直流永磁电机参数及性能无负载的测试方法技术

本发明专利技术公开一种直流永磁电机的测试方法－－直流永磁电机参数及性能无负载的测试方法。其测试步骤如下：开机（１０１）；计算机输出信号使电源给直流电机施加一个启动的触发电压（Ｕ）（１０２）；电流传感器在启动时间内测取Ｎ个采样点的电流值ｉ↓［ｓ］（Ｋ），建立直流电机的电流曲线（Ｐ↓［ｓ］）（１０３）；比较电机模型曲线（Ｐ↓［ｍ］）在各采样点的电流值ｉ↓［ｍ］（Ｋ）与测得电流值ｉ↓［ｓ］（Ｋ）之间的差别，并求出相对值的均方值ｅ（１０４）；修改决定着（Ｐ↓［ｍ］）的多维参数向量（Ｐ）的值，（Ｐ↓［ｍ］）趋近于（Ｐ↓［ｓ］）（１０５）；当ｅ趋近于０时的（Ｐ↓［ｍ］）所对应的多维参数向量（Ｐ）的值即是所求直流电机的实际参数向量（１０６）；计算直流电机的其它电机参数和性能（１０７）；本发明专利技术对电机的参数及性能的测试，基本上是由软件完成。所需硬件设备极少。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及直流永磁电机在仅测试空载动静态电枢电压、电流情况下取得电机参数及性能的测试方法。
技术介绍
直流电机参数及特性的常规测试一般是在额定电压下，在电机的输出轴端加一个负载力矩，测出电机在各负载力矩下的转速、转矩、电压、电流，从而计算出电机的输入、输出功率、电机效率、电势常数、力矩常数及其它参数，并在此基础上求出电机工作特性。这种方法需要给电机加稳定负载，还需测量转矩、转速、电压、电流等量。完成这些工作需要很多硬件设备，且构成的测试系统比较庞大，操作复杂，在某些场合下是不合适的，如电机的在线测试。
技术实现思路
为了克服已有的直流电机参数测试方法必需给电机加负载才能进行检测的缺陷，提供一种无需给电机加负载，而且所需设备简单的直流永磁电机参数及性能无负载测试的方法。实现该测试方法的系统由电流传感器、电压传感器、计算机、电源和数据采集系统组成，本专利技术对电机的参数及性能的测试，基本上是由软件完成，运行在计算机中的程序对电机测试的步骤如下开机101；计算机输出信号使电源给直流电机施加一个启动的触发电压U 102；通过电流传感器在直流电机的启动时间内测取N个采样点即K＝1、2、3、…、N的电流值is(K)，得到直流电机的电流曲线Ps103；根据触发电压U找到已经存储在计算机中的与触发电压U相对应的电机模型曲线Pm，逐个采样点比较电机模型曲线Pm在各采样点的电流值im(K)与测得电流值is(K)之间的差别，并求出相对值的均方值e，电机模型曲线Pm所唯一对应的多维参数向量P是已知的并存储在计算机中104；修改决定着电机模型曲线Pm的多维参数向量P的值，使电机模型曲线Pm趋近于电流曲线Ps105；当e趋近于0时的电机模型曲线Pm所对应的多维参数向量P的值即是所求直流电机的实际参数向量106；根据实际参数向量计算直流电机的其它电机参数和性能107；结束108；如此就完成了对电机的参数及工作特性的测试。本专利技术对电机的参数及性能的测试，只需采集电动机的空载电压、电流，就可获得电机的主要动静态参数及电机的工作特性曲线。所需硬件设备极少，而且不需要给被测的直流电机施加负载，本测试方法与常规测试方法相比具有测试时间短、效率高、成本低的优点，而且能够在线测试。上述测取电机参数的方法与传统的测取电机参数的方法完全不同。传统测取电机参数的方法是力求将各参数的影响分离开来，逐个去测取电机参数。这种方法工作量大、速度慢，需要很多精密的设备和仪表。本专利技术是从整体上一次测出电机的所有参数。是一个搜索寻优的过程，过渡过程的i(t)包含了所有参数和初始条件的信息。通过大量的比较运算，使Pm逐步逼近Ps，im(t)逐步逼近is(t)，最后将Ps找出来。所述的，其可以测试得到的直流电机的动、静态参数包括电枢电阻、电枢电感、电机常数、转动惯量、力矩常数、电势常数、干摩擦转矩、粘摩擦系数、机电时间常数、电气时间常数；其可测试得到的电动机性能指标包括空载转速、空载电流、堵转电流、堵转转矩、最大效率时转速、最大效率时转矩、最大效率时电流、最大效率时输出功率、最大效率、最大输出时转速、最大输出时转矩、最大输出时电流、最大输出时效率、最大功率、机械特性斜率；其可测量得到的电动机工作特性曲线包括输出功率特性、输入电流特性、转速特性、效率特性。附图说明图1是本专利技术测试方法的流程图，图2是电机参数辨识方法原理图，图3是电机参数辨识方法曲线示意图。具体实施例方式下面结合图1、图2和图3具体说明本专利技术的实施方式。实现该测试方法的系统由电流传感器、电压传感器、计算机、电源和数据采集系统，本专利技术对电机的参数及性能的测试，基本上是由软件完成，运行在计算机中的程序对电机测试的步骤如下开机101；计算机输出信号使电源给直流电机施加一个启动的触发电压U 102；通过电流传感器在直流电机的启动时间内测取N个采样点即K＝1、2、3、…、N的电流值is(K)，建立直流电机的电流曲线Ps103；根据触发电压U找到已经存储在计算机中的与触发电压U相对应的电机模型曲线Pm，逐个采样点比较电机模型曲线Pm在各采样点的电流值im(K)与测得电流值is(K)之间的差别，并求出相对值的均方值e，电机模型曲线Pm所唯一对应的多维参数向量P是已知的并存储在计算机中104；修改决定着电机模型曲线Pm的多维参数向量P的值，使电机模型曲线Pm趋近于电流曲线Ps105；当e趋近于0时的电机模型曲线Pm所对应的多维参数向量P的值即是所求直流电机的实际参数向量106；根据实际参数向量计算直流电机的其它电机参数和性能107；结束108；计算机中存储着包含大量电机模型曲线的数据库，每条电机模型曲线所对应的多维参数向量都是已知确定的。步骤104至步骤106是本专利技术申请的参数辩识的过程，下面具休解释参数辨识处理的由来(一)直流永磁电机的数学模型无耦合直流永磁电机参数及性能测试系统中电机的数学模型是以线性作为分析直流永磁电机的基础，即忽略电枢反应，气隙磁通不随负载而变化。在空载状态下，直流永磁电机的数学模型可以用下述两个方程来描述u=Rai+Ladidt+CΩ+2ΔU--(1)]]>Ci=JdΩdt+Tf+CfΩ--(2)]]>式中u-加在电机电枢两端的电压，测试时是阶跃电压U(V)；i-电枢电流(A)；Ω-电机转速(1/s)，即机械角速度；Ra-电枢电阻(Ω)，电枢绕组两端电阻，不包含电刷压降影响；La-电枢绕组电感(H)；C-电机常数(Nm/A或VS)；忽略电枢反应的影响，可认为在整个测试范围内C为常数，则电机电势e＝CΩ，电机电磁转矩T＝Ci；J-电机转子转动惯量(Kg.m2)；Tf-电机摩擦转矩(Nm)，阻力矩；Cf-粘摩擦系数(Nm.S)Tf+CfΩ包括轴承摩擦力矩，电刷摩擦力矩， 风摩擦(包括风扇)力矩，铁损阻力矩，其它附加损耗力矩；将各种阻力矩看作转速的一次函数，将阻力矩分解为两项，其一是不变阻力矩，不随转速而变化，一项是可变阻力矩，与转速成线性关系；2ΔU-电刷接触压降(V)在空载起动过程中，认为刷压降是常数，不随电流变化。(二)参数辨识目标方程的建立参数辨识的目标方程是联系已知量与未知量的有效途径，是待求参数和可能获得的参数之间关系的表达式。根据已建立的直流永磁电机数学模型，针对所需求取的参数，通过数学方法对电机的数学模型进行处理，可以得到能够进行辨识处理的目标方程式。在本测试系统中，可测得的量值为输出电流，而所需辨识的电机参数与输出电流的关系又十分密切。由此可知，目标方程应能够反映这两者之间的关系。由方程(1)、(2)有JLaC2+CfRad2idt2+JRa+CfLaC2+CfRadidt+i=Cf(U-2ΔU)+CTfC2+CfRa--(3)]]>上式可简写成a2d2idt2+a1didt+i=a--(4)]]>其中a2=JLaC2+CfRa--(5)]]>a1=JRa+CfLaC2+CfRa--(6)]]>a=Cf(U-2ΔU)+CTfC2+CfRa--(7)]]>注意到，当空载且t＝∞时，i＝i0，i0为空载电流，即a＝i0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流永磁电机参数及性能无负载的测试方法，实现该测试方法的系统由电流传感器、电压传感器、计算机、电源和数据采集系统组成，本专利技术对电机的参数及性能的测试，基本上是由软件完成，其特征是：运行在计算机中的程序对电机测试的步骤如下：开机（１０１）；计算机输出信号使电源给直流电机施加一个启动的触发电压（Ｕ）（１０２）；通过电流传感器在直流电机的启动时间内测取Ｎ个采样点即Ｋ＝１、２、３、…、Ｎ的电流值ｉ↓［ｓ］（Ｋ），建立直流电机的电流曲线（Ｐ↓［ｓ］）（１０３）；根据触发电压（Ｕ）找到已经存储在计算机中的与触发电压（Ｕ）相对应的电机模型曲线（Ｐ↓［ｍ］），逐个采样点比较电机模型曲线（Ｐ↓［ｍ］）在各采样点的电流值ｉ↓［ｍ］（Ｋ）与测得电流值ｉ↓［ｓ］（Ｋ）之间的差别，并求出相对值的均方值ｅ，电机模型曲线（Ｐ↓［ｍ］）所唯一对应的多维参数向量（Ｐ）是已知的并存储在计算机中（１０４）；修改决定着电机模型曲线（Ｐ↓［ｍ］）的多维参数向量（Ｐ）的值，使电机模型曲线（Ｐ↓［ｍ］）趋近于电流曲线（Ｐ↓［ｓ］）（１０５）；当相对值的均方值ｅ趋近于０时的电机模型曲线（Ｐ↓［ｍ］）所对应的多维参数向量（Ｐ）的值即是所求直流电机的实际参数向量（１０６）；根据实际参数向量计算直流电机的其它电机参数和性能（１０７）；结束（１０８）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：崔淑梅，刘宝廷，柴凤，吴红星，刘曼兰，程树康，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]