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

由于玻璃鋼彈性模量是根據不同的設計要求決定的，其彈性模量范圍從10GPa～20GPa，玻璃鋼葉片又是復雜的變截面復合體，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 轉矩特性

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

　　圖6 用變頻器組成的激振系統

　　圖7 用傳統的振動試驗設備組成的激振系統

從圖比較可以看出，用變頻器組成的激振系統配置工藝簡單，只需作簡單的加速或減速操作就能捕捉結構件的共振點，而且可以任意增減激振力。而傳統的激振系統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瓦內部帶有偏心輪振動馬達，在660kW葉片上做驗證試驗，試驗結果理想。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要求，價格便宜。圖8所示是已完成的660kW風力機葉片疲勞試驗時的照片。

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

08年完成的1.5MW風力機葉片疲勞試驗(圖9)，該葉片目前是國內主流風力機葉型，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工作(約0.9Hz左右)，勢必會引起馬達轉矩增加而無法啟動，因此采取補救措施。其方法：提高馬達轉速，添加一個1:30減速齒輪箱，即可增加靜載荷重量，又可減少馬達的啟動載荷，又能在所需要頻率范圍內激振，從而確保試驗順利進行。

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

　　圖10 計數累加與試驗異常保護器的框圖

工作原理，通過光電傳感器采得迫振信號，經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)進行加計，另一路信號送至U1C(MC4069)5腳，經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)送一個負脈沖，觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路翻轉，通過U17(GO3A1D)隔離器，驅動Q1(TIP31C)繼電器K1(HRMH-S-DC12V-A)動作關閉馬達，以達到保護目的。

如果沒超過保護延時時間，這時有迫振信號過來，那就繼續(xù)工作。

在實際測試應用中，發(fā)現變頻器對動態(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，測試中應避免測試應變片的引線與馬達控制線平行走線，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

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