張文海

(成都精密電機(jī)廠，四川成都610500)

1 什么是伺服電動(dòng)機(jī)的電氣時(shí)間常數(shù)、機(jī)械時(shí)間常數(shù)、機(jī)電時(shí)間常數(shù)?它們之間有何關(guān)系?

伺服電動(dòng)機(jī)(包括交、直流伺服電動(dòng)機(jī))的電氣時(shí)間常數(shù)τe，是指繞組電流由零上升到穩(wěn)態(tài)值63. 2% 所需的時(shí)間，數(shù)值上等于。伺服電動(dòng)機(jī)的電氣時(shí)間常數(shù)通常很小，大都在1 ms 以下。機(jī)械時(shí)間常數(shù)τm，是指電機(jī)具有較大慣量的轉(zhuǎn)子，在恒轉(zhuǎn)矩(不一定是電磁轉(zhuǎn)矩)驅(qū)動(dòng)下，空載轉(zhuǎn)速由t = 0 上升到63. 2% 穩(wěn)定轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間。在數(shù)值上，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電工術(shù)語(yǔ)控制電機(jī)》GB /T 2900．26－2008 規(guī)定的計(jì)算公式為。式中:轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J0、空載轉(zhuǎn)速n0與機(jī)械時(shí)間常數(shù)成正比，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tk與機(jī)械時(shí)間常數(shù)成反比。伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械時(shí)間常數(shù)大都在數(shù)毫秒到數(shù)十毫秒以上。

但應(yīng)用時(shí)，除了上述電氣時(shí)間常數(shù)和機(jī)械時(shí)間常數(shù)同時(shí)影響伺服電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性外，機(jī)械特性的非線性度、阻尼參數(shù)等因素也會(huì)影響動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性，而且這種影響不可忽視，故應(yīng)用中常用機(jī)電時(shí)間常數(shù)τ 來(lái)反映這種綜合影響。機(jī)電時(shí)間常數(shù)的定義:在額定勵(lì)磁條件下，伺服電動(dòng)機(jī)控制繞組加階躍額定電壓，空載轉(zhuǎn)速?gòu)臅r(shí)間t = 0 上升到63．2% 穩(wěn)定轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間。

可以看出，機(jī)械時(shí)間常數(shù)與機(jī)電時(shí)間常數(shù)的定義基本相同。不同的是，機(jī)械時(shí)間常數(shù)沒(méi)有考慮電磁參數(shù)、阻尼參數(shù)變化對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響，是設(shè)計(jì)指標(biāo)。而機(jī)電時(shí)間常數(shù)則包含了這種綜合影響，所以它是應(yīng)用指標(biāo)。故若無(wú)特殊說(shuō)明，伺服電動(dòng)機(jī)的時(shí)間常數(shù)，則通常是指機(jī)電時(shí)間常數(shù)而不是機(jī)械時(shí)間常數(shù)。盡管如此，由于伺服電動(dòng)機(jī)的電氣時(shí)間常數(shù)一般很小，可以忽略不計(jì)，電磁參數(shù)、阻尼參數(shù)變化的影響也不是很大，測(cè)試和應(yīng)用中反映出的機(jī)電時(shí)間常數(shù)，主要還是機(jī)械時(shí)間常數(shù)。技木標(biāo)準(zhǔn)中機(jī)電時(shí)間常數(shù)之所以可以用同一機(jī)械時(shí)間常數(shù)公式計(jì)算，正是在這一條件下成立的。即忽略了機(jī)械特性非線性度，忽略了阻尼參數(shù)變化對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響，計(jì)算值是機(jī)電時(shí)間常數(shù)的近似值。實(shí)際值還是要在控制繞組加階躍額定電壓真實(shí)測(cè)試。

但需要說(shuō)明的是，另一種特殊的伺服電動(dòng)機(jī)，即直流力矩電動(dòng)機(jī)(伺服電動(dòng)機(jī)與執(zhí)行電動(dòng)機(jī)兩者合而為一)，由于它采用了徑長(zhǎng)比很大的“盤(pán)式”結(jié)構(gòu)，一般堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩很大，空載轉(zhuǎn)速很低，所以機(jī)械時(shí)間常數(shù)通常較小，而電氣時(shí)間常數(shù)反而較大，且隨著機(jī)座號(hào)的增大，機(jī)械時(shí)間常數(shù)不斷減小，電氣時(shí)間常數(shù)不斷增大，兩者對(duì)電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)響應(yīng)快速性的影響都很大，故測(cè)試永磁直流力矩電動(dòng)機(jī)時(shí)，既要測(cè)電樞電感、電樞電阻，以計(jì)算電氣時(shí)間常數(shù);又要測(cè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以計(jì)算機(jī)械時(shí)間常數(shù)，機(jī)電時(shí)間常數(shù)可視為兩者之和，因此永磁直流力矩電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)一般不專門(mén)測(cè)試，且因起動(dòng)電流大，測(cè)試也較困難。

2 高速電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器減速后，同樣可獲得低速大轉(zhuǎn)矩，為什么機(jī)械時(shí)間常數(shù)一般比永磁直流力矩電動(dòng)機(jī)大?

減速器具有放大轉(zhuǎn)矩的功能，放大倍數(shù)近似等于減速比。而減速器在具有放大轉(zhuǎn)矩的同時(shí)，也具有放大慣性矩的能力，放大倍數(shù)為減速比的平方。這是因?yàn)?，慣性矩與半徑的平方成正比，而減速器的減速比則等于半徑增加的倍數(shù)。這樣，經(jīng)減速器減速后的直流伺服電動(dòng)機(jī)慣性矩─力矩之比，將遠(yuǎn)大于永磁直流力矩電動(dòng)機(jī)的慣性矩─力矩之比。因慣性矩與機(jī)械時(shí)間常數(shù)成正比，所以高速電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器減速后，機(jī)械時(shí)間常數(shù)一般比永磁直流力矩電動(dòng)機(jī)大。

3 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電工術(shù)語(yǔ)控制電機(jī)》中，直流伺服電動(dòng)機(jī)與交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械時(shí)間常數(shù)計(jì)算公式為什么不一樣?

兩者的物理實(shí)質(zhì)完全一樣。即伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J0、空載轉(zhuǎn)速n0與機(jī)械時(shí)間常數(shù)τm成正比，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tk與機(jī)械時(shí)間常數(shù)τm成反比，。計(jì)算公式不一樣，是因?yàn)楦髯园床煌奶攸c(diǎn)計(jì)算更為方便。

很顯然，交流伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J0，空載轉(zhuǎn)速n0，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tk測(cè)試都很方便，故計(jì)算τm很方便。

兩公式物理意義完全一樣。但直流伺服電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ke測(cè)試比起動(dòng)轉(zhuǎn)矩測(cè)試更方便，，測(cè)出了Ke，KT= 9．55Ke，TK= 9．55KeI，所以計(jì)算τm更方便。

［1］ 張文海．永磁直流力矩電動(dòng)機(jī)問(wèn)答［J］．微特電機(jī)，2008(8):61－62．