优化两步换相的时间间隔

实验证实“两步换相法”确能显著抑制SR电动机换相产生的冲击振动。然而，实际SR电动机的定子振动一般并非仅是一种振型，若存在一个振幅明显大的振型，以与该振型对应周期一半作为两步换相的时间间隔就能较好地抑制振动；但若存在几个振幅较大且接近的振峰频带，则应从总体上最大限度地降低定子振动考虑能同时降低这些振幅的策略。

对上述实验一～实验三所用750W SR电动机反复实验发现，该样机存在两个换相冲击振动振峰频带，其中心频率分别在f₁=1.9kHz和f₂=7.2kHz左右，在有些工况下，这两个换相冲击振动振峰频带的振幅较接近。不妨设任一四相（8/6）SR电动机有两个振峰频率f₁、f₂^[155]，且f₁、f₂满足不等式：100Hz＜f₁＜f₂＜10kHz^[159]，为同时抑制这两个振峰，“两步换相法”的时间间隔应按如下原则优化选取：

1）两步换相时间间隔的优化值应使对应频率f₁、f₂的第一步关断和第二步关断所激发振动的相位均接近相反。例如，设f₂/f₁=K，将K圆整为整数K_z，且K与K_z之差的绝对值充分小，若K_z为奇数，应以f₁对应周期的一半，即1/（2f₁）作为两步换相的时间间隔t_m；若K_z为偶数，则应以（K_z±1）/（2f₂）作为两步换相的时间间隔t_m。

2）因为SR电动机在不同工况下，所激发的振型可能有异，故两步换相的时间间隔优化值需要适应不同工况动态调整。

例如，对实验一～实验三所用样机，f₂/f₁=7.2/1.9≈4=K_z，K_z为偶数，若t_m=1/（2f₂）=69μs，则1.9kHz振峰频带得不到抑制；若t_m=1/（2f₁）=263μs，则7.2kHz振峰频带得不到抑制；若t_m=3/（2f₂）=207μs，则两振峰频带均得到抑制。

实验四：一相通入T=0.01s，LTIME=0.005s，t=772μs，h=100μs的电压PWM方式励磁电流。图7-20所示为实测的定子振动加速度，表7-4为不同换相法下振峰频率所对应的有效值（dB）对比。

图7-20 仅一相通入电压PWM方式励磁电流激发的振动加速度（时间：5ms/格）（T=0.01s，LTIME=0.005s，t=772μs，h=100μs）

a）传统换相 b）两步换相（t_m=68μs） c）改进两步换相（t_m=206μs）

表7-4 不同换相法下振峰频率所对应的有效值（dB）对比（实验四）

实验五：一相通入T=0.01s，t=0.002s APC方式励磁电流。图7-21所示为激发的定子振动加速度，表7-5为不同换相法下振峰频率所对应的有效值（dB）对比。(www.xing528.com)

图7-21 仅一相通入APC方式励磁电流（T=0.01s，t=0.002s）激发的振动加速度（时间：2ms/格）

a）传统换相 b）两步换相（t_m=74μs） c）改进两步换相（t_m=224μs）

表7-5 不同换相法下振峰频率所对应的有效值（dB）对比（实验五）

实验四、实验五表明：时间间隔未作优化的两步换相法只能消去高频振动（峰）或只能消去低频振动（峰），而改进的两步换相法能同时消去高、低频振动（峰），对定子总体振动抑制效果好。这一结论在样机3处于静止状态仅一相通电激励的实验六中亦得到证实。

实验六：样机3仅一相绕组通入T≈24ms，t≈5.3ms的APC方式励磁电流。图7-22所示为实测的振动加速度波形、频谱。

图7-22 样机3仅一相通入APC方式励磁电流（T≈24ms，t≈5.3ms）激发的振动加速度及其频谱

a）传统换相方法的相电流（CH1）及振动加速度（CH2）（时间：10ms/格） b）与图a对应的振动加速度频谱（纵坐标：10dB/格；横坐标：625Hz/格，频率范围为0Hz～6.25kHz） c）两步换相方法（t_m≈0.44ms）的相电流（CH1）及振动加速度（CH2）（时间：10ms/格） d）与图c对应的振动加速度频谱（纵坐标：10dB/格；横坐标：625Hz/格，频率范围为0Hz～6.25kHz） e）两步换相方法（t_m≈1.01ms）的相电流（CH1）及振动加速度（CH2）（时间：10ms/格） f）与图e对应的振动加速度频谱（纵坐标：10dB/格；横坐标：625Hz/格，频率范围为0Hz～6.25kHz）

由图7-22a、b所示可见，样机3仅一相通入约41.67Hz的单脉冲电流，所激发的振动在550Hz、975Hz、1.58kHz、3.45kHz等频率附近存在振峰。如图7-22c、d所示，采用时间间隔t_m≈0.44ms的两步换相法对975Hz、3.45kHz的振峰频带均有不同程度的抑制，但对550Hz、1.58kHz的振峰没有抑制作用。而采用时间间隔t_m≈1.01ms的两步换相法，则不仅有效抑制了550Hz的振峰，同时抑制了1.58kHz、3.45kHz的振峰频带，如图7-22e、f所示。