一種新的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量方法介紹,力學(xué)論文摘要：電機(jī)中轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是電機(jī)性能的關(guān)鍵指標(biāo)，針對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量未知或需矯正慣量值時(shí)，要求采用試驗(yàn)方式方法對(duì)慣量值進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量方式方法有多種，本文就工程中常用的基本測(cè)試方式方法及測(cè)試原理等進(jìn)行分析與歸納，并基于落物法研究出一種新的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量方式方法，并通過某型號(hào)電機(jī)測(cè)量試驗(yàn)對(duì)新方式方法進(jìn)行了驗(yàn)證，得出該方式方法測(cè)量準(zhǔn)確且實(shí)用性高等優(yōu)勢(shì)。本文關(guān)鍵詞語:電機(jī);轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;測(cè)量;試驗(yàn)方式方法;Abstract：Themomentofinertiaoftherotorinthemotorisakeyindexoftheperformanceofthemotor.Inviewoftheunknownmomentofinertiaoftherotorortheneedtocorrectthemomentofinertia,thetestmethodisrequiredtomeasurethemomentofinertia.Therearedifferentkindsofmeasuringmethodinthispaper,thebasictestmethodiscommonlyusedinengineeringandtestingprinciplewassummarizedandanalyzed,andbasedonthemethodoffallingobjectsdevelopedanewmethodformeasuringmomentofinertia,andthroughamodelmotormeasurementtestforthenewmethodrelatedtoverification,itisconcludedthatthemethodmeasuringprecisionandpracticabilityofhigheradvantage.Keyword：electricmachine;momentofinertia;measure;testmethod;0、引言轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是電機(jī)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量特性，對(duì)其精到準(zhǔn)確測(cè)量具有重要意義，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量方式方法一般可分為兩種，分別為計(jì)算法和測(cè)試法。考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)子構(gòu)造復(fù)雜并由不同材質(zhì)組成，存在尺寸難測(cè)量且密度不均勻問題[1]，通過計(jì)算法得到較困難且存在較大誤差，為了準(zhǔn)確性工程上多采用測(cè)試法。當(dāng)前常用的測(cè)試法分為基于簡(jiǎn)諧振動(dòng)原理測(cè)量方式方法和落重法等[2]。本文針對(duì)研發(fā)經(jīng)過中出現(xiàn)的匹配電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量未知，又無法拆除轉(zhuǎn)子進(jìn)行測(cè)量的情況下，在落重法基礎(chǔ)上優(yōu)化并創(chuàng)新測(cè)量措施實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量新方式方法，通過某型號(hào)電機(jī)測(cè)試驗(yàn)證得出該方式方法的準(zhǔn)確度及可施行性強(qiáng)，工程上對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量具有一定正向指導(dǎo)意義。1、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量方式方法1.1、計(jì)算法電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量取決于轉(zhuǎn)子的形狀和質(zhì)量分布，對(duì)于形狀規(guī)則且均質(zhì)的轉(zhuǎn)子可直接用計(jì)算法獲得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，如公式〔1〕所示，詳細(xì)為轉(zhuǎn)子質(zhì)量與質(zhì)心到轉(zhuǎn)軸距離平方的乘積。華而不實(shí)：J-轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位為kg·m2;m-物體質(zhì)量，單位為kg;r-物體質(zhì)心到轉(zhuǎn)軸距離，單位為m。1.2、基于簡(jiǎn)諧振蕩原理測(cè)試法基于簡(jiǎn)諧振動(dòng)原理測(cè)量方式方法主要有單鋼絲扭轉(zhuǎn)振蕩法、雙線擺法及三線擺法，此三種方式方法原理一樣故本文僅以單鋼絲為例進(jìn)行介紹。單鋼絲扭轉(zhuǎn)振蕩法的測(cè)量原理為：若不計(jì)振動(dòng)及介質(zhì)阻力的影響，懸掛在彈性鋼絲下端的物體繞鋼絲扭轉(zhuǎn)一定角度后，物體將做簡(jiǎn)諧扭轉(zhuǎn)振蕩，根據(jù)簡(jiǎn)諧振動(dòng)原理，可得如下公式：華而不實(shí)：J-物體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；K-鋼絲扭轉(zhuǎn)彈性模量；T-物體振蕩周期。從公式〔2〕可知，物體做做簡(jiǎn)諧振蕩時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與振蕩周期的平方成正比，基于此單鋼絲扭轉(zhuǎn)振蕩法測(cè)量方案如下：測(cè)量前首先選擇均勻密度的金屬材料，加工成重量與直徑最好與被測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子相差不大的形狀規(guī)則的圓柱體，該圓柱體稱為假轉(zhuǎn)子，選擇適宜長(zhǎng)度與直徑的鋼絲，要求該鋼絲可承受假轉(zhuǎn)子或被測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量。若設(shè)被測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J1，振蕩周期為T1，假轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J2，振蕩周期為T2。在振蕩一樣條件下，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1可按下式求出：通過計(jì)算法可得假轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值，由公式〔3〕可知，若要得到被測(cè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，需知假轉(zhuǎn)子的振蕩周期以及被測(cè)轉(zhuǎn)子的振蕩周期[4]。詳細(xì)測(cè)量操作如此圖1所示，鋼絲一端通過鉸接軸承固定住，另一端采用連接環(huán)扣將假轉(zhuǎn)子懸掛，要求鋼絲軸線與假轉(zhuǎn)子軸線同心。待假轉(zhuǎn)子靜止后，將假轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)適當(dāng)角度，屢次測(cè)量復(fù)振蕩次數(shù)和時(shí)間，得到假轉(zhuǎn)子振蕩周期平均值T2，其他條件保持不變，更換被測(cè)轉(zhuǎn)子，同樣扭轉(zhuǎn)角度下得到被測(cè)轉(zhuǎn)子振蕩周期的平均值T1，利用公式〔3〕即可得到被測(cè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1。圖1單鋼絲扭轉(zhuǎn)振蕩法1.3、重物落體法重物落體法是基于能量守恒定律，詳細(xì)測(cè)試方式方法如此圖2所示，將被測(cè)電機(jī)固定在平臺(tái)上，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸伸出臺(tái)面，在轉(zhuǎn)動(dòng)軸伸出端裝配一滑輪，滑輪端掛有已經(jīng)知道重量的重物，重物從初始位置自由落體運(yùn)動(dòng)。設(shè)重物下落距離為h，下落所用時(shí)間為t，在t時(shí)刻重物速度為v，電機(jī)轉(zhuǎn)軸上安裝的滑輪半徑為r，若不計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸承摩擦及其他能量損失，根據(jù)機(jī)械能守恒定律可得如下公式〔4〕。測(cè)量重物自由下落時(shí)間及其距離、重量及滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，即可得到被測(cè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量[5]。圖2重物落體系統(tǒng)將公式代入上式中，可得：華而不實(shí)：J—被測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位為kg·m2;JP—輪滑轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位為kg·m2;t—落重下落所用時(shí)間，單位為s;g—重力加速度，單位為m/s2;h—落重下落距離，單位為m;m—落重質(zhì)量，單位為kg;r—輪滑半徑，單位為m。綜上所述方式方法中，計(jì)算法是根據(jù)剛體慣量定義直接得到的最基本的方式方法，可用于密度均勻且形狀規(guī)則的電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量測(cè)試及設(shè)計(jì)計(jì)算，但它忽略了轉(zhuǎn)子內(nèi)部材質(zhì)分布不均以及齒槽等復(fù)雜構(gòu)造的存在。工程中測(cè)試方式方法較多，基于簡(jiǎn)諧振蕩原理測(cè)試法以單線擺法為例，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量整體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，但前提需拆卸電機(jī)轉(zhuǎn)子，另外存在難以消除振蕩周期測(cè)量誤差以及繩索材質(zhì)和長(zhǎng)短不一帶來的系統(tǒng)誤差。重物落體法是基于機(jī)械能守恒定律，在某些電機(jī)無法或不允許拆除轉(zhuǎn)子，且無法得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量和摩擦力矩的情況下，其他方式方法均無法操作，唯有重物落體法可實(shí)現(xiàn)測(cè)量目的。2、基于落重法測(cè)試方式方法研究2.1、測(cè)試方式方法及施行方案在解決發(fā)動(dòng)機(jī)匹配軸系存在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量未知且無法拆卸轉(zhuǎn)子的難題時(shí)，可采用重物落體法進(jìn)行測(cè)量，但傳統(tǒng)重物落體法測(cè)量操作時(shí)存在很大局限性，比方怎樣減少重物自由落體經(jīng)過中的能量損失及怎樣解決有關(guān)準(zhǔn)確計(jì)時(shí)問題等，若施行不當(dāng)則測(cè)量平均值波動(dòng)較大且測(cè)量精度較低。針對(duì)以上問題重新研究并施行一種新的測(cè)量方案，將從施行方案及創(chuàng)新措施方面得到電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量準(zhǔn)確測(cè)量的試驗(yàn)方式方法。詳細(xì)施行方案如下：如此圖3所示，將電機(jī)放置在一定高度平臺(tái)上，轉(zhuǎn)子伸出端伸出平臺(tái)可使重物自由落地，重物要求可通過本身質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，地面放置相應(yīng)的傳感器，將重物升高至h距離固定，用剪刀剪斷固定重物繩索時(shí)觸發(fā)單片機(jī)信號(hào)計(jì)時(shí)開場(chǎng)，重物落地觸發(fā)傳感器計(jì)時(shí)結(jié)束，即可得到重物下降距離為h所用時(shí)間，并通過公式〔5〕計(jì)算出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量值。2.2、有關(guān)創(chuàng)新施行措施創(chuàng)新施行措施一：為了減速繩索能量損失，使用彈性較低超高拉力且質(zhì)量極小的PE線吊裝標(biāo)準(zhǔn)量塊；創(chuàng)新施行措施二：由于公式中與時(shí)間平方成正比，故計(jì)時(shí)準(zhǔn)確對(duì)其影響最大，手動(dòng)秒表計(jì)時(shí)一致性較差，改用采用單片機(jī)觸點(diǎn)計(jì)時(shí)方式方法計(jì)時(shí)更精到準(zhǔn)確，計(jì)時(shí)方式如此圖4所示，有關(guān)計(jì)時(shí)邏輯如此圖5所示。圖3新測(cè)試方式方法圖圖4記時(shí)方式3、測(cè)量結(jié)果分析共進(jìn)行3次測(cè)量試驗(yàn)，分別取2組重物同一高度同一位置進(jìn)行試驗(yàn)，前2次因重物質(zhì)量選擇及時(shí)間測(cè)量方式等不嚴(yán)謹(jǐn)，導(dǎo)致測(cè)量誤差較大，通過改善測(cè)量時(shí)間方式、高度測(cè)量方式及重物運(yùn)動(dòng)軌跡影響，屢次采樣繼續(xù)進(jìn)行測(cè)量試驗(yàn)后得到結(jié)果總誤差在1%左右，測(cè)試結(jié)果如表1所示。圖5記時(shí)邏輯圖表1測(cè)量結(jié)果分析表4、試驗(yàn)研究結(jié)論通過本次研究，得出如下結(jié)論：在探尋求索電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量方式方法的技術(shù)上，結(jié)合實(shí)際資源，采用重物落體法進(jìn)行了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量并采用采用單片機(jī)觸點(diǎn)計(jì)時(shí)方式方法，計(jì)時(shí)更精到準(zhǔn)確無人為誤差，減小誤差的主要途徑是盡量創(chuàng)造良好的測(cè)試條件并進(jìn)行屢次重復(fù)測(cè)量取平均值。通過不同重量標(biāo)準(zhǔn)塊屢次采樣測(cè)量，最終計(jì)算結(jié)果與實(shí)際數(shù)值誤差僅在1%左右，進(jìn)而得出電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量準(zhǔn)確測(cè)量的試驗(yàn)方式方法。以下為參考文獻(xiàn)[