CN104792485A - 一种电机阻尼特性识别的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机阻尼特性识别的试验方法，属于电机结构声学设计领域，特别适用于军、民用各类大型电机阻尼特性的试验研究并可作为其仿真计算的参考依据，指导电机振动噪声响应计算。本发明的目的在于弥补现有电机阻尼特性识别方法的不足，克服传统电机阻尼设置的缺陷，提供一种电机阻尼特性识别的试验方法。通过拆分和组装获得电机不同装配结构，搭建激振器响应测试平台，利用电磁激振器采用闭环控制产生给定幅值和频率的激振力，测试其振动响应，通过激励－响应试验结果获得电机不同装配结构的阻尼特性，作为后续仿真计算的参考依据，指导电机振动响应计算，大大提高计算模型的准确性。

Description

一种电机阻尼特性识别的试验方法

技术领域

本发明涉及一种电机阻尼特性识别的试验方法，属于电机结构声学设计领域，特别适用于军、民用各类大型电机阻尼特性的试验研究并可作为其仿真计算的参考依据，指导电机振动噪声响应计算。

背景技术

电机中阻尼的大小影响着电机的振动噪声水平，同时在开展电机振动噪声预测时，如何设置阻尼大小影响着计算的准确性。而电机的阻尼特性有其特殊性，除具备一般常规钢结构的阻尼特性外，其特殊性主要包括电机中主要结合部，如螺栓联接、过盈与过渡联接和焊接等的阻尼特性以及由叠片铁芯和铜材料绕组组成的定转子铁芯的阻尼特性。目前阻尼产生的准确机理还在研究，阻尼模型多是根据工程经验等效得来，现有阻尼的测量方法主要有强迫共振法、强迫非共振法、波速法、有限元反演方法等，主要是针对材料阻尼进行测量，对组合体的结构阻尼尚没有测试方法，同时鉴于电机阻尼特性的复杂性，在进行电机振动噪声仿真计算时，阻尼设置常按经验选取，无参照依据，计算得到的振动噪声响应往往与试验值相差较大，计算模型的准确性有待提高。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有电机阻尼特性识别方法的不足，克服传统电机阻尼设置的缺陷，提供一种通过拆分和组装获得电机不同装配结构，搭建激振器响应测试平台，利用电磁激振器采用闭环控制产生给定幅值和频率的激振力，测试其振动响应，通过激励－响应试验结果获得电机不同装配结构的阻尼特性，作为后续仿真计算的参考依据，指导电机振动噪声响应计算，大大提高计算模型的准确性的电机阻尼特性识别的试验方法。

本发明的技术方案是基于试验研究的方法，通过拆分和组装获得电机不同的装配结构，搭建激振器响应测试平台，提供了一种电机阻尼特性识别的试验系统，主要包括：电机不同装配结构，加速度传感器，阻抗头，电磁激振器，功率放大器，数据采集前端，测试分析软件和PC机。通过该试验系统，根据特定的试验方案，按照一定的试验步骤进行试验，通过系统闭环控制保证电磁激振器输出的激励力在给定的容差范围内，测试其振动响应，再根据激励－响应测试结果获得电机不同装配结构的阻尼特性，利用此阻尼设置可大大提高振动噪声响应仿真计算模型的准确性，指导电机结构声学设计。

所述电机不同装配结构为通过拆分和组装的方式获得的电机不同部件，主要包括：端盖、机座、定子、转子以及整机，从部件至整体摸清其阻尼特性。

本发明的具体实施方案如下：

一种电机阻尼特性识别的试验方法，所述的试验步骤主要包括以下步骤：

步骤1：将被试结构安装在铸铁平台上；

步骤2：布置加速度传感器于被试结构上，主要布置在结构主振型的位置和方向上，尽量多的布置测点；

步骤3：利用橡胶软绳将电磁激振器悬挂起来，激振杆末端装上阻抗头，连同座子一并固定在拟激励的位置；

步骤4：加速度传感器布置于被试结构上，均匀分布在结构主振型的方向上，以供仿真计算作参考；并将传感器、数据采集前端、功率放大器、电磁激振器及PC机连接起来，开启电源并打开测试分析软件，进行通道设置和调试；

步骤5：首先学习得到数采－功率放大器－电磁激振器系统的频响特性，然后给定激励力幅值、频带以及步长，利用测试分析软件控制数采发生扫频信号，通过闭环控制保证电磁激振器输出的激励力大小在设定的容差范围内；

步骤6：设置扫频次数，记录阻抗头和各加速度传感器的试验数据，原则上扫频次数越靠后，系统闭环控制电磁激振器输出的激励力越接近设定值，应选取最后一次扫频记录的数据进行处理；

步骤7：整理分析试验数据，获得电机不同装配结构的阻尼特性。

在上述的一种电机阻尼特性识别的试验方法，所述步骤6中，若发生扫频时某个频率点过载的现象，则分频段扫频将此频率点避开，后续分析可以发现，往往这些发生过载的频率点均是结构的固有频率点；电机不同装配结构均按上述步骤进行试验。

在上述的一种电机阻尼特性识别的试验方法，所述步骤5中系统闭环控制为通过数采－功率放大器－电磁激振器－数采系统的闭环控制保证电磁激振器输出给定的激励力，具体方法是：由数采前端给出的信号经过功率放大器到电磁激振动器出来后，激励力的大小与设定值有较大偏差，这是由于系统非线性导致的，利用这种闭环控制的方法可以有效保证电磁激振器输出的激励力在给定的容差范围内，具体为首先学习系统在给定频带范围内的频响特性，然后由设定的激励力大小反算得到数采输出信号的大小，由数采自动调整输出信号，经过功率放大器输出到电磁激振器，从而达到保证输出激励力为设定值的目的。

在上述的一种电机阻尼特性识别的试验方法，步骤7中电机不同装配结构阻尼特性的识别为根据激励－响应测试结果利用解析或数值计算方法得到，即以试验测试得到的激励力大小和振动响应结果为参考，建立电机不同装配结构计算模型，通过给定已知的激励力，调整模型参数，尤其是阻尼参数，得到与试验结果相同的振动响应计算值，从而获得其阻尼参数；后续利用识别出来的阻尼用于振动噪声响应计算模型中，可大大提高计算模型的准确性。

附图说明

图1 为本发明提供的试验系统及组成。

图2 为本发明涉及的转子结构的主要测试工况。

图3a 为本发明获得的激励力频谱。

图3b 为本发明获得的振动响应频谱。

图4 为本发明获得的由阻尼引起的典型非线性特征频谱图。

具体实施方式

以某大型电机转子结构为实施例，并结合附图对本发明作进一步说明：

首先介绍一下本发明的方法：包括以下步骤：

步骤1：将被试结构安装在铸铁平台上；

步骤2：布置加速度传感器于被试结构上，主要布置在结构主振型的位置和方向上，尽量多的布置测点；

步骤3：利用橡胶软绳将电磁激振器悬挂起来，激振杆末端装上阻抗头，连同座子一并固定在拟激励的位置；

步骤4：加速度传感器布置于被试结构上，均匀分布在结构主振型的方向上，以供仿真计算作参考；并将传感器、数据采集前端、功率放大器、电磁激振器及PC机连接起来，开启电源并打开测试分析软件，进行通道设置和调试；

步骤5：具体方法是：由数采前端给出的信号经过功率放大器到电磁激振动器出来后，激励力的大小与设定值有较大偏差，这是由于系统非线性导致的，利用这种闭环控制的方法可以有效保证电磁激振器输出的激励力在给定的容差范围内，具体为首先学习系统在给定频带范围内的频响特性，然后由设定的激励力大小反算得到数采输出信号的大小，由数采自动调整输出信号，经过功率放大器输出到电磁激振器，从而达到保证输出激励力为设定值的目的。

步骤6：设置扫频次数，记录阻抗头和各加速度传感器的试验数据，原则上扫频次数越靠后，系统闭环控制电磁激振器输出的激励力越接近设定值，应选取最后一次扫频记录的数据进行处理；若发生扫频时某个频率点过载的现象，则分频段扫频将此频率点避开，后续分析可以发现，往往这些发生过载的频率点均是结构的固有频率点；电机不同装配结构均按上述步骤进行试验。

步骤7：整理分析试验数据，获得电机不同装配结构的阻尼特性。本步骤中电机不同装配结构阻尼特性的识别为根据激励－响应测试结果利用解析或数值计算方法得到，即以试验测试得到的激励力大小和振动响应结果为参考，建立电机不同装配结构计算模型，通过给定已知的激励力，调整模型参数，尤其是阻尼参数，得到与试验结果相同的振动响应计算值，从而获得其阻尼参数；后续利用识别出来的阻尼用于振动噪声响应计算模型中，可大大提高计算模型的准确性。

下面结合附图进行具体实施例的描述：如图1所示，一种电机阻尼特性识别的试验系统主要包括电机不同装配结构1.1，电磁激振器1.3，功率放大器1.4，数采前端1.6，阻尼头1.2，加速度传感器1.5以及PC机1.7。所述数采前端1.6用作产生信号及采集数据，经过功率放大器1.4输出到电磁激振器1.3，电磁激振器1.3弹性悬挂，其末端装上能测试力和加速度的阻抗头1.2，加速度传感器1.5布置于电机不同装配结构1.1上，PC机1.7装有测试分析软件，并提供操作界面。

图2为进行电机转子结构试验时的主要测试工况，进行了不同频带范围，不同扫频步长，不同激励力幅值的比较，其它电机装配结构的试验可参考此工况来定。

图3a为进行电机转子结构试验时获得的激励力频谱和图3b所示本发明获得的振动响应频谱，从图中可以看出，激励力频谱在给定容差范围内，可作为后续仿真计算的输入值，振动响应频谱可作为仿真计算的参考，通过调整阻尼设置使计算值和试验值吻合。

图4为电机转子结构的响应谱按照激励力的比例关系进行变换后得到的谱图，从图中可以看出，转子结构在不同激励力幅值下的振动响应发生了频率偏移，且幅值表现出明显的非线性，说明此处阻尼的影响显著，尤其需要利用本发明的方法来进行阻尼识别，指导后续计算和设计。

以上所述的仅为本发明的较佳实施例，并不说明本发明的局限性，对于任何利用此试验的方法获得激励－响应关系后进行阻尼识别都应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种电机阻尼特性识别的试验方法，其特征在于，所述的试验步骤主要包括以下步骤：

步骤1：将被试结构安装在铸铁平台上；

步骤2：布置加速度传感器于被试结构上，主要布置在结构主振型的位置和方向上，尽量多的布置测点；

步骤3：利用橡胶软绳将电磁激振器悬挂起来，激振杆末端装上阻抗头，连同座子一并固定在拟激励的位置；

步骤4：加速度传感器布置于被试结构上，均匀分布在结构主振型的方向上，以供仿真计算作参考；并将传感器、数据采集前端、功率放大器、电磁激振器及PC机连接起来，开启电源并打开测试分析软件，进行通道设置和调试；

步骤5：首先学习得到数采－功率放大器－电磁激振器系统的频响特性，然后给定激励力幅值、频带以及步长，利用测试分析软件控制数采发生扫频信号，通过闭环控制保证电磁激振器输出的激励力大小在设定的容差范围内；

步骤6：设置扫频次数，记录阻抗头和各加速度传感器的试验数据，原则上扫频次数越靠后，系统闭环控制电磁激振器输出的激励力越接近设定值，应选取最后一次扫频记录的数据进行处理；

步骤7：整理分析试验数据，获得电机不同装配结构的阻尼特性。

2.根据权利要求1所述的一种电机阻尼特性识别的试验方法，其特征在于，所述步骤6中，若发生扫频时某个频率点过载的现象，则分频段扫频将此频率点避开，后续分析可以发现，往往这些发生过载的频率点均是结构的固有频率点；电机不同装配结构均按上述步骤进行试验。

3.根据权利要求1所述的一种电机阻尼特性识别的试验方法，其特征在于，所述步骤5中系统闭环控制为通过数采－功率放大器－电磁激振器－数采系统的闭环控制保证电磁激振器输出给定的激励力，具体方法是：由数采前端给出的信号经过功率放大器到电磁激振动器出来后，激励力的大小与设定值有较大偏差，这是由于系统非线性导致的，利用这种闭环控制的方法可以有效保证电磁激振器输出的激励力在给定的容差范围内，具体为首先学习系统在给定频带范围内的频响特性，然后由设定的激励力大小反算得到数采输出信号的大小，由数采自动调整输出信号，经过功率放大器输出到电磁激振器，从而达到保证输出激励力为设定值的目的。

4.根据权利要求1所述的一种电机阻尼特性识别的试验方法，其特征在于，步骤7中电机不同装配结构阻尼特性的识别为根据激励－响应测试结果利用解析或数值计算方法得到，即以试验测试得到的激励力大小和振动响应结果为参考，建立电机不同装配结构计算模型，通过给定已知的激励力，调整模型参数，尤其是阻尼参数，得到与试验结果相同的振动响应计算值，从而获得其阻尼参数；后续利用识别出来的阻尼用于振动噪声响应计算模型中，可大大提高计算模型的准确性。