无刷直流电动机静态力矩脉动测试
童良忠（浙江省机电设计研究院）
陆永平（哈尔滨工业大学）
在研究无刷直流电动机力矩脉动过程中，设计了一套静态力矩脉冲测试装置。该装置利用了一台现成的三相反应式步进电动机作为力矩传感元件，配上适当的控制线路，构成了无刷直流电动机静态力矩脉动测试系统。本文介绍该装置的结构原理及其应用。
1测试装置的结构及工作原理
测试装置的结构如图1所示。它主要由三相反应式步进电动机、电路及机械分度头组成，其原理框图如图2所示，
步进电动机的转子轴和被测无刷直流电动机转子轴作刚性连接；机械分度头三爪夹住步进电动机的外壳，给步进电动机的其中一相绕组通以直流电压。这样，步进电动机转子就处于通电相的平衡位置。同时在步进电动机的另两相绕组间加以中频信号电压，本装置取其频率fk= l0kHz，电压Vo=5V。这样，由于步进电动机三相绕组之间的耦合关系，在通直流电压的这相绕组中就会产生变压器电势，电势幅值的大小取决于步进电动机的气隙磁导，而气隙磁导的大小则取决于转子的位置。根据步进电动机的矩角特性(设A相通电)
式中θ1——失调角Mk——****静转矩，它取决于通电相电流的大小
由式(1)得
从式(2)可知，当通电相电流一定时，失调角的大小取决于步进电动机转子轴上受力的大小。通过上述分析可看出，步进电动机转子轴上受力的大小决定了失调角的大小，而失调角的大小则反映了转子的位置，因而决定了气隙磁导的大小，从而就决定了通直流电压相绕组的输出变压器电势的大小。因此，当步进电动机转子轴上受不同的力矩时，A相绕组输出变压器电势幅值的大小也不同，设ek=f (MA)。把该输出出电势ek经过相敏整流、放大、滤波就可 输出一直流电压Ek， 因此有Ek=f1(MA)。这个关系可预先标定。由于Ek可由直流电压表测得，所以从Ek=f1 (MA)。就可决定出M A=f1-1(Ek)。以上就是本测试装置的基本原理。
2测试步骤
通过上述测试原理分析可知，利用本装置测试无刷直流电动机的静态力矩脉动，其步骤为
a．先脱开被测电机，在步进电动机轴上挂法码标定Ek =f1 (MA)曲线。
b．连接被测电机，转动分度头，每转一个位置从电压表读取一个Ek值。
c．根据Ek值在Ek =f1(MA)曲线上查取M．值。
需补充说明两点：
a．由于被测电机存在摩擦力矩，该力矩方向和分度头转向相反，故必须沿分度头转向在电机轴上加二恒定转矩来抵消摩擦力矩。
b．由于步进电动机存在失调角，使得从分度头读出的角度位置与被测电机转子的实际转角位置有偏差，该偏差的大小取决干失调角的大小。因此，实际测试时，在系统灵敏度足够的情况下，应尽量加大步进电动机的****静转矩，使得失调角尽可能小。
3测试实例
利用上述测试装置对一台样机进行了测试。样机参数为：功率P=400W，额定转速疗nN= 2 000r／min，槽数Z=30，电枢内径D- 50mm，电枢铁心长L Fe=252mm，极数2P =8，磁钢采用钕铁硼永磁材料。分别对定位力矩及堵转电磁力矩脉动进行测试，测试结果为
3.1定位力矩
标定Ek =fi (MA)曲线，如图3a所示。测得定位力矩变化，如图3b所示。
由于本例中被测电机额定力矩MN=2 N．m，故定位力矩引起的力矩脉动为
3.2堵转电磁力矩脉动
3.2.1不接换向线路，绕组通直流电流
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