謂的雙質(zhì)量，即意味著兩個(gè)不同的質(zhì)量體系，中間由剛性較低的部件進(jìn)行連接，本文要探討的系統(tǒng)模型，連接兩處不同質(zhì)量體系的是彈簧。彈簧的左邊是電機(jī)以及相關(guān)從屬零部件部分，右邊為負(fù)載相關(guān)的部分，這兩部分組成的梁慣性量的結(jié)構(gòu)模型如下圖1所示，將這兩慣性量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以方塊結(jié)構(gòu)塊的形式表現(xiàn)出來，如圖2所示。

在實(shí)際的電力傳動(dòng)系統(tǒng)中阻尼系數(shù)是非常小的，因此，系統(tǒng)阻尼系數(shù)和負(fù)載阻尼系數(shù)一般忽略不計(jì)，通過圖2的系統(tǒng)方塊結(jié)構(gòu)塊模塊可以算出電機(jī)轉(zhuǎn)速到電機(jī)端電磁的轉(zhuǎn)矩的傳遞函數(shù)，從而可以算出該系統(tǒng)的扭矩的頻率，并可以進(jìn)行相關(guān)的分析。

3 扭振機(jī)理

為了更好地說明扭振產(chǎn)生的機(jī)理，我們可以對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行模擬法分析，即將該雙質(zhì)量系統(tǒng)比作是電路圖，電感代表著系統(tǒng)中的彈性軸，電容代表著慣量，電阻代表著阻尼，電壓代表著角速度，電源代表著轉(zhuǎn)矩。根據(jù)該等效關(guān)系，可以得到的等效圖如圖3所示。

4 扭振抑制

由于扭振的存在，會(huì)直接導(dǎo)致系統(tǒng)中出現(xiàn)諧振，使得電力傳動(dòng)系統(tǒng)無法正常工作，嚴(yán)重的甚至?xí)斐稍O(shè)備的故障。同時(shí)，對(duì)于系統(tǒng)中的電機(jī)而言，諧振的出現(xiàn)，會(huì)使得電機(jī)的附加損耗和轉(zhuǎn)矩增加，最終，直接影響到電機(jī)的使用壽命，因此，對(duì)扭振進(jìn)行有效地抑制，是降低損耗、提高電機(jī)使用壽命的有效方法之一，我們從以下兩種抑制方法展開探討：

4.1 采用陷波濾波器

陷波濾波器，可以在某一個(gè)頻率點(diǎn)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行迅速地衰減，從而使得輸出頻率中該頻率信號(hào)被過濾掉。它是一種比較特殊的帶阻濾波器，在理想的情況下，它的阻帶只有一個(gè)頻率點(diǎn)，因此，又稱為點(diǎn)阻濾波器。對(duì)于一個(gè)理想的點(diǎn)阻濾波器的響應(yīng)頻率而言，它要消除的是信號(hào)頻率上的某個(gè)點(diǎn)，讓其值變?yōu)?，而在其他時(shí)段的頻率為1。依托模擬低通為設(shè)計(jì)原型，通過模擬頻率帶阻變換法，利用雙先行變換法將前面所設(shè)計(jì)的帶阻濾波器數(shù)字化。

4.2 在傳動(dòng)系統(tǒng)的曲軸自由端加裝阻尼扭振減振器

通過研究發(fā)現(xiàn)，在減振器的慣性量比、定調(diào)比為定值時(shí)，在不同軸頻率比的情況下阻，減振器的阻尼比和扭轉(zhuǎn)振幅放大系數(shù)的關(guān)系如圖4所示。

在軸系的頻率0.7以內(nèi)時(shí)，扭轉(zhuǎn)振幅放大系數(shù)和減振器阻尼比是正的關(guān)系，而在頻率為1時(shí)，此時(shí)的扭轉(zhuǎn)振幅放大系數(shù)曲線的減幅最大。說明在阻尼比選取較小值時(shí)（圖4中大約為0-0.2之間），該區(qū)域?qū)τ谂まD(zhuǎn)振幅放大系數(shù)的影響最大。因此，開發(fā)出合適的阻尼扭振減震器，考慮阻尼比參數(shù)與軸的扭轉(zhuǎn)振幅放大系數(shù)之間的關(guān)系，可以達(dá)到較為理想的扭振抑制效果。

5 結(jié)語(yǔ)

電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的扭振給系統(tǒng)帶來的波動(dòng)，以及對(duì)于品質(zhì)的影響，會(huì)最終影響到設(shè)備的壽命?；诖?，我們上文也提出了兩種扭振的抑制方法，也看到了方案的實(shí)施有效性。在實(shí)際使用過程中，要根據(jù)系統(tǒng)的使用用途、以及系統(tǒng)本身的特性來決定哪種方案更加合適。該兩種方案從經(jīng)濟(jì)成本的角度來說也不盡相同，因此，要綜合考慮再做判斷。

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