电力传动中的扭振及振动抑制研究

刘娜

摘 要：传动系统中发生的扭振现象会引起整个控制系统的不稳定，不仅会加剧系统内的各处结合装置的磨损，还会影响系统的正常性能输出，这将会导致传动系统的机械性能不断恶化，最终会直接影响到系统的使用寿命。如何有效避免或降低扭振，是行业目前存在的一大课题。

关键词：扭振;扭矩测量;谐振频率;多质量体系;振动抑制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.106

1 引言

随着科学技术的进步和发展，电力传动系统应用于各种设备中。很多人应该也都发现了，在很多电力传动系统中，其扭矩都存在着一定的振动现象。扭振的存在，会使得电机转速和转矩产生脉动，从而影响到整个电气系统的稳定性，对系统的动态性能起着抑制的作用，从而直接影响到产品的品质和使用时的舒适感。当扭振达到一定程度时，会破坏系统的平衡结构。本文首先从电气传动系统的模型展开，进一步从理论上来分析扭振发生的机理，以及探讨抑制扭振的相关方法。

2 系统模型

扭振现象一般广泛存在于多质量的系统中，因此，本文构建双质量惯性量的结构作为本文要讨论的系统模型。所谓的双质量，即意味着两个不同的质量体系，中间由刚性较低的部件进行连接，本文要探讨的系统模型，连接两处不同质量体系的是弹簧。弹簧的左边是电机以及相关从属零部件部分，右边为负载相关的部分，这两部分组成的梁惯性量的结构模型如下图1所示，将这两惯性量系统结构以方块结构块的形式表现出来，如图2所示。

在实际的电力传动系统中阻尼系数是非常小的，因此，系统阻尼系数和负载阻尼系数一般忽略不计，通过图2的系统方块结构块模块可以算出电机转速到电机端电磁的转矩的传递函数，从而可以算出该系统的扭矩的频率，并可以进行相关的分析。

3 扭振机理

为了更好地说明扭振产生的机理，我们可以对该系统进行模拟法分析，即将该双质量系统比作是电路图，电感代表着系统中的弹性轴，电容代表着惯量，电阻代表着阻尼，电压代表着角速度，电源代表着转矩。根据该等效关系，可以得到的等效图如图3所示。

4 扭振抑制

由于扭振的存在，会直接导致系统中出现谐振，使得电力传动系统无法正常工作，严重的甚至会造成设备的故障。同时，对于系统中的电机而言，谐振的出现，会使得电机的附加损耗和转矩增加，最终，直接影响到电机的使用寿命，因此，对扭振进行有效地抑制，是降低损耗、提高电机使用寿命的有效方法之一，我们从以下两种抑制方法展开探讨：

4.1 采用陷波滤波器

陷波滤波器，可以在某一个频率点对输入信号进行迅速地衰减，从而使得输出频率中该频率信号被过滤掉。它是一种比较特殊的带阻滤波器，在理想的情况下，它的阻带只有一个频率点，因此，又称为点阻滤波器。对于一个理想的点阻滤波器的响应频率而言，它要消除的是信号频率上的某个点，让其值变为0，而在其他时段的频率为1。依托模拟低通为设计原型，通过模拟频率带阻变换法，利用双先行变换法将前面所设计的带阻滤波器数字化。

4.2 在传动系统的曲轴自由端加装阻尼扭振减振器

通过研究发现，在减振器的惯性量比、定调比为定值时，在不同轴频率比的情况下阻，减振器的阻尼比和扭转振幅放大系数的关系如图4所示。

在轴系的频率0.7以内时，扭转振幅放大系数和减振器阻尼比是正的关系，而在频率为1时，此时的扭转振幅放大系数曲线的减幅最大。说明在阻尼比选取较小值时（图4中大约为0-0.2之间），该区域对于扭转振幅放大系数的影响最大。因此，开发出合适的阻尼扭振减震器，考虑阻尼比参数与轴的扭转振幅放大系数之间的关系，可以达到较为理想的扭振抑制效果。

5 结语

电气传动系统中出现的扭振给系统带来的波动，以及對于品质的影响，会最终影响到设备的寿命。基于此，我们上文也提出了两种扭振的抑制方法，也看到了方案的实施有效性。在实际使用过程中，要根据系统的使用用途、以及系统本身的特性来决定哪种方案更加合适。该两种方案从经济成本的角度来说也不尽相同，因此，要综合考虑再做判断。

参考文献：

[1]刘增民.板带轧机机电直流传动系统扭振模型[J].山东工业技术，2015，08（57）：162.

[2]杨影，余衍谱，黄锐，韩冰.电力传动中的扭振及振动抑制[J].上海大学学报（自然科学版），2017，4（23-2）：225-234.