我們知道任何一種物體都具有自身的固有頻率。組成各物體的材質(zhì)不同、形狀不同，就是用同一種材質(zhì)組成物體固定方式不同，也會產(chǎn)生其自振頻率變化。

由于玻璃鋼彈性模量是根據(jù)不同的設(shè)計要求決定的，其彈性模量范圍從10GPa～20GPa，玻璃鋼葉片又是復(fù)雜的變截面復(fù)合體，所以對玻璃鋼葉片的固有頻率ω，所需激振頻率p,電機(jī)功率等只能作近似值計算，以確定大致所需范圍。

　　圖4 端電壓與頻率 圖5 轉(zhuǎn)矩特性

尤其玻璃鋼葉片是一個復(fù)雜幾何體，很難確定其共振點，只能確立共振范圍，然后進(jìn)行掃描跟蹤方法捕捉共振點。利用變頻器可無級調(diào)速特點，具有對馬達(dá)有很好匹配的優(yōu)點，進(jìn)行掃描跟蹤大型玻璃鋼結(jié)構(gòu)件的一、二階自振頻率，能滿足對大型玻璃鋼結(jié)構(gòu)件低頻范圍內(nèi)振動試驗。其表現(xiàn)特點：使用簡便(不需要專門培訓(xùn))，可操作性，不需經(jīng)常維護(hù)，可長期穩(wěn)定地在設(shè)定好的范圍中工作，特別對疲勞試驗有著很好的應(yīng)用價值。圖6、圖7用變頻器組成的激振系統(tǒng)與傳統(tǒng)振動試驗設(shè)備組成的激振系統(tǒng)以及操作流程比較。

　　圖6 用變頻器組成的激振系統(tǒng)

　　圖7 用傳統(tǒng)的振動試驗設(shè)備組成的激振系統(tǒng)

從圖比較可以看出，用變頻器組成的激振系統(tǒng)配置工藝簡單，只需作簡單的加速或減速操作就能捕捉結(jié)構(gòu)件的共振點，而且可以任意增減激振力。而傳統(tǒng)的激振系統(tǒng)則要先把頻率換算成所需的時間值(因信號源是用時間定值)，然后在信號源(是一個獨立的儀器)上設(shè)定所需值，逐點跟蹤，操作很麻煩，需專業(yè)人員操作，其他性能指標(biāo)已在第二章節(jié)中敘述。

在正式試驗前，先用了一個2.2kW變頻器和一只200瓦內(nèi)部帶有偏心輪振動馬達(dá)，在660kW葉片上做驗證試驗，試驗結(jié)果理想。正式試驗時配了一臺歐林OL-4001/10H型7.5kW容量的變頻器，主要考慮能滿足技術(shù)要求，價格便宜。圖8所示是已完成的660kW風(fēng)力機(jī)葉片疲勞試驗時的照片。

　　圖8 660kW風(fēng)力機(jī)葉片疲勞試驗圖9 疲勞試驗中的1.5MW(40.3m)風(fēng)力機(jī)葉片

08年完成的1.5MW風(fēng)力機(jī)葉片疲勞試驗(圖9)，該葉片目前是國內(nèi)主流風(fēng)力機(jī)葉型，單葉長度40.3m，自重約6t。由于葉片幾何尺寸增大，而使一階自振頻率降低，且需增加靜載荷重量，還必須在其自振頻率范圍內(nèi)工作(約0.9Hz左右)，勢必會引起馬達(dá)轉(zhuǎn)矩增加而無法啟動，因此采取補救措施。其方法：提高馬達(dá)轉(zhuǎn)速，添加一個1:30減速齒輪箱，即可增加靜載荷重量，又可減少馬達(dá)的啟動載荷，又能在所需要頻率范圍內(nèi)激振，從而確保試驗順利進(jìn)行。

為避免在試驗中設(shè)備異常情況發(fā)生，在試驗系統(tǒng)中增加一個計數(shù)累加與試驗異常保護(hù)器，以保證疲勞試驗次數(shù)正確記錄和在有異常情況發(fā)生時及時關(guān)閉試驗系統(tǒng)，來確保人身和財產(chǎn)安全。圖10為計數(shù)累加與試驗異常保護(hù)器的框圖。

　　圖10 計數(shù)累加與試驗異常保護(hù)器的框圖

工作原理，通過光電傳感器采得迫振信號，經(jīng)U18(GO3A1D防干擾隔離器)、U1A、U1B(MC4069)4腳輸出，一路信號送至U2(CD40192)5腳(CPU)進(jìn)行加計，另一路信號送至U1C(MC4069)5腳，經(jīng)U1D(MC4069)8腳至R4(560K)、C3(470μf)作無迫振信號輸入約5分鐘延時，如果再無信號輸入，就通過U1E(MC4069)10腳給U16(NE555)2腳發(fā)送一個負(fù)脈沖，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路翻轉(zhuǎn)，通過U17(GO3A1D)隔離器，驅(qū)動Q1(TIP31C)繼電器K1(HRMH-S-DC12V-A)動作關(guān)閉馬達(dá)，以達(dá)到保護(hù)目的。

如果沒超過保護(hù)延時時間，這時有迫振信號過來，那就繼續(xù)工作。

在實際測試應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)變頻器對動態(tài)測試儀器的干擾問題。其主要是變頻器高次諧波的干擾。但解決方法還是比較簡單，測試中應(yīng)避免測試應(yīng)變片的引線與馬達(dá)控制線平行走線，對各個測試點和測試儀器作良好的屏蔽隔離，就可防止干擾。

5 小 結(jié)

變頻器具有對馬達(dá)的很好匹配性，能滿足對大型玻璃鋼結(jié)構(gòu)件低頻范圍內(nèi)振動試驗，利用其可調(diào)速原理，掃描跟蹤大型玻璃鋼結(jié)構(gòu)件的一、二階自振頻率。其表現(xiàn)優(yōu)點：使用簡便，可操作性，不需經(jīng)常維護(hù)，可長期時間穩(wěn)定地在設(shè)定好的范圍中工作。缺點：加載重量較大，會引起結(jié)構(gòu)件的自振頻率偏移，在應(yīng)用中需要考慮這個因素。在動態(tài)應(yīng)變測試應(yīng)用中，還應(yīng)該特別注意變頻器高次諧波的干擾，以防止引起測試誤差。