電磁制動電機動態制動力矩測試分析

鞏銳

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院無錫分院，江蘇 無錫 214174）

電磁制動電機動態制動力矩測試分析

鞏銳

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院無錫分院，江蘇 無錫 214174）

動態制動力矩是電磁制動電機的重要性能，為開展電磁制動電機安全評價，需要對其動態制動力矩進行測試。本文給出電磁制動電機動態制動力矩的測試方法，以實例驗證了測試方法有效性。

電磁制動電機；動態制動力矩；測試

制動電機的結構型式主要有電磁制動三相異步電動機（簡稱電磁制動電機）和錐形轉子三相異步電動機（簡稱錐形轉子制動電機）兩大類，其中錐形轉子制動電機主要用作電動葫蘆起升機構和運行機構的驅動電機；電磁制動電機由于可與減速器組合成“三合一”電機，因而被廣泛應用于各種起重機的起升機構和運行機構。

1 制動電機動態制動力矩試驗臺

制動電機動態制動力矩試驗臺的整體結構如圖1所示。制動電機動態制動力矩試驗臺包括底板（10），底板上通過緊固件間隔安裝有支座（2），兩個支座上分別通過軸承（7）支撐安裝轉軸（8），位于兩個支座內側的轉軸上安裝有可調節慣量盤（4），可調節慣量盤分為左半慣量盤與右半慣量盤，位于一端支座內側的轉軸上通過鍵（5）安裝傳動端蓋（3），傳動端蓋上通過緊固件固定有左半慣量盤；位于另一端支座內側的轉軸套置有停放端蓋（6），停放端通過緊固件與支座固定，停放端蓋上通過緊固件固定有右半慣量盤；轉軸的一端安裝有與制動電機連接的聯軸器（1），轉軸的另一端安裝有光電編碼器（9）。在安裝平臺上放置試驗臺，安裝平臺上通過調節墊塊安裝制動電機，制動電機的前端蓋處通過連接法蘭與聯軸器連接，連接法蘭與聯軸器通過螺栓緊固。

測試前首先將試驗臺通過螺栓安裝在安裝平臺上，再將制動電機通過調節墊塊安裝在安裝平上，并保證與試驗臺等中心高。制動電機前端蓋安裝連接法蘭，通過螺栓將連接法蘭與試驗臺的帶法蘭膜片聯軸器連接，完成整個試驗臺安裝。根據制動電機額定制動力矩大小和額定轉速來計算測試所需要的總慣量，通過軟件計算得到所需慣量輪的片數來調節試驗臺的總慣量。測試時先將制動電機通電，制動器松開，運行制動電機帶動試驗臺達到額定轉速后，制動電機與制動器同時斷電，制動器銜鐵與摩擦片接觸產生制動力矩使制動電機停止轉動。通過光電編碼器記錄各個時間段的速度與時間變化，由計算機計算其加速度大小并計算出制動力矩變化，繪制動態制動力矩曲線，得到該制動電機的最大制動力矩。

圖1 制動電機動態制動力矩試驗臺

2 制動電機動態力矩測試原理

目前，基于減速度法的機械慣量模擬系統被廣泛用于制動器的動態制動力矩測量，即通過測量轉速、角速度等參數，結合理論推導，間接獲取被測制動器的動態制動力矩。

本文采用間接法測量電磁制動電機的動態制動力矩，主要測試過程如下：在完成被測制動電機的安裝后，輸入制動電機參數，計算并配置轉動慣量，啟動制動電機至制動初轉速后斷電，與此同時制動器斷電制動，制動電機在制動力矩的作用下近似勻減速運行直至停止。在此過程中，計算機采集制動電機轉速信號，通過計算得到被測制動力矩的平均值。

2.1 試驗轉動慣量的計算

采用間接法測試制動電機的動態制動力矩時，一個關鍵的問題是如何計算并配置試驗所需的轉動慣量。

（1）計算許用單次制動功：

公式（1）中，W為制動電機的許用單次（對應制動時間為1s）制動功，J；dM為制動電機額定制動力矩，Nm；0n為制動初轉速，r/min。

（2）計算被試制動器對應模擬轉動慣量。由制動電機的許用單次制動功，計算確定出制動電機所需的模擬轉動慣量，過程如下：公式（2）中，J∑為制動軸上模擬總轉動慣量，kgm2。

根據TSG Q7014-2008《起重機械安全保護裝置型式試驗細則》，實際轉動慣量允許在理論轉動慣量上下浮動20%。

2.2 計算模型

間接測試制動電機動態制動力矩時，計算機需要實時采集制動減速過程中轉速信息及對應的時間信息，然后基于減速度法計算出平均制動力矩。

（1）基于減速度法測量分段動態制動力矩。根據動量矩定理可得式中，Mds（單位為Nm）為實測動態制動力矩；ts（單位為s）為有效制動時間。試驗過程中計算機等間隔采集旋轉編碼器得到的轉速信號n0,n1, n2,…,ni-1,ni,i∈｛1,2,…,n｝* MERGEFORMAT及其對應的時間信號t0,t1, t2,…,ti-1,ti,i∈｛1,2,…,n｝，則各時間段的平均制動力矩為

（2）一次平均動態制動力矩計算。由動態制動力矩變化曲線確定有效制動時間ts，得到一次制動過程的平均制動力矩為位為Nm）為實測一次平均動態制動力矩。

3 測試實例

圖2 電磁制動電機動態力矩測試結果

以某企業的DRE180S4BE20型電磁制動三相異步電動機為測試對象，測量其動態制動力矩，該電機主要參數如下：功率為11kW，轉速為1470 r/min，電磁制動器靜制動力矩150Nm。試驗結果如圖2所示。在額定轉速下先后共測試6次，動態力矩值分別為：170.14、159.79、170.14、165.54、167.81、172.54，平均值為167.66Nm。

多次測量結果具有很好的重復性，表明該試驗臺能滿足電磁制動電機的動態制動力矩測試需求。利用砝碼法測得該制動電機的靜態制動力矩值為185.62Nm，制動電機動態力矩為靜態力矩值的0.903倍，與一般電力液壓制動器動態和靜態力矩比值接近，表明本試驗臺和測試方法具有較好的精度。

4 結語

利用制動電機動態制動力矩試驗臺對電磁制動電機動態制動力矩進行了測試，測試結果表明試驗臺測試精度符合要求。實際上，本制動電機動態制動力矩試驗臺能同時滿足電磁制動電機、錐形轉子電動機、旁磁制動電機等各種中小型制動器的動態制動力矩測試需求。

[1]TSG Q7014-2008 起重機械安全保護裝置型式試驗細則[S]. 特種設備安全技術規范, 2008.

[2]JB/T 6456-2010 YEJ系列(IP44)電磁制動三相異步電動機技術條件(機座號80～225)[S]. 中華人民共和國機械行業標準.

[3]顧旭波, 蘇文勝, 百堅毅等. 基于減速度法的起重機械制動器動態制動力矩測試[J]. 起重運輸機械，2014(6): 84-87.

TM359.9

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1671-0711（2016）12（下）-0075-03