轉矩脈動加振機
  用途:引擎脈動模擬、旋轉機械測試


概 述
UNICO 2400 系列 AC 向量變頻器可提供引擎轉矩脈動模擬所需之高動態轉矩響應。「引擎轉矩脈波模擬」提供轉矩脈波之輸出,此轉矩脈波可重現符合特定引擎特徵的扭力振動。此種方法已應用於汽車驅動線及附屬零件之 NVH測試(噪音, 振動及耐苛性)。可取代內燃機引擎從事零件試驗,不僅為汽車零件提供更大的試驗彈性並大幅縮短試驗設備及程序之開發時間。

本系統亦適用於回轉體共振測試,例如軸承、減速機、離合器、剎車、連軸器、泵、風扇、空氣壓縮機等。


AC 向量變頻器動態響應

引擎轉矩之主要成份發生於爆發頻率之倍頻。愈高倍數頻率其振幅、能量愈低,因此大於三倍爆發頻率的倍數頻率可予以忽略。例如,運轉於 6,000 rpm 之六汽缸V6引擎,爆發頻率為 300 Hz。第二、三倍爆發頻率分別為 600 Hz 及 900 Hz。引擎轉矩脈動加振機須有能力準確投入此頻率範圍的轉矩脈動以重現引擎的轉矩特徵,UNICO 變頻器高頻寬數位式電流調節技術可提供最佳模擬的試驗平台。

測 試 方 法

2400 系列 AC 向量變頻器可輸出最高 1,500 Hz 頻率之正弦波形轉矩曲線。除非特別說明, PWM 切換頻率為 12 kHz。

脈波頻率響應

於 200 Hz 及 1,000 Hz(如右圖) 頻率下所做之脈波響應測試,指令及計測結果比較,振幅及相位誤差很小,1,000 Hz 以下振幅誤差僅為 3.6%;相位落後在 200 Hz 時僅為 6°, 在1,000 Hz 時為 31°。

以頻譜儀量測1,500 Hz以下脈波頻率的振幅及相位響應, 結果顯示振幅及相位誤差很小。


Feed Forward 補償

Feed forward 技術可用來補償振幅及相位落後,減少誤差。

切 換 頻 率

變頻器之動態響應與馬力數無關,所以以上結果適用於各馬力數。但實際上高馬力變頻器之切換頻率有下降傾向。所以 1,000 Hz 以下之轉矩脈波頻率,振幅及相位響應於下列切換頻率量測:6 kHz,8 kHz,10 kHz 及 12 kHz。於該頻率範圍,振幅誤差小於 2%, 相位誤差小於 1°。較低的切換頻率雖然仍能產生低平均振幅及相位誤差,漣波轉矩量子化效應卻開始扭曲響應。這在較高的轉矩脈波頻率最為明顯,振幅指令容易變低而仍在馬達動態響應極限。在 6 kHz 切換頻率時,200 Hz 及 1,000 Hz 的響應。平均振幅響應類似切換頻率為 12 kHz 時,但在 1,000 Hz 的場合,轉矩漣波的增加明顯。

通常軟體更新速率及 PWM 切換頻率至少須為最大轉矩脈波頻率之六倍,以避免明顯的量子化效應。在某些場合,也許需要較高的比值以更進一步減低漣波轉矩。

馬達動態響應

任何 AC 或 DC 馬達之動態響應會限制於給予脈波頻率之轉矩振幅。此限制係建立於馬達電路參數及驅動電壓。於給予操作點,轉矩脈波振幅與頻率之乘積近似常數。然而,操作速度及平均 DC 轉矩之改變對於某給予頻率下,可達到之脈波振幅有複雜之影響。很幸運地, UNICO 已有正確的分析工具以解決此問題。

轉矩步階響應也受這些同樣的馬達拘束影響。步階響應時間為變頻器響應及馬達 slew time 之組合。使用高 slew-rate 的馬達,2400 對由 -100% 至 +100% 額定轉矩的步階,其總步階時間可達 350 微秒。大多數標準馬達之步階響應時間為幾個毫秒。

慣 性 模 擬

當馬達輸入慣性與模擬之引擎慣性不合時,可使用 UNICO 慣性模擬功能。用戶指明欲模擬之慣性量,變頻器調整轉矩指令,使得其響應猶如馬達具有我們所要的慣性。

轉 矩 估 算

2400 內有轉矩估算功能,可省卻昂貴,機械連結複雜的轉矩量測感測器。2400 係根據馬達電流及電壓精確計算轉矩。

產生轉矩曲線

2400 可由內部產生轉矩曲線,頻率與軸速度同步,相位與軸位置同步。振幅可由內部設定或由外部信號調整以更進一步減小轉矩漣波。
規 格
加振週波數 最大 1,500 Hz
加振角加速度 最大 10,000 rad/s2
馬達 液冷式感應馬達,超低慣性轉子
回轉數(額定/最大) 2,000/6,000 RPM
加振轉矩 10Nm, 25Nm, 50Nm, 100Nm
過負荷耐量 200%, 1分鐘
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