直流无刷电机极对数图解(simulink)
電機參數的測量是正確調試電機的前提,尤其在無感調試中,參數的正確與否直接影響電機能否正常運行。 測量參數時可以使用 ST 提供的 motor profiler 也可以手動測量。
電機的一些關鍵參數包括相電阻、相電感、反電動勢常數、極對數以及轉動慣量等。
相電阻
相電阻的測量可以使用萬用表做粗略的測量,或者使用電橋測量。萬用表兩端分別連接電機的任意兩相,所得到的阻值的一半就是相電阻。
相電感
相電感一般使用電橋測量,常見的測量方法是將電橋頻率設為 1KHZ 以上,也可以設置為系統 PWM 所使用的的頻率,電壓給 1V 左右,然后測量電機在該頻率下的電感。
同樣用電橋的兩端連接電機的任意兩相,得到的電感值的一半就是相電感;為了提高準確度,可以旋轉一圈,多次測量求平均值。
反電動勢常數
反電動勢常數一般采用電機對拖的方式進行測量。小型電機可以使用電動工具帶動電機旋轉,同時示波器觀測電機的反電動勢波形,計算波峰與波谷的電壓值,并計算此時的轉速,反電動勢常數由下式計算得出:
U 是反電動勢的幅值,單位是伏特 v ,ω 是旋轉角速度,單位是 rad/s,n 為轉速,單位是rpm,ke 的單位是 v?s/rad, 實際使用中常常使用 rpm 表示電機的速度,使用 v/krpm 表示反電動勢常數的單位 ,它們之間的轉換關系如下:
極對數
關于電機的極對數,一般電機廠商都會給出,如果不確定,也可以通過測試得到。
可以使用低壓直流電源,限制一定的電流,加載到三相中的任意兩相,用手轉動電機一圈,有穩定位置的個數就是極對數。
當然也可以通過示波器測試,將示波器的端子和地連接到三相電機的任意兩相上,用手轉動電機一圈,出現幾個正弦波,就是幾對極。
假如極對數為p,那么機械轉速與電氣速度的關系為:機械轉速×p=電氣速度
轉動慣量
在電機的加減速控制中,常常會涉及到轉動慣量的測量。
轉動慣量是一種表征剛體轉動慣性大小的物理量,與剛體的質量、質量相對于轉軸的分布等有關。
轉動慣量對整個無刷電機控制系統的精度、穩定性以及動態響應都有很大的影響,特別是頻繁的正反轉切換、頻繁的加減速過程中,轉動慣量的影響非常明顯。
小慣量的電機啟動很快,制動性能也好,頻繁加減速響應快,適合輕負載、高速度的場合。但是如果負載很大,電機慣量很小,那么這時候可能會對電機軸造成損壞,因此電機的轉動慣量與折算到電機軸的負載慣量應該合理匹配,過大過小都不合適。
常見的無刷電機轉動慣量的測定方法包括自減速法、輔助擺錘法以及扭擺法。這里以常用的自減速法為例,簡單說明無刷直流電機轉動慣量的測試方法。
給電機額定勵磁電流,轉速高于額定轉速時,讓電機空載運轉;等電機平穩后迅速切斷電機電源,電機在慣性狀態下會繼續運行,并自然減速,測定電機的減速曲線:
如上圖所示,電機的轉動慣量可
以由下面的公式算出:
J 為轉動慣量,單位是 kg?m^2;P 是額定轉速下的機械損耗和空載鐵損之和,單位是 kw;n1 是 t1 時刻的轉速;n2 是 t2 時刻的轉速,單位都是 rpm。
總結
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