微特电机的误差测试

张文海

(成都精密电机厂,四川成都610500)

0 引 言

测量技术中常谈到的是仪器仪表的测量误差和误差表示法。例如绝对误差是指被测量的测量值x与真值A之差Δx。相对误差有三种:一种是实际相对误差YA、是指绝对误差Δx与补测量的实际值A的百分比;另一种是示值相对误差Yx,是指绝对误差Δx与仪器仪表的示值x的百分比;还有一种是满度相对误差Ym,是指绝对误差Δx与仪器仪表满刻度值xm的百分比。满度相对误差又称引用相对误差。仪器仪表的精度等级指的则是这种满度相对误差。绝对误差只能说明测量值偏离实际值的程度,但不能说明测量的准确度,相对误差才能说明测量的准确度。

微特电机误差测试中,也要用相对误差和绝对误差表示产品的误差情况,但它的具体含义与仪器仪表测量有相同之处,也有不同之处,下面以多极旋转变压器的电气误差测量、步进电动机的步距误差测量、交流异步感应电机转速测量分别说明。

1 现行标准中多极旋转变压器电气误差测量为什么要用相对误差表示取代标准绝对误差表示？

绝对误差只说明误差的偏离程度,对产品来说,是制造指标,它反映了产品的制造精度,不是使用指标。相对误差才是使用指标,它说明了相对“基准电气零位”误差偏离的大小,用户一看产品的相对误差值,应用中便可确知会产生多大误差。例如,一台多极旋转变压器电气误差的绝对误差是10″,它是指相对于“基准电气零位”各点实测值与理论值之差中的最大正误差和最大负误差绝对值之和的二分之一。而这10″完全可以由|+10″|+|-10″|或|+20″|+|0|,|0|+|-20″|三种和的二分之一得到,并不违反定义。但如果用相对误差表示,这10″应为±10″,即相对于“基准电气零位”,任何一点的电气误差都不能大于+10″或小于-10″。这样,上述三种情况中,只有第一种情况才能满足要求,第二第三种情况都不能满足要求,因为使用中就可能产生+20″或-20″误差的情况。也就是说,绝对误差合格的电机,相对误差不一定合格,它可能出现两倍绝对误差值的情况,不符合使用要求。

相对误差表示实际对产品提出了更高的要求,只有绝对误差越小,相对误差即使出现两倍绝对误差极端情况也能合格。虽然相对误差表示对产品提出了更高要求,因它符合使用实际,是应用指标,所以现行标准要采用相对误差表示法。

老标准电气误差用绝对误差表示,忽略了用户,只注重制造,所以现行标准对老标准进行了修改。相对误差不但对产品提出了更高要求,而且对测试要求也更严格。因为相对误差表示不能任意选择参考点,必须选择“基准电气零位”作参考点,才能准确反映电机的误差情况,测试也才有重复性,否则测试无重复性。绝对误差表示则不一定要选择“基准电气零位”作参考点,任意选择其它“电气零点”作参考点,测出的绝对误差值也是固定不变的,这便是绝对误差表示的优点。由于相对误差表示误差测试时必须选择“基准电气零位”作参考点,因此相对误差不合格的电机不一定是废品,如果将参考点选在误差位置在中心的电气零点作参考点,一些电机的相对误差是能合格的。方法是重定电机的“基准电气零位”,即将粗机的正弦绕组变余弦绕组,余弦绕组变正弦绕组,且余弦绕组首尾交换。重定“基准电气零位”时,应观察已测的粗机4点误差分配情况,再选择有无适合的电气零点作新的“基准电气零位”。可见现行标准用相对误差表示电气误差,对产品的要求提高了很多。

2 步进电动机累积误差为什么要用绝对误差表示？

步进电动机的误差分步距误差和累积误差两种。步距误差是指步进电动机每一步实际步距角与理论步距角之差,取其一周中步距误差绝对值量大值作为步进电动机的实际步距误差。累积误差是指步进电动机相对于起始位置,每一步转到的角度与理论角度之差,取其一周中每一步最大正和最大负误差绝对值之和作为步进电动机的累积误差。由于累积误差反映的是每一步相对起始点的位置关系,所以又称位置误差。可以看出,步进电动机的步距误差,实际上测的是相对误差,虽然它每一步的参考点不一样,一个参考点只测一步误差,故等效于一周中参考点是固定不变的,测出的相对误差值大小不变,只是不同的起始点,各点的误差符号会发生变化。累积误差则不一样,因步进电动机不象信号电机有固定的“基准电气零位”作参考点,它测试累积误差的起始点是随机的,故测试累积误差无法用相对误差表示,因相对误差不同的参考点测出的误差大小并不一样,测试根本无重复性。绝对误差表示则不同,无论起始参考点如何选择,测出的误差不小是不变的,这正适合步进电动机误差测试起始参考点带有随机性这一特点。虽然这样无法反映电机累积误差使用中的实际大小,但有绝对误差值,也能估计出最大的相对误差值是多少。

3 交流电动机的相对转速与绝对转速有何不同？

交流电动机的同步转速要受电网频率变化的影响。电网频率升高,同步转速升高;电网频率降低,同步转速降低,电动机的实际转速将随电网频率的变化而变化。因此,对于交流电动机来说,就有绝对转速和相对转速之分。绝对转速是指电动机的标准一分钟内的实际转速;相对转速是指电动机相对于标准50 Hz电源频率的转速。当电网频率是标准的50 Hz时,电动机的绝对转速与相对转速相等;当电网频率高于50 Hz时,绝对转速低于相对转速;当电网频率低于50 Hz时,绝对转速高于相对转速。这里反映了如何准确测试交流电动机转速的问题。一些交流电动机,当涉及到转速处于合格与不合格的临界值时,则应考虑用相对转速来作鉴定,即将闪光测速度仪的闸门时间,不用晶体振荡分频获得标准的1 min,而是采用电网频率分频,获得自由伸缩的闸门时间。这样,当电网频率升高,电动机的转速升高时,闸门时间自动缩短,测得的转速仍然是相对于50 Hz的转速,当电网的频率降低电动机转速降低时,闸门时间自动加长,测得的转速仍然是相对于50 Hz的转速,由此可补偿由电源频率变化带来的转速误差,以便对电动机的转速作出正确鉴定。有的闪光测速仪设有50 Hz相对转速测试档,测试交流电动机的转速时,最好选用相对转速测试档,它不会因电网频率变化带来测试误差。若闪光测速仪没有50 Hz相对转速测试档,当遇到电动机转速处于临界不合格状态时,则应对电网频率作鉴定。

4 仪器仪表误差表示与微特电机误差表示有何不同？

仪器仪表的误差表示与电机产品的误差表示基本一致;绝对误差表示误差的偏离程度;相对误差表示准确度。但是,由于电机产品误差测试的一些特殊性,误差表示也有不同的地方:例如相对误差,仪器仪表都用误差百分比表示精度等级。虽然有的电机也用误差百分比表示相对误差,如旋转变压器的正、余弦函数误差,步进电动机的步距误差。但是测试和使用时很不方便,通常还要将误差百分比换算成各点的角度误差。还有一些电机甚至不便用百分比表示相对误差,如多极旋转变压器的电气误差。多极旋转变压器的电气误差,是指电机实际转角与理论电气角之差,且都以“基准电气零位”为基准,转角不断增大,而误差的大小基本不变,之间不存在比例关系,所以电气误差用相对误差表示时不用百分比,而是直接用相对于“基准电气零位”各点的最大正、负误差表示。

另外,仪器仪表的绝对误差,是指测量值与真值之差,且有正、负号。真值一般不易得到,常用高一级的仪表测量值代表真值,但这时不能称真值,而是称实际值。微特电机的绝对误差测量中也没有真值,有的相当于真值,如步进电动机的步距角和位置角(相对于起始点),它是一种理论角度,测试时实际转角与理论角度相减则可得到绝对误差。有的则只有实际值没有理论值,如多极旋转变压器电气误差测试中的理论电气角,它的准确度决定于正切函数电桥绕制的准确度。