基于LMSTest .Lab的电磁作动器振动测试与分析
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基于Ｉ ＭＳ Ｔｅ ｓｔ．Ｉ ａｂ的电 磁作动器振动测试 分析
张振楼京俊刘锦春代振
（海军Ｔ程大学动力丁程学院，湖北武汉４３００３３）
摘要：作动器的动态特性对振动主动控制起着关键的影响作用。针对电磁作动器的频响特性进行研究．建立了典型线圈电磁作动
器的力学模型，＿并通过ＬＭＳ Ｔｅｓｔ．Ｌａｂ测试系统对两款性能不同的电磁作动器进行了频响测试和研究。
关键词：电磁作动器；主动控制；Ｉ．ＭＳ Ｔｅｓｔ．【 ａｂ；频响特性 ’
０引言 １．２
作动器也称作作动机构、执行器．它是振动主动控制系统
的重要组成部分．是实施振动主动控制的关键部件 。作动
器的作 是按旦ｆ｛确定的控制规律对受控对象施加控制力 电
磁作动器 其结构简单、反应时间短、适应频带宽、输ｆｆ｛位移、
力人等特点 ，往ｌ 程实际ｆｆ１得到了广泛应用。本文从电磁作
动器的力学模型｝ｆｌ发．借助Ｉ ＭＳ Ｔｅｓｔ．Ｉ，ａｂ测试软件对电磁作
动器的频响特性进行了研究。
１ 电磁作动器的结构原理及力学模型
１．１ 电磁作动器的结构原理 如图ｌ所示。电磁作动器主要由永久磁铁、电磁线圈、弹簧
片、螺杆等组成 。。
永久
磁铁安装骨架 螺钉 辐板 金属压盖 机座及接线口
图１ 电磁作动器结构示意图
电磁作动器通人交变电流时。电磁线圈产生磁场，打破
了原有的磁场平衡．便对线圈产十了和电流成正比的安培力。
此安培力和电流的关系为：
Ｆ—Ｂ Ｌ （１） 式中．Ｆ为安培力（Ｎ）：Ｂ为磁感应强度（Ｔ）．Ｂ一 ．Ｈ为磁场
强度（Ａ／ｍ）， 为，弋隙的磁导率，／１—４ ７ｒ×１０ Ｈ／ｍ； 为线圈电 流（Ａ）；Ｌ为线圈长度．Ｌ一２丌尺Ｎ．尺为线圈半径（ｍ）．Ｎ为线圈
扎数（ｍ）。
式（１）可写为：
Ｆ一２ ＲＮ“Ｈｉ （２） ｝｝１此可知，当磁感应强度和电磁线圈长度不变时。安培力
Ｆ和电流ｉ成正比．冈此可简化为：
Ｆ—ｋｉ （３）
式巾．七一２ｒｃＲＮ／ＩＨ，为一个常数。
１２４ 基金项目： 镓ｒＩ然科 琏金．项目编号： （１ ５ｌｌ７９ｌ ９７ 电磁作动器的力学模型 电磁作动器的力学模型如 ２所爪。
ｘ
，
图２电磁作动器的力学模型
该模型中。作动器被分为 １个不同的等效质量体：移动质
量Ｍ，支撑体质量Ｍｒ．作动器其余部分质量．】Ⅵｌ 和载倚质蜒
Ｍ 。它们之间连接被简化为弹簧阻尼系统，其中Ｋ 和（ 代
表线圈刚度和阻尼，Ｋｓ和 代表支撑体的刚度和阻尼，Ｋｎ和
（、ｔ；代表作动器的刚度和阻尼。Ｍ、和Ｍ；之间作朋有安培力
Ｆ，ｘｒ、Ｘ 、Ｘ 分别代表支撑体、线圈和作动器底座的位移。ｆ｛｛
牛顿第二定律。各等效质量的运动方程如下：
（１）等效质量Ｍ．的运动微分方程为：
Ｍ。．Ｘ ．＋（ ，Ｘ（ －－Ｃ ＸＴ＋Ｋ Ｘ 、一Ｋ ＸＩ—Ｆ－－０ （４）
（２）支撑体质量Ｍ 和载荷质量ＭＩ 的运动微分方程为：
（Ｍ ＋Ｍ ）Ｘ１１＋ （Ｘ，一Ｘ ）＋（ （Ｘ 一Ｘ． ）＋
Ｋｔ－（Ｘｌ１ Ｘ‘）＋Ｋ （Ｘ ｒ—Ｘｌ，）一０ （５）
作动器的输出力：
Ｆ． 一（ＪⅥ１＋Ｍ ）Ｘｌｌ （６） （３）作动器其余部分质量Ｍ 的运动微分方程为：
ＭＨＸｌ｛一 ＸＴ＋（Ｃｌ｛十（ ｓ）Ｘｌ｛一（Ｋ［｛＋Ｋ ）Ｘ“一一Ｆ（７） 由式（４）～（７）得到系统的运动微分方程为：
厂Ｋ【、
＋ｌ—Ｋ
Ｌ Ｏ Ｋ ，
Ｋｓ＋Ｋ
一Ｋ
２电磁作动器的动态特性试验
２．１测试系统及设备 如图３所示．本次测试过程中所涉及的主要设备．包括拟
测试的两款电磁作动器 、试验平 以及测试用计锋机、动态 ０ 意，●．ｌ哥Ｏ
Ｏ 分析仪、功率放大器、加速度传感器等，系统部件及其特性如表
１所示。
加速度传感器
图３电磁作动器性能测试结构框图
表１系统部件殛其特性
２＿２数据采集与分析 测试系统的数据采集和分析部分选用ＬＭＳ Ｔｅｓｔ．１ａｂ系统 中的Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ２。 模块。测试时，信号产生白噪声激励
信号，通过功率放大器推动作动器，使质量块振动。动态分析 仪根据信号源的激励信号和信号放大器输出的加速度信号计 算频响函数，得到频率响应曲线，如图４～９所示。
１ ＯＯｅ－９ １８０００
－１８０ Ｏ０ ［Ｄ － Ｃｒｏ ｓｓＰｏ ｗｅｒ ａ ｃｅ ：＋ Ｚ ／Ｖ ［． ｊ 忡
－
一、 、、 —一一 Ｌ一—— ．
． Ｉ ． ． ０ ０Ｏ Ｈｚ ２ ５００ ００ 图４作动器１输入电流０．２ Ａ时的频响曲线
图５作动器１输入电流０．５Ａ时的频响曲线 曲 §３
∞ ３ ｓｎｅｊ—ｙｕ Ｆｅｎ× ！堡 量坌堑－１．
ｏ－－Ｃｒｏ 。…： ． Ｐ ’’’ １
． １ 、 ＼ 、、 — —— ——一 孵碉． ． ． １ ． ． ． 目 ． １ ． ． ０ ００ Ｈｚ ２ ５００ ０Ｏ 图６作动器１输入电流１ Ａ时的频晌曲线
￣ｏ－－－ＣｒｏｓｓＰｏｗｅｒ 。：＋ｚ／、，ｌ
～ｎ＼… ＼ 一＾ ＾ ． １ ． 、Ｔ、 ０ ００ Ｈｚ ２ ５００ ０Ｏ 图７作动器２输入电流０．２ Ａ时的频晌曲线
＼ ３ Ｖ ’ 一ｃ 。。 。 。：＋ｚ／、，ｌ ． ‘ ． 忡－一 ＩＩＩ ’
１ ｌ ｒ、、
函Ｌ＿｜一一Ｌ一— 二 —— ０Ｏ０ Ｈｚ ２ ５００ ００ 图８作动器２输入电流０．５ Ａ时的频晌曲线
。 …： ．．． 。ｗ Ｗ
Ｉ 、 、 一
． ｌ ． ＼ ０ Ｏ０ ＨＺ ２ ５００ ００ 图９作动器２输入电流１ Ａ时的频响曲线
由图４～９可以看出，作动器１的第一阶共振频率约为 ６０ Ｈｚ，第二阶共振频率约为１ ７５０ Ｈｚ， （下转第１２７页）
机电信息２０１５年第３Ｏ期总第４５６期１２５ 一 甜Ｉ∞ 粥 ∞ｉ∞
黼 ｄｏ．０ｌ ｎ，合格；０ ｎ１电缆沟侨架接地电阻＜（）．０１ ｔ＇ｌ，合格。由
于电厂建成ｌＩｌｆＭ较早１４．０ １３１地面硬化无法找到ｒＸ＇Ｓ盘 总接
地线接地位 和拉地极．暂时将盘ｌ柜接地接至附近电气一次接
地扁铁上．酋ｌ，尢保证盘 接地电阻符合要求。将［ＸＴＳ控制系统
盘枢临时接在电气一次接地网上。停掉路灯照明电源， １８ ｈ内 再未发，卜模拟姑波动状 。 Ｓｈｅｊｉ ｙｕ Ｆｅｎｘｉ◆设计与分析
使ＩＸ；Ｓ系统的抗十扰能力降低。（３）脱硫 域路灯照ＩＩ』】【Ｉｆ】路
短路后产：，ｆ！的大电流在部分热丁电缆的金属屏蔽层内产 感
应电势．【大１热Ｔ电缆屏蔽层要求在Ｄ Ｓ侧单端接地。而ＩＸ＇Ｓ系
统盘框接地电阻又较高，感应电势不能及时释放．在ＩＸ’ 接地 铜排上广： 高电位．导致ＩＸ＇Ｓ系统零电位发，ｔ变化。表现为大
量模拟丝数据异常大幅波动。
巴｛＝：ｌＩ ｌｉ＝＝ｊＩ厂 ］
！ ！ ～ ！：：；皇 Ｊ 一 一 Ｃ…｜１ ｃ ｓｗ２ ｃ ｜ Ｐ ｃ ｍｍ ｓｏ ｃ Ｍ 叫
图２ ＤＣＳ系统模拟量模块电源被干扰
３事件分析
针埘脱硫ＩＸ＇Ｓ系统大星模拟量测点（４～２Ｏ ｍＡ）的件常波
动．结介现场排查情况综合分析如下：（１）排除了６ ｋＶ【乜动机 动力电缆、ＩＸ；Ｓ电源品质差等 素．结合路灯电源与故障现象
的高度ｌ炎联性及其自身存在的缺陷．推定其为干扰源。（２）脱硫
Ｉ 系统盘柜接地电阻过人（６８ １２）．远大于规程规定值的１ Ｑ，
（上接苇１２５页） 存两枰之问无明 的共振峰；作动器２的第一阶共振频率约为
２８０ Ｈｚ，第二阶共振频率约为２（）ｌ ９ Ｈｚ，两者之问存 －些小
的共振峰。通过对比不难发现．作动器１可以在较低的频段］ 作．【］．Ｉ 作区间６（］～１ ７５０ Ｈｚ内ｌ尤州 共振峰，动态性能良好
且整体性能较优于作动器２。
３结语
小丈结合电磁作动器的力学模型，分析研究了模型参数对
电磁ｆｉ：动器频响特性的影响．并借助Ｉ．ＭＳ Ｔｅｓｔ．１ａｂ测试系统
对 款电磁作动；｝｝｝进行＿ｌｒ动态频响 能测试，得到其频响特性
曲线． 通过分析比较了两款作动器的性能优劣。尹 ４整改建议
为使脱硫ＩＸ’Ｓ控制系统以后不 阿发生类似的事件。建议该电厂综合
ＩＸ＇Ｓ厂家接地要求、现场情况和有关
同标、行标规定．使川ｊ导线哉面积满
足厂家要求的多芯铜质电缆接人就
近电厂主接地网，并满足有关技术条
ｆ＇－ｆ：Ｏ＂Ｊ规定。ｆｉｔ于路灯Ｊ１ｆ｛明系统电缆
有缺陷．建议改造脱硫Ｉ蔓域路灯照叫 路。将受损电缆更换．并排奁其他
电缆是 有相同问题。
５结语
接地系统在 安装和应ＪＨｊ过程 中是很重要的一环．很多故障郝是『十ｉ
ｌｘ 控制系统接地不良＿ｊｌ起的。希望 通过本义的书件分析。电厂能够增ＪＪｌ】刈
Ｉ］Ｌ 控制系统接地的关注度。以提高控
制系统的安全性和可靠性。确保机组安
全、稳定运行。歹
收稿日期：２０１ ５－０９ ０８ 作者简介：伞甫（１９８５）．男．河南洛阳人．助理Ｔ程帅．【乇
从事继电保护、励磁系统疗面的检修及技术管理１ 作。
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机电信息２０１５年第３Ｏ期总第．１５６期１２７
