CN103048620B - 一种测量直流无刷电机参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测量直流无刷电机参数的方法，可以简单用伏安法测定直流无刷电机的相电阻，利用直流电机参数测量的简易性和可操作性，分别计算出直流电机拖动被测直流无刷电机时和直流电机单独运转时，系统的转动惯量和摩擦转矩系数，即可计算出被测电机的转动惯量和摩擦转矩系数。用一台功率合适的直流电机2作为被拖电机与被测电机4通过力矩传感器3连接，给被测直流无刷电机4供电，让其拖动直流电机2，并在被拖的直流电机三相串接阻值合理的滑动变阻器。设定直流无刷电机4以恒定的转速转动，调整滑动变阻器阻值，记录转速和力矩触感其读数，在合理的转速和力矩范围内多次操作后，可得出合理的被测电机4的转速—转矩曲线。

Description

一种测量直流无刷电机参数的方法

技术领域

本发明涉及电机测试方法，具体地说，是一种测量直流无刷电机参数的方法。

背景技术

无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种集成了无刷电动机、驱动器、传感器、控制器、微处理器的典型机电一体化产品。

直流无刷电动机与一般直流电动机具有相同的工作原理和应用特性，而其组成是不一样的。除了电机本身外，前者还多一个换向电路，电机本身和换向电路紧密结合在一起。换向电路代替了碳刷、滑环结构的物理换向结构，通过控制电路实现电子换向。

与普通的直流电机相比，直流无刷电机具有传统直流电机的所有优点，同时又取消了碳刷、滑环结构，可以低速大功率运行，可以省去减速机直接驱动大的负载，是直驱型电机的最佳选择。直流无刷电机的转矩特性优异，中、低速转矩性能好，尤其低速和超低速状态性能远远超过普通电机，启动转矩大，启动电流小，无级调速，调速范围广，过载能力强。

直流无刷电机广泛应用于汽车、工具、工业工控、自动化以及航空航天等领域。因此，精确的测定直流无刷电机的系统参数就在此类电机的设计和应用中显得尤为重要。

虽然可以用常规的电机测试手段和电机测试设备来进行直流无刷电机的参数测定，但采用传统手段所需要的设备较多，过程较复杂，耗费的人力物力较大。基于直流无刷电机本身的特点，本发明提出了一种简单快捷测量直流无刷电机参数的方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明解决的技术问题是提供一种简单快捷的测量直流无刷电机参数的方法，从而可以方便快速地得到被测直流无刷电机的相电阻、摩擦转矩系数、转动惯量和转速-转矩曲线等关键参数。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种测量直流无刷电机参数的方法，包括相电阻的测量，通过对拖电机测试方法进行的摩擦转矩系数、转动惯量测量和通过对拖电机测试方法进行的转速-转矩曲线测量。

根据本发明的一个方面，提供一种测量直流无刷电机参数的方法，包括如下步骤：

步骤1：搭建设备，具体为：用直流电机2作为拖动电机与被测直流无刷电机4通过力矩传感器3连轴；

步骤2：采用伏安法测量所述被测直流无刷电机4的相电阻阻值r；

步骤3：测量所述直流无刷电机4的相电阻的摩擦转矩系数Bn、以及转动惯量J；

步骤4：测量所述直流无刷电机4的相电阻的转速-转矩曲线；

其中：

步骤3包括如下步骤：

步骤3.1：给所述直流电机2供电，让所述直流电机2拖动所述被测直流无刷电机4，并保持所述被测直流无刷电机4空载；测量并记录所述直流电机2的电枢电流Ia、转速n和相电压Ui；

步骤3.2：断开所述直流电机2的电源，测量并记录所述被测直流无刷电机4的反电动势变化情况，从断电到反电动势降为零的时间记为t；

步骤3.3：给所述直流电机2供电，直接让所述直流电机2空载运行，测量并记录所述直流电机2的电枢电流Ia₁、转速n₁、以及相电压Ui₁；

步骤3.4：断开所述直流电机2的电源，并记录从断电到反电动势降为零的时间t₁；

步骤3.5：计算得出直流无刷电机的摩擦转矩系数Bn、以及转动惯量J，具体为：

摩擦转矩系数Bn为：

$B_n=\frac{(U_i-I_{a}R)I_a}{1.03n^2}-\frac{(U_{i1}-I_{a1}R)I_{a1}}{1.03n_1^2}$

转动惯量J为：

$J=\frac{9375}{412}[\frac{(U_i-I_{a}R)t}{1.03n^2}-\frac{(U_{i1}-I_{a1}R)t_1}{1.03n_1^2}];$

进一步地，所述步骤4包括如下步骤：

步骤4.1：给所述被测直流无刷电机4供电，让所述被测直流无刷电机4拖动所述直流电机2，并在被拖的所述直流电机2三相串接滑动变阻器，所述滑动变阻器用于通过电气模块5与PC机相连，以方便地获得测试系统状态的实时数据；

步骤4.2：设定所述被测直流无刷电机4以恒定的转速转动，调整所述滑动变阻器阻值，测量所述力矩传感器3的实时输出电压，能够得到所述被测直流无刷电机4的实时输出转矩，监测被拖的所述直流电机2的编码器信号，解码后能够得到所述被测直流无刷电机4的实时转速，使所述被测直流无刷电机4的输出转矩从0开始逐渐变大，直至所述被测直流无刷电机4的实时速度低于设定转速的30％；

步骤4.3：采用不同的转速和转矩重复所述步骤4.2的操作，所取的转速范围应从被测直流无刷电机4能达到的最低转速开始至设定转速区间内均匀的分为多组，完成该多组数据测定后即可画出合理的所述被测直流无刷电机4的转速-转矩曲线。

优选地，所述设定转速为额定转速的130％或者最大转速。

优选地，所取的转速范围应从被测直流无刷电机4能达到的最低转速开始至设定转速区间内均匀的分为10～12组。

优选地，所述步骤2具体为：若所述被测直流无刷电机4的相电阻阻值大于200欧，则先将电流表和相电阻串联后再与电压表并联；若所述被测直流无刷电机4的相电阻阻值小于等于200欧，则先将电压表和相电阻并联后再与电压表串联。

优选地，所述设备，包括底座1、设置于所述底座上的电气模块5，还包括依次连接的被测直流无刷电机4、力矩传感器3、直流电机2，所述被测直流无刷电机4和直流电机2设置于所述底座上。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：常规的电机测试手段所需要的电机测试设备较多，价格昂贵，过程复杂，耗费的人力物力较大。本发明提供的测量直流无刷电机的方法可迅速快捷的测量电机的转动惯量，摩擦转矩系数，相电阻参数。该方法不需要任何控制算法，具有理论清晰、测量简单、通用性强的特点。该方法所涉及的测量平台结构简单，体积小，原材料和元器件容易获得，可方便的搭建和拆卸。节省人力物力，可达到良好的测量精度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是伏安法测量电阻的接线图，左侧为测量大阻值电阻的接线图，右侧为测量小阻值电阻的接线图。

图2是本发明测试过程中可以采用的一种对拖测试装置。

图中：

1是底座；

2是直流电机；

3是力矩传感器；

4是被测直流无刷电机；

5是电气模块。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

(1)测量直流无刷电机的相电阻

直接采用简单的伏安法即可测得被测直流无刷电机的各相电阻，需要注意的是，如果被测电机的相电阻阻值大于200欧，应采用图1左侧的接线方式；反之，若被测电机的相电阻阻值小于200欧，应采用图1右侧的接线方式。

采用伏安法得到的被测直流无刷电机的相电阻阻值r为：

$r=\frac{U}{I-\frac{U}{r_v}}$

其中：U为电压值，I为电流值，r_v为电压表内阻。

(2)测量直流无刷电机的相电阻的摩擦转矩系数、转动惯量

测量可采用图2所示的测试设备，但不局限于此设备，任何能完成下述测试方法的设备都可被采用。所用设备包括底座1，设置于底座1上的直流电机2(附带光栅或旋转编码器)通过力矩传感器3与被测直流无刷电机4相连。底座1上还有电气模块5，电气模块5内含编码器解码电路、电压电流传感器、PC机通讯接口等。

搭建上述的优选设备后，执行如下步骤：

1.用一台功率合适的直流电机2作为拖动电机与被测直流无刷电机4连轴，测量直流电机2的相电阻R；

2.给直流电机2供电，让其拖动被测直流无刷电机4，并保持被测直流无刷电机4空载。测量并记录直流电机2的电枢电流Ia、转速n和相电压Ui；

3.断开直流电机2的电源，测量并记录被测直流无刷电机4的反电动势变化情况，从断电到反电动势降为零的时间记为t；

4.给直流电机2供电，直接让直流电机2空载运行，测量并记录直流电机2的电枢电流Ia₁，转速n₁和相电压Ui₁变化情况；

5.断开直流电机2的电源，并记录从断电到反电动势降为零的时间t₁；

6.结合前述步骤中的数据，可计算得出直流无刷电机的摩擦转矩系数、转动惯量：

摩擦转矩系数Bn为：

$B_n=\frac{(U_i-I_{a}R)I_a}{1.03n^2}-\frac{(U_{i1}-I_{a1}R)I_{a1}}{1.03n_1^2}$

转动惯量J为：

$J=\frac{9375}{412}[\frac{(U_i-I_{a}R)t}{1.03n^2}-\frac{(U_{i1}-I_{a1}R)t_1}{1.03n_1^2}]$

(3)测量直流无刷电机的相电阻的转速-转矩曲线

测量可继续采用图2所示的测试设备，但不局限于此设备，任何能完成下述测试方法的设备都可被采用。

搭建上述的优选设备后，执行如下步骤：

1.用一台功率合适的直流电机2作为被拖电机与被测直流无刷电机4通过力矩传感器3连接，给被测直流无刷电机4供电，让被测直流无刷电机4拖动直流电机2，并在被拖的直流电机三相串接阻值合理的滑动变阻器(滑动变阻器包含在电气模块5中)，滑动变阻器通过电气模块5与PC机相连，以方便的获得测试系统状态的实时数据；

2.设定被测直流无刷电机4以恒定的转速转动，调整滑动变阻器阻值，测量力矩传感器3的实时输出电压，可得被测直流无刷电机4的实时输出转矩，监测被拖直流电机2的编码器信号，解码后可得被测直流无刷电机4的实时转速(电压传感器和解码模块包含在电气模块5中)。使被测直流无刷电机4的输出转矩从0开始逐渐变大，直至电机的实时速度低于设定转速的30％；

3.采用不同的转速和转矩重复步骤2的操作，所取的转速范围应从被测直流无刷电机4能达到的最低转速开始至额定转速的130％(或最大转速)区间内均匀的分位10～12组。完成上述10～12组数据测定后即可画出合理的被测直流无刷电机4的转速一转矩曲线。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种测量直流无刷电机参数的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：搭建设备，具体为：用直流电机(2)作为拖动电机与被测直流无刷电机(4)通过力矩传感器(3)连轴；

步骤2：采用伏安法测量所述被测直流无刷电机(4)的相电阻阻值r；

步骤3：测量所述直流无刷电机(4)的相电阻的摩擦转矩系数Bn、以及转动惯量J；

步骤4：测量所述直流无刷电机(4)的相电阻的转速—转矩曲线；

其中：

步骤3包括如下步骤：

步骤3.1：给所述直流电机(2)供电，让所述直流电机(2)拖动所述被测直流无刷电机(4)，并保持所述被测直流无刷电机(4)空载；测量并记录所述直流电机(2)的电枢电流Ia、转速n和相电压Ui；

步骤3.2：断开所述直流电机(2)的电源，测量并记录所述被测直流无刷电机(4)的反电动势变化情况，从断电到反电动势降为零的时间记为t；

步骤3.3：给所述直流电机(2)供电，直接让所述直流电机(2)空载运行，测量并记录所述直流电机(2)的电枢电流Ia₁、转速n₁、以及相电压Ui₁；

步骤3.4：断开所述直流电机(2)的电源，并记录从断电到反电动势降为零的时间t₁；

步骤3.5：计算得出直流无刷电机的摩擦转矩系数Bn、以及转动惯量J，具体为：

摩擦转矩系数Bn为：

$B_n=\frac{(U_i-I_{a}R)I_a}{{1.03n}^2}-\frac{(U_{i1}-I_{a1}r)I_{a1}}{{1.03n}_1^2}$

R为直流电机(2)的相电阻；

转动惯量J为：

$J=\frac{9375}{412}[\frac{(U_i-I_{a}R)t}{{1.03n}^2}-\frac{(U_{i1}-I_{a1}R)t_1}{{1.03n}_1^2}];$

进一步地，所述步骤4包括如下步骤：

步骤4.1：给所述被测直流无刷电机(4)供电，让所述被测直流无刷电机(4)拖动所述直流电机(2)，并在被拖的所述直流电机(2)三相串接滑动变阻器，所述滑动变阻器用于通过电气模块(5)与PC机相连，以方便地获得测试系统状态的实时数据；

步骤4.2：设定所述被测直流无刷电机(4)以恒定的转速转动，调整所述滑动变阻器阻值，测量所述力矩传感器(3)的实时输出电压，能够得到所述被测直流无刷电机(4)的实时输出转矩，监测被拖的所述直流电机(2)的编码器信号，解码后能够得到所述被测直流无刷电机(4)的实时转速，使所述被测直流无刷电机(4)的输出转矩从0开始逐渐变大，直至所述被测直流无刷电机(4)的实时速度低于设定转速的30％；

步骤4.3：采用不同的转速和转矩重复所述步骤4.2的操作，所取的转速范围应从被测直流无刷电机(4)能达到的最低转速开始至设定转速区间内均匀的分为多组，完成该多组数据测定后即可画出合理的所述被测直流无刷电机(4)的转速—转矩曲线。

2.根据权利要求1所述的测量直流无刷电机参数的方法，其特征在于，所述设定转速为额定转速的130％或者最大转速。

3.根据权利要求1所述的测量直流无刷电机参数的方法，其特征在于，所取的转速范围应从被测直流无刷电机(4)能达到的最低转速开始至设定转速区间内均匀的分为10～12组。

4.根据权利要求1所述的测量直流无刷电机参数的方法，其特征在于，所述步骤2具体为：若所述被测直流无刷电机(4)的相电阻阻值大于200欧，则先将电流表和相电阻串联后再与电压表并联；若所述被测直流无刷电机(4)的相电阻阻值小于等于200欧，则先将电压表和相电阻并联后再与电流表串联。

5.根据权利要求1所述的测量直流无刷电机参数的方法，其特征在于，所述设备，包括底座(1)、设置于所述底座上的电气模块(5)，还包括依次连接的被测直流无刷电机(4)、力矩传感器(3)、直流电机(2)，所述被测直流无刷电机(4)和直流电机(2)设置于所述底座上。