電機(jī)測(cè)試如何選擇負(fù)載制動(dòng)器

　　摘要：目前市場(chǎng)上電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的電機(jī)負(fù)載種類(lèi)繁多，例如電渦流制動(dòng)器負(fù)載、磁粉制動(dòng)器負(fù)載、磁滯制動(dòng)器負(fù)載、伺服電機(jī)負(fù)載等。考慮到被測(cè)電機(jī)的特性及成本，選擇一款合適的負(fù)載至關(guān)重要，那么如何才能選擇一款合適的電測(cè)試平臺(tái)的負(fù)載呢?

　　首先我們來(lái)了解各類(lèi)型的負(fù)載制動(dòng)器的特性及工作原理：

　　一、 電渦流制動(dòng)器

　　電渦流制動(dòng)器是目前國(guó)內(nèi)先進(jìn)的模擬加載設(shè)備，主要用來(lái)模擬各種動(dòng)力裝置的輸出性能，由感應(yīng)盤(pán)、電樞和勵(lì)磁部分等組成。當(dāng)與轉(zhuǎn)子同軸裝配的勵(lì)磁線圈通直流電時(shí)，其產(chǎn)生的磁通經(jīng)電樞體、渦流環(huán)、氣隙和轉(zhuǎn)子形成閉合回路。由于轉(zhuǎn)子外圓面被制成有均勻分布的齒和槽，故在氣隙和電樞體或渦流環(huán)表面產(chǎn)生疏密相間的磁場(chǎng)，因此，轉(zhuǎn)子被拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞體和渦流環(huán)內(nèi)表面上任何一點(diǎn)的磁場(chǎng)產(chǎn)生叫變變化，由此感應(yīng)出“渦流”，在“渦流”和磁場(chǎng)的耦合作用下，在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生制動(dòng)力矩。由于電樞體是通過(guò)機(jī)座固定在底板上的，故轉(zhuǎn)子無(wú)法帶動(dòng)電樞體旋轉(zhuǎn)，動(dòng)力機(jī)械輸出的功率被轉(zhuǎn)化成電樞體和渦流環(huán)上“渦流”產(chǎn)生的等值熱量，熱量由進(jìn)入電樞體和渦流環(huán)冷卻水槽中持續(xù)不斷的冷卻水及渦流制動(dòng)器自身消耗。對(duì)應(yīng)于勵(lì)磁線圈每一恒定的電流，電渦流制動(dòng)器均表現(xiàn)出一條轉(zhuǎn)矩依附于轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定制動(dòng)特性曲線，通過(guò)改變勵(lì)磁電流的大小，即可以改變制動(dòng)力矩。

　　圖1電渦流制動(dòng)器

　　二、磁粉制動(dòng)器

　　磁粉制動(dòng)器是采用磁粉作介質(zhì)，在通電情況下形成磁粉鏈來(lái)傳遞扭矩的新型傳動(dòng)元件，由內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子、激磁線圈及磁粉組成。當(dāng)線圈不通電時(shí)，主動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，由于離心力的作用，磁粉被甩在主動(dòng)轉(zhuǎn)子的內(nèi)壁上，磁粉與從動(dòng)轉(zhuǎn)子之間沒(méi)有接觸，主動(dòng)轉(zhuǎn)子空轉(zhuǎn)。接通直流電源后產(chǎn)生電磁場(chǎng)，工作介質(zhì)磁粉在磁力線作用下形成磁粉鏈，把內(nèi)轉(zhuǎn)子、外轉(zhuǎn)子聯(lián)接起來(lái)，從而達(dá)到傳遞、制動(dòng)扭矩的目的。在同滑差無(wú)關(guān)的情況下能夠傳遞一定的轉(zhuǎn)矩，具有響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)污染、無(wú)噪音、無(wú)沖擊振動(dòng)節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。

　　圖2磁粉制動(dòng)器

　　三、磁滯制動(dòng)器

　　磁滯制動(dòng)器由轉(zhuǎn)子和定子磁極兩大部分組成，轉(zhuǎn)子由特殊的磁滯材料制成，定子磁極中有一定的間隙，轉(zhuǎn)子在間隙中轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)線圈通電時(shí)，間隙中產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁滯效應(yīng)。當(dāng)磁滯轉(zhuǎn)子在外力作用下克服磁滯力轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生額定的扭矩。扭矩僅與激磁電流大小有關(guān)，與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，實(shí)現(xiàn)非接觸的扭矩傳輸。

　　圖3 磁滯制動(dòng)器

　　四、伺服電機(jī)

　　伺服電機(jī)分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類(lèi)，可高精確控制速度、位置，將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。其主要特點(diǎn)是，當(dāng)電壓信號(hào)為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。

　　圖4 伺服電機(jī)

　　五、如何選型

　　其次還需根據(jù)被測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩、功率等屬性及上述負(fù)載適合場(chǎng)景來(lái)選擇合適的負(fù)載。各類(lèi)型的負(fù)載都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)：

　　1.電渦流，適合高速大功率場(chǎng)合，5kw下最高轉(zhuǎn)速可支持30,000rpm;

　　2.磁粉制動(dòng)，價(jià)格低廉，主要應(yīng)用于低速大功率場(chǎng)合，但需要考慮散熱問(wèn)題，精度較低，會(huì)有零飄;

　　3.磁滯制動(dòng)器，適合高速小功率場(chǎng)合，扭矩范圍很小，5kw左右的功率最高只能測(cè)到30N.m;

　　4.伺服電機(jī)，適合精度要求高的場(chǎng)合，測(cè)試可重復(fù)性好，支持饋能式負(fù)載。轉(zhuǎn)速和扭矩的范圍不固定，可根據(jù)被測(cè)電機(jī)的特性可以靈活挑選對(duì)應(yīng)的負(fù)載電機(jī)。

　　故根據(jù)被測(cè)電機(jī)的測(cè)試需求，通過(guò)比較各類(lèi)型負(fù)載的特性來(lái)決定選擇哪一款負(fù)載制動(dòng)器。