关键词：
扭转振动
旋转角加速度
标定
椭圆度
谷峰互补
摘要：
电力拖动系统是指由电动机作为原动机,通过传动装置拖动机械负载运转,从而完成生产任务的系统,在航空、化工、纺织等多个领域得到了广泛的应用。电力拖动系统运行时,当原动机的驱动转矩与机械负载的阻转矩不平衡时,系统就会存在扭转振动,继而引起振动和噪声。此外,扭转振动还会缩短原动机转子及传动装置的寿命。因此,研究可以直接测量电力拖动系统扭转振动的新方法,剖析系统产生扭转振动的原因,揭示相关参数对系统扭转振动的影响机理,探究系统扭转振动的变化规律,从而提出抑制系统扭转振动的新方法,具有重要的科学意义和工程应用价值。根据电力拖动系统的运动学方程可知,系统的扭转振动会以旋转角加速度波动的形式体现出来。基于此,本文提出了一种基于电磁感应原理的,能够直接、实时、客观的检测旋转角加速度的新方法,阐述了旋转角加速度的测量原理,建立了对应的有限元模型,通过仿真验证了旋转角加速度测量原理的可行性,依据该方法设计了新结构旋转角加速度传感器,完成了传感器样机的制作。由于旋转角加速度传感器的测量精度很大程度上依赖于标定的准确度,因此,本文提出了一种的角加速度标定方法,阐述了标定方法的工作原理,根据该方法研制了旋转角加速度传感器标定系统,对传感器进行了标定实验,得到了传感器的性能指标。以研制的旋转角加速度传感器为硬件支撑,对两种电力拖动系统的扭转振动进行了检测,剖析了系统扭转振动的产生原因,研究了系统扭转振动的变化规律,揭示了相关参数对系统扭转振动的影响机理,最后提出了相应的扭转振动抑制方法,具体内容如下:1.阐述了单相电容运转电动机的工作原理,建立了单相电容运转电机拖动系统的数学模型;对拖动系统在空载、改变负载和改变电容多种工况下的扭转振动进行了检测,经过分析表明定子旋转磁场的椭圆度变化是造成系统存在扭转振动的主要原因;通过等效电路和相量图对系统多种工况下的扭转振动变化规律进行了剖析,得到了负载、电容参数变化对旋转磁场椭圆度的影响机理;优化了抑制单相电容运行电机拖动系统扭转振动的方法,通过负载和可调电容和合理匹配,达到改善定子旋转磁场椭圆度,抑制系统扭转振动的目的。2.介绍了罩极式单相异步电动机的工作原理,提出了一种新的计算定子旋转磁场椭圆度的方法;采用双旋转磁场理论对定子产生的磁势进行了分析,得到了罩极式单相异步电机拖动系统的等效电路;推导了气隙旋转磁场和转子电流的数学表达式,获取了罩极式单相异步电动机的电磁转矩表达式,表明电磁转矩中包含二倍频振动转矩分量;对罩极式单相异步电机拖动系统运行时的扭转振动进行了检测,验证了上述理论的正确性;根据罩极式单相异步电机拖动系统扭转振动的产生机理和变化规律,提出了一种基于谷峰互补叠加原理的扭转振动抑制新方法;研制了新型罩极式单相异步电机样机,通过实验表明由新结构罩极式单相异步电机的二倍频振动转矩分量产生的扭转振动,能够得到有效的抑制。本文研制的旋转角加速度传感器,可以直接测量拖动系统的瞬时扭转振动,且安装简单,测量时只需和被测系统同轴相连即可;提出的旋转角加速传感器标定系统,可产生重复的旋转角加速度激励,能够实现旋转角加速度量值的直接溯源;提出的电机扭转振动抑制方法,属于机理控制的范畴,无需复杂的控制算法及硬件电路,经济实用,且抑制效果明显。
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