無刷直流電動機靜態力矩脈動測試
童良忠（浙江省機電設計研究院）
陸永平（哈爾濱工業大學）
在研究無刷直流電動機力矩脈動過程中，設計了一套靜態力矩脈沖測試裝置。該裝置利用了一臺現成的三相反應式步進電動機作為力矩傳感元件，配上適當的控制線路，構成了無刷直流電動機靜態力矩脈動測試系統。本文介紹該裝置的結構原理及其應用。
1測試裝置的結構及工作原理
測試裝置的結構如圖1所示。它主要由三相反應式步進電動機、電路及機械分度頭組成，其原理框圖如圖2所示，
步進電動機的轉子軸和被測無刷直流電動機轉子軸作剛性連接；機械分度頭三爪夾住步進電動機的外殼，給步進電動機的其中一相繞組通以直流電壓。這樣，步進電動機轉子就處于通電相的平衡位置。同時在步進電動機的另兩相繞組間加以中頻信號電壓，本裝置取其頻率fk= l0kHz，電壓Vo=5V。這樣，由于步進電動機三相繞組之間的耦合關系，在通直流電壓的這相繞組中就會產生變壓器電勢，電勢幅值的大小取決于步進電動機的氣隙磁導，而氣隙磁導的大小則取決于轉子的位置。根據步進電動機的矩角特性(設A相通電)
式中θ1——失調角Mk——****靜轉矩，它取決于通電相電流的大小
由式(1)得
從式(2)可知，當通電相電流一定時，失調角的大小取決于步進電動機轉子軸上受力的大小。通過上述分析可看出，步進電動機轉子軸上受力的大小決定了失調角的大小，而失調角的大小則反映了轉子的位置，因而決定了氣隙磁導的大小，從而就決定了通直流電壓相繞組的輸出變壓器電勢的大小。因此，當步進電動機轉子軸上受不同的力矩時，A相繞組輸出變壓器電勢幅值的大小也不同，設ek=f (MA)。把該輸出出電勢ek經過相敏整流、放大、濾波就可 輸出一直流電壓Ek， 因此有Ek=f1(MA)。這個關系可預先標定。由于Ek可由直流電壓表測得，所以從Ek=f1 (MA)。就可決定出M A=f1-1(Ek)。以上就是本測試裝置的基本原理。
2測試步驟
通過上述測試原理分析可知，利用本裝置測試無刷直流電動機的靜態力矩脈動，其步驟為
a．先脫開被測電機，在步進電動機軸上掛法碼標定Ek =f1 (MA)曲線。
b．連接被測電機，轉動分度頭，每轉一個位置從電壓表讀取一個Ek值。
c．根據Ek值在Ek =f1(MA)曲線上查取M．值。
需補充說明兩點：
a．由于被測電機存在摩擦力矩，該力矩方向和分度頭轉向相反，故必須沿分度頭轉向在電機軸上加二恒定轉矩來抵消摩擦力矩。
b．由于步進電動機存在失調角，使得從分度頭讀出的角度位置與被測電機轉子的實際轉角位置有偏差，該偏差的大小取決干失調角的大小。因此，實際測試時，在系統靈敏度足夠的情況下，應盡量加大步進電動機的****靜轉矩，使得失調角盡可能小。
3測試實例
利用上述測試裝置對一臺樣機進行了測試。樣機參數為：功率P=400W，額定轉速療nN= 2 000r／min，槽數Z=30，電樞內徑D- 50mm，電樞鐵心長L Fe=252mm，極數2P =8，磁鋼采用釹鐵硼永磁材料。分別對定位力矩及堵轉電磁力矩脈動進行測試，測試結果為
3.1定位力矩
標定Ek =fi (MA)曲線，如圖3a所示。測得定位力矩變化，如圖3b所示。
由于本例中被測電機額定力矩MN=2 N．m，故定位力矩引起的力矩脈動為
3.2堵轉電磁力矩脈動
3.2.1不接換向線路，繞組通直流電流
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