無刷直流電動(dòng)機(jī)靜態(tài)力矩脈動(dòng)測(cè)試
童良忠（浙江省機(jī)電設(shè)計(jì)研究院）
陸永平（哈爾濱工業(yè)大學(xué)）
在研究無刷直流電動(dòng)機(jī)力矩脈動(dòng)過程中，設(shè)計(jì)了一套靜態(tài)力矩脈沖測(cè)試裝置。該裝置利用了一臺(tái)現(xiàn)成的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為力矩傳感元件，配上適當(dāng)?shù)目刂凭�路，構(gòu)成了無刷直流電動(dòng)機(jī)靜態(tài)力矩脈動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。本文介紹該裝置的結(jié)構(gòu)原理及其應(yīng)用。
1測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理
測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。它主要由三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電路及機(jī)械分度頭組成，其原理框圖如圖2所示，
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子軸和被測(cè)無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸作剛性連接；機(jī)械分度頭三爪夾住步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的外殼，給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其中一相繞組通以直流電壓。這樣，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子就處于通電相的平衡位置。同時(shí)在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的另兩相繞組間加以中頻信號(hào)電壓，本裝置取其頻率fk= l0kHz，電壓Vo=5V。這樣，由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)三相繞組之間的耦合關(guān)系，在通直流電壓的這相繞組中就會(huì)產(chǎn)生變壓器電勢(shì)，電勢(shì)幅值的大小取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的氣隙磁導(dǎo)，而氣隙磁導(dǎo)的大小則取決于轉(zhuǎn)子的位置。根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩角特性(設(shè)A相通電)
式中θ1——失調(diào)角Mk——****靜轉(zhuǎn)矩，它取決于通電相電流的大小
由式(1)得
從式(2)可知，當(dāng)通電相電流一定時(shí)，失調(diào)角的大小取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸上受力的大小。通過上述分析可看出，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸上受力的大小決定了失調(diào)角的大小，而失調(diào)角的大小則反映了轉(zhuǎn)子的位置，因而決定了氣隙磁導(dǎo)的大小，從而就決定了通直流電壓相繞組的輸出變壓器電勢(shì)的大小。因此，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸上受不同的力矩時(shí)，A相繞組輸出變壓器電勢(shì)幅值的大小也不同，設(shè)ek=f (MA)。把該輸出出電勢(shì)ek經(jīng)過相敏整流、放大、濾波就可 輸出一直流電壓Ek， 因此有Ek=f1(MA)。這個(gè)關(guān)系可預(yù)先標(biāo)定。由于Ek可由直流電壓表測(cè)得，所以從Ek=f1 (MA)。就可決定出M A=f1-1(Ek)。以上就是本測(cè)試裝置的基本原理。
2測(cè)試步驟
通過上述測(cè)試原理分析可知，利用本裝置測(cè)試無刷直流電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)力矩脈動(dòng)，其步驟為
a．先脫開被測(cè)電機(jī)，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上掛法碼標(biāo)定Ek =f1 (MA)曲線。
b．連接被測(cè)電機(jī)，轉(zhuǎn)動(dòng)分度頭，每轉(zhuǎn)一個(gè)位置從電壓表讀取一個(gè)Ek值。
c．根據(jù)Ek值在Ek =f1(MA)曲線上查取M．值。
需補(bǔ)充說明兩點(diǎn)：
a．由于被測(cè)電機(jī)存在摩擦力矩，該力矩方向和分度頭轉(zhuǎn)向相反，故必須沿分度頭轉(zhuǎn)向在電機(jī)軸上加二恒定轉(zhuǎn)矩來抵消摩擦力矩。
b．由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)存在失調(diào)角，使得從分度頭讀出的角度位置與被測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)角位置有偏差，該偏差的大小取決干失調(diào)角的大小。因此，實(shí)際測(cè)試時(shí)，在系統(tǒng)靈敏度足夠的情況下，應(yīng)盡量加大步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的****靜轉(zhuǎn)矩，使得失調(diào)角盡可能小。
3測(cè)試實(shí)例
利用上述測(cè)試裝置對(duì)一臺(tái)樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試。樣機(jī)參數(shù)為：功率P=400W，額定轉(zhuǎn)速療nN= 2 000r／min，槽數(shù)Z=30，電樞內(nèi)徑D- 50mm，電樞鐵心長L Fe=252mm，極數(shù)2P =8，磁鋼采用釹鐵硼永磁材料。分別對(duì)定位力矩及堵轉(zhuǎn)電磁力矩脈動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為
3.1定位力矩
標(biāo)定Ek =fi (MA)曲線，如圖3a所示。測(cè)得定位力矩變化，如圖3b所示。
由于本例中被測(cè)電機(jī)額定力矩MN=2 N．m，故定位力矩引起的力矩脈動(dòng)為
3.2堵轉(zhuǎn)電磁力矩脈動(dòng)
3.2.1不接換向線路，繞組通直流電流
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