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    張文海，譚宏松

    (成都精密電機廠，四川成都610500)

  0引言

    在力矩機工作系統(tǒng)中，阻尼系數(shù)是保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作的重要條件。國家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB一971A一99《永磁式直流力矩電動機通用規(guī)范》規(guī)定，永磁直流力矩電動機粘性阻尼系數(shù)F₀用式(1)計算：

式中：F₀——粘性阻尼系數(shù)(N·m／r·min^-1)；K_e——反電勢系數(shù)(V／r·min^-1)；m_i——轉(zhuǎn)矩靈敏度 (N·m／A)；R_a——電樞電阻(Ω)。式(1)的物理意義如何?它怎樣在影響系統(tǒng)的工作?本文則是對這一問題的認(rèn)識。

  1國家標(biāo)準(zhǔn)對粘性阻尼系數(shù)、阻尼系數(shù)的解釋

    國標(biāo)GB／T2900·26—94《電工術(shù)語·控制電機》分別對直流伺服電機的粘性阻尼系數(shù)和阻尼系數(shù)作了如下解釋：粘性阻尼系數(shù)F₀，是電機轉(zhuǎn)速增加△w引起轉(zhuǎn)矩F降△，的度量，它可表示為：

阻尼系數(shù)F₁，表示電機阻尼效應(yīng)的程度，對于直流伺服電動機，可表示為：

  

以上解釋，很難讓人準(zhǔn)確把握什么是粘性阻尼系數(shù)?什么是阻尼系數(shù)?而美國公司對永磁直流力矩電機的阻尼系數(shù)是作如F闡述的：

    永磁直流力矩電機的總阻尼系數(shù)為F

F= F₀ + F₁

  其中：F₀為電機反電勢引起的轉(zhuǎn)矩下降，

  當(dāng)R_s→o即電流內(nèi)阻R_s為零時，

Fl為旋轉(zhuǎn)損耗，即渦流損耗所損失的力矩，它正比于轉(zhuǎn)速，F(xiàn)₁約為F₀的百分之三～百分之五，故總阻尼系數(shù)，表示電機單位轉(zhuǎn)速損失的力矩。

    對照兩種解釋，顯然后者準(zhǔn)確。所謂粘性阻尼系數(shù)F₀，就是永磁直流力矩電機單位轉(zhuǎn)速反電勢所損失的力矩；而阻尼系數(shù)F，則是F₀= F₁，其中F₁為旋轉(zhuǎn)損耗所損失的力矩。《電工術(shù)語》的解釋經(jīng)此對照就比較明確了。

2對粘性阻尼系數(shù)的理解

    一個動態(tài)系統(tǒng)對阻尼非常重要，否則系統(tǒng)很不穩(wěn)定。永磁直流力矩電機因其自身有阻尼作用，在不外加阻尼條件下，系統(tǒng)工作也較穩(wěn)定(當(dāng)自身阻尼不夠時，也須外加測速機阻尼等)。那么，粘性阻尼怎樣在影響系統(tǒng)工作的?從直流電動機理論知道，當(dāng)直流電動機通電旋轉(zhuǎn)時，它既是一臺電動機，也是一臺發(fā)電機。電動機，電流產(chǎn)生的是驅(qū)動力矩，發(fā)電機，電流產(chǎn)生的是阻滯力矩，但它與電動機的驅(qū)動力矩方向始終相反，所以具有阻尼作用。例如，當(dāng)電動機因通電起動增速時，發(fā)出的反電勢隨之增高，電源電壓與反電勢之差減小，電流減小，電機驅(qū)動力矩減小，峰值加速度減小，電機減速，由此達到阻尼目的，使電機很快穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速下。當(dāng)電動機因某種原因發(fā)生擾動時，從電勢的阻滯力矩因和攏動方向始終相反，攏動便可很快抑止下來，由此達到阻尼目的。這就是《電工術(shù)語·控制電機》中解釋的直流伺服電機的阻尼效應(yīng)。

    那么，為什么稱它為粘性阻尼?粘性阻尼系數(shù)和粘性阻尼有何差別?所謂粘性阻尼，它應(yīng)是與轉(zhuǎn)速有關(guān)的阻尼。這樣，由反電勢阻滯力矩阻尼F₀，和由旋轉(zhuǎn)損耗力矩阻尼下，都是粘性阻尼，它們都和轉(zhuǎn)速有關(guān)。F₀前面已經(jīng)談了，這里再談?wù)勑�轉(zhuǎn)損耗力矩阻尼F₁。我們知道，直流電機的鐵耗是和轉(zhuǎn)速平方成正比的，電機轉(zhuǎn)速越高，電樞鐵心的磁化頻率也越高，渦流損耗和磁滯損耗也就越大，因損耗產(chǎn)生的阻滯力矩也越大。網(wǎng)這個阻滯力矩始終和驅(qū)動力矩方向相反，所以也有阻尼作用，且和轉(zhuǎn)速有關(guān)，故也是粘性阻尼。因F₁一般很小，它只占F₀的百分之三～百分之五，故測試中只測F₀就可以了。所謂粘性阻尼系數(shù)，它是一種對粘性阻尼的度量方法，即單位轉(zhuǎn)速反電勢產(chǎn)生的阻尼力矩大小，計算公式為式(1)。

    例如，直流電動機的粘性阻尼力矩為

  

粘性阻尼系數(shù)F₀則為

  

  

等于式(1)。式(1)的物理實驗則是單位轉(zhuǎn)速的電勢產(chǎn)生的阻尼力矩。《電工術(shù)語·控制電機》

說粘性阻尼系數(shù)是電機轉(zhuǎn)速增加△w，引起轉(zhuǎn)矩下降△T的度量，美國公司說粘性阻尼系數(shù)F₀是由單位轉(zhuǎn)速損失的力矩，它們是從另一個側(cè)面對粘性阻尼系數(shù)的描述，是問接的。綜上所述，永磁直流力矩電機的粘性阻尼系數(shù)和阻尼系數(shù)應(yīng)作這樣描述：

    粘性阻尼系數(shù)，是表征直流電動機單位轉(zhuǎn)速反電勢產(chǎn)生的阻尼力矩大小，計算公式如式(1)所示。阻尼系數(shù)F是F₀與F₁之和，其中F₁。為旋轉(zhuǎn)損耗產(chǎn)生的阻尼力矩，由于它太小，只占F₀的百分之三～百分之五，故實踐中只測F₀。

3粘性阻尼系數(shù)的計算

無論國軍標(biāo)《永磁直流電動桃通用規(guī)范》、國標(biāo)《電工術(shù)語·控制電機》，還是美國公司，粘性阻尼系數(shù)的計算方法均采用式(1)。式(1)初看物理概念模糊，但將其進行簡單變換后，物理概念便明了了，變換后的公式為

式(2)中 ，表示電機單位轉(zhuǎn)速下反電勢產(chǎn)生的電流； 表示電流乘轉(zhuǎn)矩靈敏度m_i，得到的便是電機單位轉(zhuǎn)速下反電勢產(chǎn)生的阻尼力矩大小，符合粘性阻尼系數(shù)定義。

另外，也可用下式計算粘性阻尼系數(shù)

式中：T_k為峰值堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩(N·m)；n₀為****空載轉(zhuǎn)速(r／rain)。它的物理概念同樣符合粘性阻尼系數(shù)的物理實質(zhì)。只是式(3)的計算結(jié)果一般比(2)式稍小，這是因T_k一般為定電流測試，它的定電壓測試稍小引起的，而n₀則是在定峰值電壓下測試的，二者測試條件不同。

例如，一種J430LYX09永磁直流力矩電機，實測的相關(guān)數(shù)據(jù)為:U₀=70V,I₀=0.36A,n₀=29.4r／min，I_k=27. 5A,T_k=617N·m,R_a=2.25Ω,K=(U₀-I₀R_a)/n₀=2.35r/min^-1,m=T_K /I_K=22.4N·m／A。根據(jù)以E數(shù)據(jù)，按式(2)計算該電機的粘性阻尼系數(shù)為：F₀=2l .06 N·m/r·min^-1；按式(3)計算該電機的粘性阻尼系數(shù)為：F₀=20. 99N·m／r·min^-1。式(2)與式(3)計算出的F₀)近似相等，說明式(2)與式(3)均正確，式(3)的計算結(jié)果比式(2)稍小，則由上述原因引起。

4結(jié)語

粘性阻尼系數(shù)是永磁直流力矩電機的一項重要特征，它在電機運動過程中必然存在，且對系統(tǒng)穩(wěn)定非常有利。弄清粘性阻尼系數(shù)的物理意義以及測試計算方法，以利更好地使用永磁直流力矩電機。