直線電機產生推力波動危害和其測試方法

        直線電機是一種將電能直接轉換成直線運動機械能，而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置。直線電機對外輸出的量主要是推力，這也是直線電機和旋轉電機的重要的不同點之一。推力對于直線電機的重要性可以與力矩對于旋轉電機的重要性相媲美。由于直線電機的理論、設計、制造和負載及干擾等諸多方面的原因，直線電機必然存在推力波動。推力波動能夠反映直線電機的運行是否平穩，因此，推力波動是直線電機檢測的關鍵指標參數，下面本文主要介紹推力波動測試方法。

一、直線電機產生的推力波動危害

        直線電機產生的推力波動是其應用方面的主要缺陷之一。推力波動會引起震動和噪聲，在低速運行時，電機可能發生共振，運行特性惡化。

        紋波擾動、摩擦擾動、負載阻力變化、端部效應、負載阻力變化、電流時滯諧波、磁阻推力波動等都是直線電機產生推力波動的重要因素。因此，對直線電機的推力波動特性進行精準測試時非常重要的。

二、直線電機推力波動測試方法

1、常規直線電機推力波動測試方法的不足

        常見的推力波動測試系統是使用由滾珠絲杠和直線電機分別拖動的拖板，共軸對拖來測試推力波動。這種旋轉電機通過滾珠絲杠連接直線電機的方法，使機械連接機構的干擾也不可避免的進入了波動的檢測結果中，導致試驗結果往往與預期的有可觀的偏差。

2、新型直線電機推力波動測試解決方案

        新型波動測試解決方案是同一導軌上采用兩個同型號直線電機互為負載，通過對合適條件下所采集的推力信號進行數據處理，最終得到被測直線電機的推力特性。

        由于被測直線電機與陪試直線電機的電氣性能和機械性能相同，此方法避免了旋轉電機運行時引入的轉矩波動，而且用簡單的連接裝置替代滾珠絲杠，很大程度上見笑了機械連接部分的不確定性和擾動，提升了傳遞效率。通過運用合適的控制檢測方法，使兩個電機疊加后的波動處于相同相位下，進而得到被測電機的推力波動。

        檢測系統主要由被測直線電機、陪試直線電機、驅動系統、位置速度檢測裝置、力特性檢測裝置以及數據采集處理模塊組成，其主要組成拓撲圖如下圖所示：

圖1  直線電機測試系統拓撲圖

        試驗中通過固定與連接機構調節兩個直線電機到達待測位置(合適的相對位置，推力呈現比較明顯的正弦波形)，在直線電機的電樞中通電，陪試電機設定為速度環模式，拉動被測電機運行一段距離。通過力傳感器就可以計算對應的位置和速度條件下直線電機所對應的推力，此時推力波動為兩個直線電機推力的疊加。通過對采集的推力數據進行分析處理，可以得到被測直線電機的推力波形，從而求得推力平均值以及推力波動百分比。

        最大靜推力檢測：設定被測電機工作于電流環，對其中兩相繞組用恒流源依次輸入遞增的直流，使陪試電機勻速拖動被測電機，在力傳感器測得的波形中找出最大的峰值點。對不同電流下的峰值描點，依次連線即為推力波動峰值曲線。