永磁正弦无刷直流电动机力矩波动的测量1 引言由于永磁正弦无刷直流电动机系统具有的高力矩性能使其适合在直接驱动中应用，而其力矩中的波动成分(波动力矩)对负载的运行有直接影响，因此对驱动电机波动力矩指标控制较为严格［1～3］。本文针对波动力矩的测量问题，提出了两种测量方法，即平衡式直接测量法和电流式间接测量法。在平衡式直接测量法中,提出了一种不同于一般结构［2，4］的方法，采用电阻应变仪作为力矩传感器，通过恒定负载平衡电机电磁力矩的恒定分量,通过力矩传感器检测波动力矩，并解决了负载力矩要求传感器大量程和波动力矩要求传感器高分辨率的矛盾［4］。在电流式间接测量中，考虑到各相定子电流平方和的波动成分代表了电机的波动力矩，设计了相应的测量装置。为了便于分析，首先给出力矩波动系数 TRF 的定义，力矩波动系数一般定义为波动力矩的峰值 ΔTpp 与平均力矩 T－的比值 (1)2 波动力矩的平衡式直接测量2.1 平衡式直接测量方法的原理与装置 为克服传统直接测量装置的负载力矩要求传感器大量程和波动力矩要求传感器高分辨率的矛盾，设计的波动力矩直接测量装置如图 1所示。将负载接于电机轴的一侧，力矩传感器接在电机轴的另一侧，并使传感器推动一个大飞轮。在这种结构中，可以减小传感器的量程，从而充分利用其分辨率。图 1 平衡式直接测量装置结构Fig.1 Structure of the balanced direct testing bench 系统机械方程式为 (2)式中 TL 为负载力矩；J1 为电机惯量；ω1 为电机转子机械角速度；D1 为电机阻尼系数；Tt 为力矩传感器传递给飞轮的力矩。 负载由磁粉制动器提供，通过控制励磁电流和制动器采用强迫水冷以保持负载力矩 TL 恒定。对于力矩传感器和飞轮组成的机械系统有 (3)式中 J2 为飞轮的转动惯量；ω2 为飞轮角速度；D2 为飞轮阻尼系数。 力矩传感器和飞轮之间采用弹性连接,以保证力矩传感器可以产生形变,输出波动力矩信号。 由式(2)可得 (4) 若电机不存在波动力矩，则电机系统的转速稳定，飞轮和电机以相同的角速度 ωr 旋转，即：ω1＝ω2＝ωr＝const (5) 将式(5)代入式(4)，可得 Tt 为恒值，即输出力矩无波动。将式(3)代入式(2)，可得整个测量装置的机械方程为 (6) 一般情况下，测量装置有飞轮的机械时间常数较大。因此，若电机存在波动力矩，则 ωr 变化很小。由式(4)可知，Te 中的波动成分较完整地反映在 Tt 中，所以通过测量力矩传感器的输出可...
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