转矩脉动加振机
  用途:发动机脉动模拟、旋转机械测试


概 述
UNICO 2400 系列 AC 矢量变频器可提供发动机转矩脉动模拟所需之高动态转矩响应。“发动机转矩脉波模拟”提供转矩脉波之输出,此转矩脉波可重现符合特定发动机特征的扭力振动。此种方法已应用于汽车驱动线及附属零件之 NVH测试(噪音, 振动及耐苛性)。可取代内燃机发动机从事零件试验,不仅为汽车零件提供更大的试验弹性并大幅缩短试验设备及程序之开发时间。

本系统亦适用于回转体共振测试,例如轴承、减速机、离合器、刹车、连轴器、泵、风扇、空气压缩机等。


AC 矢量变频器动态响应

发动机转矩之主要成份发生于爆发频率之倍频。愈高倍数频率其振幅、能量愈低,因此大于三倍爆发频率的倍数频率可予以忽略。例如,运转于 6,000 rpm 之六汽缸V6发动机,爆发频率为 300 Hz。第二、三倍爆发频率分别为 600 Hz 及 900 Hz。发动机转矩脉动加振机须有能力准确投入此频率范围的转矩脉动以重现发动机的转矩特征,UNICO 变频器高频宽数位式电流调节技术可提供最佳模拟的试验平台。

测 试 方 法

2400 系列 AC 矢量变频器可输出最高 1,500 Hz 频率之正弦波形转矩曲线。除非特别说明, PWM 切换频率为 12 kHz。

脉波频率响应

于 200 Hz 及 1,000 Hz(如右图) 频率下所做之脉波响应测试,指令及计测结果比较,振幅及相位误差很小,1,000 Hz 以下振幅误差仅为 3.6%;相位落后在 200 Hz 时仅为 6°, 在1,000 Hz 时为 31°。

以频谱仪量测1,500 Hz以下脉波频率的振幅及相位响应, 结果显示振幅及相位误差很小。


Feed Forward 补偿

Feed forward 技术可用来补偿振幅及相位落后,减少误差。

切 换 频 率

变频器之动态响应与马力数无关,所以以上结果适用于各马力数。但实际上高马力变频器之切换频率有下降倾向。所以 1,000 Hz 以下之转矩脉波频率,振幅及相位响应于下列切换频率量测:6 kHz,8 kHz,10 kHz 及 12 kHz。于该频率范围,振幅误差小于 2%, 相位误差小于 1°。较低的切换频率虽然仍能产生低平均振幅及相位误差,涟波转矩量子化效应却开始扭曲响应。这在较高的转矩脉波频率最为明显,振幅指令容易变低而仍在马达动态响应极限。在 6 kHz 切换频率时,200 Hz 及 1,000 Hz 的响应。平均振幅响应类似切换频率为 12 kHz 时,但在 1,000 Hz 的场合,转矩涟波的增加明显。

通常软体更新速率及 PWM 切换频率至少须为最大转矩脉波频率之六倍,以避免明显的量子化效应。在某些场合,也许需要较高的比值以更进一步减低涟波转矩。

马达动态响应

任何 AC 或 DC 马达之动态响应会限制于给予脉波频率之转矩振幅。此限制系建立于马达电路参数及驱动电压。于给予操作点,转矩脉波振幅与频率之乘积近似常数。然而,操作速度及平均 DC 转矩之改变对于某给予频率下,可达到之脉波振幅有复杂之影响。很幸运地, UNICO 已有正确的分析工具以解决此问题。

转矩步阶响应也受这些同样的马达拘束影响。步阶响应时间为变频器响应及马达 slew time 之组合。使用高 slew-rate 的马达,2400 对由 -100% 至 +100% 额定转矩的步阶,其总步阶时间可达 350 微秒。大多数标准马达之步阶响应时间为几个毫秒。

惯 性 模 拟

当马达输入惯性与模拟之发动机惯性不合时,可使用 UNICO 惯性模拟功能。用户指明欲模拟之惯性量,变频器调整转矩指令,使得其响应犹如马达具有我们所要的惯性。

转 矩 估 算

2400 内有转矩估算功能,可省却昂贵,机械连结复杂的转矩量测感测器。2400 系根据马达电流及电压精确计算转矩。

产生转矩曲线

2400 可由内部产生转矩曲线,频率与轴速度同步,相位与轴位置同步。振幅可由内部设定或由外部信号调整以更进一步减小转矩涟波。
规 格
加振周波数 最大 1,500 Hz
加振角加速度 最大 10,000 rad/s2
马达 液冷式感应马达,超低惯性转子
回转数(额定/最大) 2,000/6,000 RPM
加振转矩 10Nm, 25Nm, 50Nm, 100Nm
过负荷耐量 200%, 1分钟
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