CN104634485A

CN104634485A - 交流永磁电机力矩系数的简易测试方法

Info

Publication number: CN104634485A
Application number: CN201510100275.7A
Authority: CN
Inventors: 李勇; 赵博; 王骞; 胡建辉; 邹继斌; 徐永向; 赵猛; 江善林; 王宝超; 尚静; 刘承军
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2015-03-07
Filing date: 2015-03-07
Publication date: 2015-05-20

Abstract

交流永磁电机力矩系数的简易测试方法，属于电机领域。为了解决现有测试交流永磁电机力矩系数的方法复杂的问题。所述交流永磁电机采用三相对称交流绕组，并采用Y形连接，绕组的电流波形为正弦波；测试方法一：把B相、C相绕组出线端并联为D端，在A相、D端之间加一个直流电压，并调节直流电压，使得所述直流的电流大小为I_a为设定的电机额定电流；测得此时电机的最大力矩T_em，获得被测电机的力矩系数k_T＝T_em/I_a；测试方法二：把被测电机C相绕组断开，在A相、B相间加一个直流电压，并调节直流电压，使得直流的电流大小为I_a为设定的电机额定电流；测得此时电机的最大力矩T_em，获得被测电机的力矩系数k_T＝T_em/I_a。本发明用于测量交流永磁电机的力矩系数。

Description

交流永磁电机力矩系数的简易测试方法

技术领域

本发明属于电机领域。

背景技术

在很多低速大力矩精密驱动领域，比如各类仿真转台，驱动单元都采用交流永磁电机。这类电机的特点是定子电流采用正弦波驱动，这样力矩波动小，特性优异，与传感器配合后，可以获得精密的位置控制或者速度控制。

电机的力矩系数表示的是单位电流能够产生的力矩大小，是交流永磁电机最重要的指标之一。它最常用的测试方法是把电机装在实验架上，电机通过驱动器驱动后作为电动机运行，同时利用加载装置作为机械负载，完成对电机特性的测试。利用上述方法，在实验室完成对一台交流永磁电机的测试，有时候并不是非常方便。主要原因是，要实现上述测试，必须要装配一个实验台，必须要有加载装置，而且必须要有一个驱动器。显然，在很多场合下这是非常不方便的。如果能够利用很简单的装置，很便利地测试得到交流永磁电机的力矩系数，就可以对电机的设计进行评价，为实际工作提供重要的理论依据。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有测试交流永磁电机力矩系数的方法复杂的问题，本发明提供一种交流永磁电机力矩系数的简易测试方法。

本发明的一种交流永磁电机力矩系数的简易测试方法，

所述交流永磁电机采用三相对称交流绕组，并采用Y形连接，绕组的电流波形为正弦波；

所述方法包括如下步骤：

步骤一：把被测的交流永磁电机的B相绕组和C相绕组的出线端并联为D端；

步骤二：在A相绕组和D端绕组之间加一个直流电压，并调节直流电压，使得所述直流的电流大小为I_a为设定的电机额定电流；

步骤三：测得此时被测电机的最大力矩T_em；

步骤四：根据设定的I_a和测得的最大力矩T_em，利用k_T＝T_em/I_a，求得被测电机的力矩系数k_T。

所述步骤二中，利用直流稳压电源在A相绕组和D端绕组之间加一个直流电压。

步骤三中，利用弹簧拉力计测得此时被测电机的最大力矩T_em。

本发明的另一种交流永磁电机力矩系数的简易测试方法，所述交流永磁电机采用三相对称交流绕组，并采用Y形连接，绕组的电流波形为正弦波；

所述方法包括如下步骤：

步骤一：把被测的交流永磁电机的C相绕组断开；

步骤二：在被测电机的A相绕组和B相绕组之间加一个直流电压，并调节直流电压，使得所述直流的电流大小为I_a为设定的电机额定电流；

步骤三：测得此时被测电机的最大力矩T_em；

本发明的有益效果在于，本发明充分利用了交流永磁电机绕组电流波形为正弦波的特点，利用Y形连接的三相对称交流绕组中电流的约束关系，设计了两种特殊的通电状态。对应这两个状态，采用外加直流电的方式，仅利用直流稳压电源和弹簧拉力计等简单测试设备，通过等效测试，就可以实现交流永磁电机力矩系数的测试。

该方法具有结构简单、性能稳定、数据可靠等一系列优点，可以满足一般性的交流永磁电机性能测试的需要。

附图说明

图1为电机的电磁转矩和转角之间正弦曲线示意图，其中P和S均为不稳定平衡点，T为电机的电磁转矩，Δθ为转子转角的偏移量，Q为稳定平衡点，θ为转子的转角。

图2为具体实施方式一中，针对状态一，交流永磁电机绕组的外加直流电压的原理示意图。

图3为具体实施方式二中，针对状态二，交流永磁电机绕组的外加直流电压的的原理示意图。

具体实施方式

交流永磁电机，就是电机绕组电流为正弦波的无刷直流电机。正常运行时，其定子绕组中的电流为：

式中的I_a为电机的额定电流。

此时，电机产生的电磁转矩为：

T_em＝k_TI_a (2)

式中的k_T为电机的力矩系数。

需要注意的是，根据电机学理论，电机绕组里面的三相电流一定是对称的，即三相电流随时满足i_a+i_b+i_c＝0。由于电流是连续变化的，就必然存在两个特殊时刻，使得三相电流之间满足如下的特殊关系：

(1)状态一，当sinωt＝0时，此时三相电流为：

\{\begin{matrix} i_{a} = \sqrt{2} I_{a} \\ i_{b} = i_{c} = - \frac{1}{2} \sqrt{2} I_{a} \end{matrix}

(2)状态二，当sin(ωt-240°)＝0时，此时三相电流为：

\{\begin{matrix} i_{a} = - i_{b} = \frac{\sqrt{3}}{2} \sqrt{2} I_{a} = \sqrt{\frac{3}{2}} I_{a} \\ i_{c} = 0 \end{matrix}

对应这两个瞬间，电机转子在空间的位置是固定的，电机的电磁转矩和转角之间是正弦对应关系，典型的曲线如图1所示。采用简单的测试方法，就可以测试得到此时的最大力矩，即需要获得的T_em，进而根据公式(2)求得电机的力矩系数。

具体实施方式一：结合图2说明本实施方式，针对状态一，本实施方式所述的交流永磁电机力矩系数的简易测试方法，所述交流永磁电机采用三相对称交流绕组，并采用Y形连接，绕组的电流波形为正弦波；

其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一：把被测的交流永磁电机装配到测试架上，把被测的交流永磁电机的B相绕组和C相绕组的出线端并联为D端；

步骤二：在A相绕组和D端绕组之间加一个直流电压，并调节直流电压，使得所述直流的电流大小为I_a为设定的电机额定电流；I_a可以根据技术要求设定；

步骤三：测得此时被测电机的最大力矩T_em；

具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，针对状态二，本实施方式所述的交流永磁电机力矩系数的简易测试方法，所述交流永磁电机采用三相对称交流绕组，并采用Y形连接，绕组的电流波形为正弦波；

所述方法包括如下步骤：

步骤一：把被测的交流永磁电机装配到测试架上，把被测的交流永磁电机的C相绕组断开；

步骤二：在被测电机的A相绕组和B相绕组之间加一个直流电压，并调节直流电压，使得所述直流的电流大小为I_a为设定的电机额定电流；I_a可以根据技术要求设定；

步骤三：测得此时被测电机的最大力矩T_em；

所述步骤二中，利用直流稳压电源在A相绕组和D相绕组之间加一个直流电压。

利用本实施方式进行测试，测试对象是一台三相交流永磁电机，电机的额定力矩为18.5Nm，最高转速为300转/分，电机绕组相电阻为3.6欧，额定电流为2.5A。

采用图3的通电方式，外加直流电流的大小为1.22*2.5＝3.05A，测得电机的最大力矩为18.6Nm，计算得到电机的力矩系数为7.44Nm/A，与设计值相符。

Claims

1.交流永磁电机力矩系数的简易测试方法，所述交流永磁电机采用三相对称交流绕组，并采用Y形连接，绕组的电流波形为正弦波；

其特征在于，所述方法包括如下步骤；

步骤三：测得此时被测电机的最大力矩T_em；

2.根据权利要求1所述的交流永磁电机力矩系数的简易测试方法，其特征在于，所述步骤二中，利用直流稳压电源在A相绕组和D端绕组之间加一个直流电压。

3.根据权利要求1或2所述的交流永磁电机力矩系数的简易测试方法，其特征在于，步骤三中，利用弹簧拉力计测得此时被测电机的最大力矩T_em。

4.交流永磁电机力矩系数的简易测试方法，所述交流永磁电机采用三相对称交流绕组，并采用Y形连接，绕组的电流波形为正弦波；

其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一：把被测的交流永磁电机的C相绕组断开；

步骤三：测得此时被测电机的最大力矩T_em；

5.根据权利要求4所述的交流永磁电机力矩系数的简易测试方法，其特征在于，所述步骤二中，利用直流稳压电源在A相绕组和D端绕组之间加一个直流电压。

6.根据权利要求4或5所述的交流永磁电机力矩系数的简易测试方法，其特征在于，步骤三中，利用弹簧拉力计测得此时被测电机的最大力矩T_em。