WO2014101587A1 - 一种测量直流无刷电机参数的方法 - Google Patents

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张波
刘品宽
奚静思
李玉洁
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Shanghai Jiao Tong University
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation

Definitions

  • the present invention relates to a motor testing method, and is a method for measuring a DC brushless motor parameter.
  • the brushless DC motor consists of a motor body and a driver. It is a typical mechatronic product that integrates a brushless motor, driver, sensor, controller, and microprocessor.
  • the turbulent brushless motor has the same working principle and application characteristics as the general DC motor, and its composition is different.
  • the former has one more commutation circuit, and the motor itself is tightly integrated with the commutation circuit.
  • the commutation circuit replaces the physical commutation structure of the carbon brush and the slip ring structure, and Ft r-commutation is realized by the control circuit.
  • DC brushless motors Compared with ordinary DC motors, DC brushless motors have all the advantages of traditional DC motors. At the same time, they eliminate the carbon brush and slip ring structure and can run at low speed and high power. This eliminates the need for the reducer to directly drive large loads. The best choice for drive motors.
  • the DC brushless motor has excellent torque characteristics, good medium and low speed torque performance, especially low speed and ultra low speed performance far exceeds that of ordinary motors, large starting torque, small starting current, stepless speed regulation, wide speed range, Strong overload capability
  • Brushless DC motors are widely used in automotive, tools, industrial industrial control, automation, and aerospace. Therefore, accurate measurement of the system parameters of the DC brushless 3 ⁇ 4 machine is particularly important in the design and application of such motors.
  • the present invention proposes a simple and quick method for measuring the parameters of a DC brushless motor. Summary of the invention
  • the technical problem solved by the present invention is to provide a simple and quick measurement DC.
  • Brushless motor parameter method which can quickly and easily obtain the key parameters such as phase resistance, friction torque coefficient, moment of inertia and speed-torque curve of the brushless DC motor.
  • the technical solution adopted by the present invention is: a method for measuring parameters of a DC brushless motor, including a phase resistance of the halo, a friction torque coefficient, a rotational habit halo measurement, and a drag motor test method.
  • the speed-torque curve is measured by the drag motor test method.
  • a method for measuring a DC brushless motor parameter comprising the steps of: Step 1 : Building a device, specifically: using a DC motor 2 as a drag motor and a DC brushless motor to be tested 4 Connecting the shaft through the torque sensor 3;
  • Step 2 measuring the relative resistance value r of the measured DC brushless blower 4 by voltammetry
  • Step 3 measuring the friction torque coefficient Bn and the moment of inertia J of the phase resistance of the brushless DC motor 4 ;
  • Step 4 measuring the speed-torque curve of the phase power ff1 of the brushless DC motor 4;
  • Step 3 includes the following steps:
  • Step 3.1 supplying power to the choke motor 2, causing the choke motor 2 to drag the DC brushless motor 4 to be tested, and keeping the DC brushless motor 4 under test 4 unloaded; measuring and recording the The electric current Ia of the direct current motor 2, the rotational speed n and the phase voltage Ui;
  • Step 3.2 Disconnect the power of the DC motor 2, measure and record the change of the back electromotive force of the DC brushless motor 4 to be tested, and record the time from the power failure to the back EMF drop to zero as t ;
  • Step 3.3 supplying power to the DC motor 2, directly letting the DC motor 2 run unloaded, measuring and recording the armature current 1 , the rotational speed, and the phase voltage Ui 1 of the DC motor 2 ;
  • Step 3.4 Disconnect the power of the DC motor 2, and record the time t 1 from the power-off to the back EMF drop to zero ;
  • Step 3.5 Calculate the friction torque coefficient Bn of the DC brushless motor, and the moment of inertia J Specifically; the friction torque coefficient Bn is:
  • step 4 includes the following steps:
  • Step 4.1 supplying power to the DC brushless motor 4 to be tested, causing the DC brushless motor 4 to be tested to drag the choke motor 2, and sliding the three-phase series of the DC motor 2 to be dragged a varistor, wherein the sliding varistor is connected to the PC through the electrical module 5 to conveniently obtain real-time data of the state of the test system;
  • Step 4.2 setting the DC brushless motor 4 to be tested to rotate at a constant rotation speed, adjusting the resistance of the sliding varistor, measuring the real-time output voltage of the torque sensor 3, and obtaining the DC brushless motor 4 to be tested.
  • the real-time output torque is used to monitor the encoder signal of the DC motor 2 being dragged, and the real-time rotational speed of the DC brushless motor 4 to be tested can be obtained after decoding, so that the output of the DC brushless motor 4 to be tested is turned The moment gradually increases from 0 until the real-time speed of the DC brushless motor 4 under test is less than 30% of the set speed;
  • Step 4.3 Repeat the operation of step 4.2 with different speeds and torques.
  • the speed range ffl should be divided evenly from the lowest speed that can be reached by the brushless DC motor 4 to the set speed range. Group, after completing the measurement of the plurality of sets of data, a reasonable speed-torque curve of the tested DC brushless motor 4 can be drawn
  • the set rotational speed is 130% of the rated rotational speed or the maximum rotational speed.
  • the range of speeds to be taken should be uniformly divided into 10 ⁇ 12 groups from the lowest speed that can be reached by the brushless DC motor 4 to the set speed range.
  • the step 2 is specifically: if the phase resistance of the DC-free motor 4 to be tested is greater than 200 ohms, the current meter and the phase resistor are connected in series and then connected in parallel with the voltmeter;
  • the phase resistance of the brushless motor 4 is small, f is equal to 200 ohms, and then the voltmeter and the phase resistor are connected in parallel and then connected in series with the voltmeter.
  • the device includes a base 1, an electrical module 5 disposed on the base, and further includes a DC brushless motor 4, a torque sensor 3, and a DC motor 2 connected in sequence, and the DC brushless device to be tested
  • the motor 4 and the DC motor 2 are disposed on the base.
  • the conventional motor testing means requires more motor testing equipment, is expensive, has a complicated process, and consumes a large amount of human and material resources.
  • the method for measuring a DC brushless motor provided by the invention can quickly and quickly measure the moment of inertia of the motor, the friction torque coefficient, the phase resistance parameter Number.
  • the method does not require any control algorithm, and has the characteristics of clear theory, single measuring unit and strong versatility.
  • the measuring platform involved in the method has the advantages of simple structure, small volume, easy access to raw materials and components, and convenient construction and disassembly. Save manpower and material resources and achieve good measurement accuracy.
  • Figure 1 is the wiring diagram of the volt-ampere measurement resistance.
  • the left side is the wiring diagram for measuring the large resistance value
  • the right side is the wiring diagram for measuring the small resistance value.
  • Figure 2 is a pair of tow test device used in the test of the present invention.
  • CD measures the phase resistance of DC brushless motors
  • Direct phase voltammetry can be used to measure the phase ffi of each brushless DC motor. It should be noted that if the phase resistance of the motor under test is T 200 ohms, the wiring on the left side of Figure 1 should be used. In other words, if the phase resistance of the motor under test is less than 200 ohms, the wiring method on the right side of Figure 1 should be used.
  • phase resistance value r of the tested DC brushless motor obtained by voltammetry is:
  • U is the voltage value
  • i is the current value, which is the internal resistance of the voltmeter.
  • the measurement equipment shown in Figure 2 can be used for measurement, but it is not limited to this equipment. Any equipment that can perform the following test methods is used.
  • the equipment used consists of the base 1, the choke motor 2 on the base 1 (with grating or rotary encoder) connected to the DC brushless motor 4 to be tested via the torque sensor 3.
  • the base 1 also has an electrical module 5, and the electrical module 5 includes an encoder decoding circuit, a voltage and current sensor, and a PC communication interface. After setting up the above preferred device, perform the following steps:
  • the friction torque coefficient 13 ⁇ 4 is:
  • the moment of inertia 1 is :
  • the measurement can continue to use the test equipment shown in Figure 2, but is not limited to this equipment. Any equipment that can perform the following test methods can be used.
  • step 2 Repeat the operation of step 2 with different speed and torque.
  • the speed range should be uniform from the minimum speed that can be reached by the brushless DC motor 4 to 130% (or the maximum speed) of the rated speed. Groups 10-12. After completing the measurement of 10 ⁇ 12 groups of data, a reasonable speed-torque curve of the tested DC brushless motor 4 can be drawn.
  • Brushless motor parameter method which can quickly and easily obtain the key parameters such as phase resistance, friction torque coefficient, moment of inertia and speed-torque curve of the brushless DC motor.
  • the technical solution adopted by the present invention is: a method for measuring parameters of a DC brushless motor, including measurement of phase resistance, friction torque coefficient, moment of inertia measurement and dragging by a drag motor test method The speed-torque curve measured by the motor test method.
  • a method for measuring a DC brushless motor parameter comprising the following steps: Step 1: Building a device, specifically: using a DC motor 2 as a drag motor and a measured DC brushless motor 4 through a torque Sensor 3 is connected to the shaft;
  • Step 2 measuring the phase resistance of the DC brushless motor 4 measured by voltammetry r;
  • Step 3 measuring a friction torque coefficient Bn and a moment of inertia J of the phase resistance of the brushless DC motor 4;
  • Step 4 measuring a speed-torque curve of the phase resistance of the DC brushless motor 4;
  • Step 3 includes the following steps:
  • Step 3.1 supplying power to the DC motor 2, letting the DC motor 2 drag the DC brushless motor 4 to be tested, and keeping the DC brushless motor 4 under test 4 unloaded; measuring and recording the DC motor 2 armature current Ia, speed n and phase voltage Ui;
  • Step 3.2 Disconnect the power of the DC motor 2, measure and record the change of the back electromotive force of the DC brushless motor 4 to be tested, and record the time from the power failure to the back EMF drop to zero;
  • Step 3.3 Give The DC motor 2 supplies power, directly causes the DC motor 2 to run at no load, measures and records the armature current l ai , the rotational speed, and the phase voltage Ui 1 of the DC motor 2;
  • Step 3.4 Disconnect the DC motor 2 power supply, and record the time t 1 from the power failure to the back electromotive force drop to zero ;
  • Step 3.5 Calculate the friction torque coefficient Bn of the DC brushless motor, and the moment of inertia J, specifically: Friction torque coefficient ⁇ for:
  • step 4 includes the following steps:
  • Step 4.1 supplying power to the DC brushless motor 4 to be tested, letting the DC brushless motor 4 to be driven drag the DC motor 2, and connecting the three-phase series sliding varistor in the DC motor 2 being towed,
  • the sliding rheostat is used to connect to the PC through the electrical module 5 to conveniently obtain real-time data of the state of the test system;
  • Step 4.2 setting the DC brushless motor 4 to be tested to rotate at a constant rotation speed, adjusting the resistance of the sliding varistor, measuring the real-time output voltage of the torque sensor 3, and obtaining the DC brushless motor 4 to be tested.
  • the real-time output torque is used to monitor the encoder signal of the DC motor 2 being dragged, and the real-time rotational speed of the DC brushless motor 4 to be tested can be obtained after decoding, so that the output of the DC brushless motor 4 to be tested is turned The moment gradually increases from 0 until the real-time speed of the DC brushless motor 4 under test is less than 30% of the set speed;
  • Step 4.3 Repeat the operation of step 4.2 with different speeds and torques.
  • the speed range should be evenly divided into multiple groups from the lowest speed that can be reached by the tested DC brushless motor 4 to the set speed range. After the multiple sets of data are measured, a reasonable DC brushless test can be drawn.
  • the speed of the motor 4 is a torque curve.
  • the set rotational speed is 130% of the rated rotational speed or the maximum rotational speed.
  • the range of speeds to be taken is uniformly divided into 10 to 12 groups from the lowest speed that can be reached by the brushless DC motor 4 to the set speed range.
  • the step 2 is specifically: if the phase resistance of the DC brushless motor 4 to be tested is greater than 200 ohms, the current meter and the phase resistor are connected in series and then connected in parallel with the voltmeter; If the phase resistance of the brushless motor 4 is less than or equal to 200 ohms, the voltmeter and the phase resistor are connected in parallel and then connected in series with the voltmeter.
  • the device includes a base 1, an electrical module 5 disposed on the base, and further includes a DC brushless motor 4, a torque sensor 3, and a DC motor 2 connected in sequence, and the DC brushless device to be tested
  • the motor 4 and the DC motor 2 are disposed on the base.
  • the conventional motor testing means requires more motor testing equipment, is expensive, has a complicated process, and consumes a large amount of human and material resources.
  • the method for measuring a DC brushless motor provided by the invention can quickly and quickly measure the moment of inertia of the motor, the friction torque coefficient, and the phase resistance parameter.
  • the method does not require any control algorithm and has the characteristics of clear theory, simple measurement and strong versatility.
  • the measuring platform involved in the method has the advantages of simple structure, small volume, easy access to raw materials and components, and convenient construction and disassembly. Save manpower and material resources and achieve good measurement accuracy.
  • Figure 1 is the wiring diagram of the volt-ampere measurement resistance.
  • the left side is the wiring diagram for measuring the large resistance value
  • the right side is the wiring diagram for measuring the small resistance value.
  • Figure 2 is a pair of tow test apparatus that can be used in the testing process of the present invention.
  • phase resistance of the DC brushless motor directly using the simple voltammetry method to measure the phase resistance of the DC brushless motor to be tested. It should be noted that if the phase resistance of the motor under test is greater than 200 ohms The wiring method on the left side of Figure 1 should be used. Conversely, if the phase resistance of the motor under test is less than 200 ohms, the wiring method on the right side of Figure 1 should be used.
  • the phase resistance value of the tested DC brushless motor obtained by voltammetry is:
  • u is the voltage value
  • I is the current value
  • I is the internal resistance of the voltmeter.
  • the equipment used comprises a base 1, and a DC motor 2 (with a grating or rotary encoder) arranged on the base 1 is connected to the DC brushless motor 4 to be tested by a torque sensor 3.
  • the base 1 also has an electrical module 5, and the electrical module 5 includes an encoder decoding circuit, a voltage current sensor, a PC communication interface, and the like.
  • the friction torque coefficient Bn is: u ⁇ 371 ⁇ . ⁇
  • step 2 for different speeds and torques.
  • the speed range should be from the lowest speed that can be reached by the brushless DC motor 4 to 130% (or the maximum speed) within the range of the rated speed.

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Abstract

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（4）的相电阻，利用直流电机（2）参数测量的简易性和可操作性，分别计算出直流电机（2）拖动被测直流无刷电机（4）时和直流电机（2）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（4）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（2）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）的转速一转矩曲线。

Description

一种测量直流无刷电机参数的方法
本发明涉及电机测试方法， 具休地说， 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。
肓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 r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 Ft r-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 ¾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， 但釆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舉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、 转动惯量和转速一转矩曲线等关键参数。
为 Γ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， 包括相电阻的测暈， 通过对拖电机测试方法进行的摩擦转矩系数、转动惯暈测量和通过 对拖电机测试方法进行的转速一转矩曲线测量。
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，包括如卜步骤： 步骤 1 : 褡建设备， 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；
歩骤 2: 采用伏安法测量所述被测直流无刷屯机 4的相屯阻阻值 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 ffl的转速一转矩曲线；
其中：
歩骤 3包括如下歩骤：
步骤 3.1：给所述肓流电机 2供电，让所述肓流电机 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的电栴电流 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;
歩骤 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 id录 所述直流电机 2的电枢电流 1 、 转速 、 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：
转动惯量 1为:
进一步地， 所述步骤 4包括如下步骤：
歩骤 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 肓流电机 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的实时速度低亍设定转速的 30%;
步骤 4.3 :采 不同的转速和转矩重复所述歩骤 4.2的操作，所取的转速范 ffl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的转速一转矩曲线
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：若所述被测直流无剧电机 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 f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、 测量筒单、 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。
ΒΜΆΆ
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町以¾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。
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助亍本领域的技术人 员进一步理解本发明， 但不以任何形式限制本发明。应^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 r 本发明的保护范围。
CD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 ffi， 需要注意的是， 如 果被测电机的相电阻阻值大 T 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：
Figure imgf000007_0001
其中： U为电压值， i为电流值， 为电压表内阻。
(2)测量直流无刷电机的相电阻的摩檫转矩系数、 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 被采用。 所用设备包括底座 1， 设置 f底座 1上的肓流电机 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， 执行如下歩骤：
1 , 用 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
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 1 ， 转速 ¾和相电压 1¾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 1¾为： 转动惯量 1为:
(3)测量直流无刷电机的相电阻的转速一转矩曲线
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， ϋ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开始逐渐变太， 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歩骤 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。完成卜.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 Γ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 ^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 Λ容 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、 转动惯量和转速一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一转矩曲线测量。
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的相电阻的转速一转矩曲线；
其中- 步骤 3包括如下歩骤：
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 lai、 转速 、 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 Βη为：
71
Figure imgf000009_0001
援引加入 (细则 20.6) j 二 9375 KUi -IaR)t _
转动惯量 J为： 412 ί 1·03"2
Figure imgf000010_0001
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的转速一转矩曲线。 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。
8
援引加入 (细则 20.6) 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， 应釆用图 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：
U
其中： u为电压值， I为电流值， ，为电压表内阻。
援引加入 (细则 20.6) (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 ^， 转速 和相电压 ¾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: 一 (Uj - IaR)Ia (Uji - IgtR ai
摩擦转矩系数 Bn为： u^371 ι.υόη
9375
J― 412 1.03η2 1.03η?
转动惯量 J为-
(3)测量直流无刷电机的相电阻的转速一转矩曲线 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。
10
援引加入 (细则 20.6) 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。
11
援引加入 (细则 20.6)

Claims

权 利 要 求 书
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；
其巾：
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 1 、 转速 、 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 ti; 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：
转动惯量 J为: 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) 的转速一转矩曲线。
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压表串联。
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
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