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怎样对无感FOC电机的参数进行测量

无感FOC电机有哪些参数?
怎样对无感FOC电机的参数进行测量?

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王银喜

2021-8-12 17:03:24
  无感FOC需要实时观测反向电动势来判断转子的电气角和转速。观测反向电动势时,一方面需要每个PWM周期采集相电压和电流,另一方面需要提前测量出电机的极对数、反电势常数、定子线圈的相电阻和相电感。下面是测量参数的方法
  极对数
  将直流稳压电源电压设置为0,电流设置在电机额定电流的5%左右,比如额定电流5A,设置为250mA;
  将直流稳压电源的正负极任接电机两根线,打开电源输出开关;
  用手旋转电机,感觉电机是否有明显的阻抗力,否则增加电压和电流,如下图所示电机需要900mA电流才明显感觉电机有阻抗力;水泵需要1V左右电压和1A左右电流才有明显阻力;
  用手缓慢旋转电机时,记录电机一圈卡顿的次数,极对数等于卡顿的次数。
  相电阻
  使用LCR电桥的DCR功能(直流检测)测量电机任意两线间的电阻R;
  可以测电机三个绕组的首尾端电阻,正常情况下三个绕组的电阻应该是相等的。如有误差,误差不能大于5%;
  电机绕组电阻大于1Ω可用单臂电桥测量、电机绕组电阻小于1Ω可用双臂电桥测量。如果电机绕组间电阻值相差较大,说明电机绕组有短路、断路、焊接不良或者绕组匝数有误差;
  R 2 frac{R}{2} 2R即为电机的相电阻,如图5.2所示测试中相电阻 104 m Ω 2 = 0.052 Ω frac{104text{m}Omega }{2}=0.052Omega 2104mΩ=0.052Ω;
  为了提高精度,可取多次测量的平均值。
  相电感
  LCR电桥选择Ls-Rs功能,频率设置为PWM频率(如20KHz),电平设置在一个不至于使电机振动的值(如5mV);
  LCR电桥表笔接电机任意两根线,慢慢旋转电机,测量电机停靠在不同位置的电感量,记录最小电感量 L min ⁡ {{L}_{min }} Lmin,最大电感量 L max ⁡ {{L}_{max }} Lmax;
  D轴电感 L d = L min ⁡ 2 {{L}_{d}}=frac{{{L}_{min }}}{2} Ld=2Lmin,Q轴电感 L q = L max ⁡ 2 {{L}_{q}}=frac{{{L}_{max }}}{2} Lq=2Lmax,如图5.3、图5.4所示测量中, L d = 17.9 μ H 2 = 0.0000089 H {{L}_{d}}=frac{17.9mu H}{2}=0.0000089H Ld=217.9μH=0.0000089H, L q = 21.3 μ H 2 = 0.0000106 H {{L}_{q}}=frac{21.3mu H}{2}=0.0000106H Lq=221.3μH=0.0000106H;
  为了提高精度,可取多次测量的平均值。
  反电动势常数
  电机反电动势常数,单位V.sec/rad。测量反电动势有很多不同的方法,比如说如果转轴在外部的话,还可以用外力比如电钻将转子转起来,风扇等就很适合这个方法。但是对于类似压缩机那样被包裹起来的电机,可以先将电机跑到一个较高的转速,然后突然自由停机,然后再测试相电压输出。
  但一定要注意的是单位一定要统一,特别是相电压的测量,究竟是线电压,还是相电压,究竟是峰峰值,还是峰值。否则其结果就会有很大的差别。
  测量反电动势图具体方法如下:
  示波器设置为1V/div,20ms/div,使用触发采样,触发电平1V左右(此设置供Kv值为1000左右的电机参考,Kv相差大的电机可尝试多次来设置合适参数);
  示波器探头接电机任意两根线,使用电钻钳住电机的转头,尽量高速旋转电机,可抓取到电机反电动势的波形;
  选取幅度稍大且变化比较平缓的1~2个周期波形,测量出此小段波形的电压峰峰值 U p {U}_{p} Up和频率 f f f;
  用下面公式来计算电机的反电动势常数,如下图所示峰峰值电压 U p = 8.72 V {{U}_{p}}=8.72V Up=8.72V,频率 f = 31.692 H Z f=31.692HZ f=31.692HZ,计算得出结果为单相反电动势常数 K e p h ≈ 0.0126 V {{K}_{eph}}approx 0.0126V Keph≈0.0126V,三相反电动势常数 K e ≈ 0.0219 V {{K}_{e}}approx 0.0219V Ke≈0.0219V:
  K e p h = U p 2 3 ω = U p 2 3 × 2 π f = 8.72 4 3 × π × 31.692 ≈ 0.0126 {{K}_{eph}}=frac{{{U}_{p}}}{2sqrt{3}omega }=frac{{{U}_{p}}}{2sqrt{3}times 2pi f}=frac{8.72}{4sqrt{3}times pi times 31.692}approx 0.0126 Keph=23 ωUp=23 ×2πfUp=43 ×π×31.6928.72≈0.0126
  K e = U p 2 ω = U p 4 π f = 8.72 4 π × 31.692 ≈ 0.0219 {{K}_{e}}=frac{{{U}_{p}}}{2omega }=frac{{{U}_{p}}}{4pi f}=frac{8.72}{4pi times 31.692}approx 0.0219 Ke=2ωUp=4πfUp=4π×31.6928.72≈0.0219
  为了提高精度,可取多次测量的平均值。
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