对永磁直流力矩电动机粘性阻尼系数的认识

    张文海，谭宏松

    (成都精密电机厂，四川成都610500)

  0引言

    在力矩机工作系统中，阻尼系数是保证系统稳定工作的重要条件。国家军用标准GJB一971A一99《永磁式直流力矩电动机通用规范》规定，永磁直流力矩电动机粘性阻尼系数F₀用式(1)计算：

式中：F₀——粘性阻尼系数(N·m／r·min^-1)；K_e——反电势系数(V／r·min^-1)；m_i——转矩灵敏度 (N·m／A)；R_a——电枢电阻(Ω)。式(1)的物理意义如何?它怎样在影响系统的工作?本文则是对这一问题的认识。

  1国家标准对粘性阻尼系数、阻尼系数的解释

    国标GB／T2900·26—94《电工术语·控制电机》分别对直流伺服电机的粘性阻尼系数和阻尼系数作了如下解释：粘性阻尼系数F₀，是电机转速增加△w引起转矩F降△，的度量，它可表示为：

阻尼系数F₁，表示电机阻尼效应的程度，对于直流伺服电动机，可表示为：

  

以上解释，很难让人准确把握什么是粘性阻尼系数?什么是阻尼系数?而美国公司对永磁直流力矩电机的阻尼系数是作如F阐述的：

    永磁直流力矩电机的总阻尼系数为F

F= F₀ + F₁

  其中：F₀为电机反电势引起的转矩下降，

  当R_s→o即电流内阻R_s为零时，

Fl为旋转损耗，即涡流损耗所损失的力矩，它正比于转速，F₁约为F₀的百分之三～百分之五，故总阻尼系数，表示电机单位转速损失的力矩。

    对照两种解释，显然后者准确。所谓粘性阻尼系数F₀，就是永磁直流力矩电机单位转速反电势所损失的力矩；而阻尼系数F，则是F₀= F₁，其中F₁为旋转损耗所损失的力矩。《电工术语》的解释经此对照就比较明确了。

2对粘性阻尼系数的理解

    一个动态系统对阻尼非常重要，否则系统很不稳定。永磁直流力矩电机因其自身有阻尼作用，在不外加阻尼条件下，系统工作也较稳定(当自身阻尼不够时，也须外加测速机阻尼等)。那么，粘性阻尼怎样在影响系统工作的?从直流电动机理论知道，当直流电动机通电旋转时，它既是一台电动机，也是一台发电机。电动机，电流产生的是驱动力矩，发电机，电流产生的是阻滞力矩，但它与电动机的驱动力矩方向始终相反，所以具有阻尼作用。例如，当电动机因通电起动增速时，发出的反电势随之增高，电源电压与反电势之差减小，电流减小，电机驱动力矩减小，峰值加速度减小，电机减速，由此达到阻尼目的，使电机很快稳定在某一转速下。当电动机因某种原因发生扰动时，从电势的阻滞力矩因和拢动方向始终相反，拢动便可很快抑止下来，由此达到阻尼目的。这就是《电工术语·控制电机》中解释的直流伺服电机的阻尼效应。

    那么，为什么称它为粘性阻尼?粘性阻尼系数和粘性阻尼有何差别?所谓粘性阻尼，它应是与转速有关的阻尼。这样，由反电势阻滞力矩阻尼F₀，和由旋转损耗力矩阻尼下，都是粘性阻尼，它们都和转速有关。F₀前面已经谈了，这里再谈谈旋转损耗力矩阻尼F₁。我们知道，直流电机的铁耗是和转速平方成正比的，电机转速越高，电枢铁心的磁化频率也越高，涡流损耗和磁滞损耗也就越大，因损耗产生的阻滞力矩也越大。网这个阻滞力矩始终和驱动力矩方向相反，所以也有阻尼作用，且和转速有关，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，故测试中只测F0