一種檢測直流永磁有刷電動機電阻的方法
2023-12-03 13:37:06 1
專利名稱：一種檢測直流永磁有刷電動機電阻的方法
技術領域：
本發明涉及電阻測量技術領域，更具體地說，涉及一種檢測直流永磁有刷電動機 電阻的方法。
背景技術：
直流永磁有刷電動機電阻包括電樞線圈繞線電阻、接線端子至碳刷間的引線電 阻、碳刷電阻以及碳刷與換向片之間的接觸電阻。直流永磁有刷電動機(以下簡稱電動機) 的電阻(以下簡稱電阻)對電動機的運行特性有著重要影響，準確測試電阻最直接的意義 在於為正確獲得電動機的機電特性提供了基礎數據。目前檢測電動機電阻的方法基本上有兩種一種是利用檢測電動機起動瞬間(堵 轉)狀態的電壓和電流進而換算得到電阻。然而，由於換向片間的電阻因電樞製造工藝不 同而不同，使得電動機的碳刷停在不同的位置測得的電阻不同；此外，由於電樞電感的存在 使得靠起動瞬間電壓和電流換算得到的電阻與實際的電阻存在較大偏差，更不能測得電動 機在不同運行狀態下的電阻。另一種方法是利用檢測電動機起動過程的動態參數來辯識電 動機的模型，進而換算測得電阻，由此得到的電阻與電動機穩態運轉下的電阻仍存在差異， 因此，仍然不能採用此方法檢測電動機在穩態運轉下的電阻。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種檢測直流永磁有刷電動機電阻的方法，該 方法能夠檢測出電動機在穩態運轉下的電阻，從而可根據測得的電阻值獲得電動機的機電 特性參數。為實現上述目的，本發明提供的一種檢測直流永磁有刷電動機電阻的方法，所述 方法具體包括如下步驟至少改變三次給電動機供電的交直流合成電源中交流電的角頻率 ω，每次均調節電動機交流電流的有效值B並記錄，至少測得三次電動機交流有功功率Pa。； 根據所述至少三組角頻率ω、所述記錄的電動機交流電流的有效值B和至少三組電動機交 流有功功率Pa。計算得出電動機的電阻R。優選地，所述根據所述至少三組角頻率ω、所述記錄的電動機交流電流的有效值 B和至少三組電動機交流有功功率Pae計算得出電動機的電阻R具體為將所述至少三組角 頻率ω、所述記錄的電動機交流電流的有效值B和至少三組電動機交流有功功率Pa。代入 公式Pae = Β2Κ+αΒ2ω + βΒ2ω2中，得到具有三個未知數的至少三個方程；解由所述至少三 個方程組成的方程組，得出電動機的電阻R。優選地，每次均調節交流電壓使電動機的交流電流的有效值B為一定值。優選地，用於給電動機供電的交直流合成電源包括幅度可調節的直流電壓分量 和幅度及頻率均可調節的交流電壓分量；其中，所述直流電壓分量用於調節電動機的轉速， 所述交流電壓分量用於檢測電動機在對應轉速下的電阻。優選地，所述交直流合成電源中交流電壓分量的波形為正弦波、方波、三角波或鋸齒波等任意形狀的周期性波形。優選地，用於給電動機供電的交直流合成電源由直流電源與交流電源組合併以串 聯的形式接入電路。優選地，用於給電動機供電的交直流合成電源由直流電源與交流電源組合併以並 聯的形式接入電路。在直流電源的支路串聯一個防止交流電源被直流電源短路的電感，在 交流電源的支路串聯一個防止直流電源被交流電源短路的電容。由此可見，本發明採用交直流合成電源給電動機供電的方法來檢測電動機的電 阻，通過至少改變三次交直流合成電源中交流電的角頻率，每次均調節電動機交流電流的 有效值並記錄，至少測得三次電動機的交流有功功率，由所述至少三組交流電的角頻率、所 述記錄的電動機交流電流有效值和至少三組電動機交流有功功率即可計算出電動機對應 穩態轉速下的電阻。
為了更清楚地說明本發明實施例，對實施例中所需要使用的附圖加以介紹。顯而 易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在 不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明實施例提供的一種檢測直流永磁有刷電動機電阻的方法流程圖；圖2為本發明實施例提供的一種檢測直流永磁有刷電動機電阻的電路結構示意 圖；圖3為本發明實施例提供的又一種檢測直流永磁有刷電動機電阻的電路結構示 意圖；圖4為本發明實施例提供的另一種檢測直流永磁有刷電動機電阻的電路結構示 意圖；圖5為本發明實施例提供的又一種檢測直流永磁有刷電動機電阻的方法流程圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部實施例。基於本 發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下，所獲得的所有其他 實施例，都屬於本發明保護範圍。現有技術中均是在直流電源的作用下測試電動機堵轉或起動過程的參數進而測 得電動機的電阻，所述測得的電阻與電動機穩態運轉下的電阻存在差異，進而影響準確測 試電動機的機電特性。為了解決上述技術問題，本發明提供了一種檢測直流永磁有刷電動機電阻的方 法，本發明提供的方法採用交直流合成電源給電動機供電，其中，交直流合成電源中的直流 電壓分量幅度可調節，通過調節直流電壓分量可改變電動機的穩態轉速；交直流合成電源 中的交流電壓分量的頻率和幅度均可調節，通過調節交流電壓分量的頻率和幅度，可以檢 測電動機在對應穩態轉速下的電阻，所述交直流合成電源中交流電壓分量的波形可以為正 弦波、方波、三角波或鋸齒波等周期性波形。
參考圖1，為本發明實施例提供的一種檢測直流永磁有刷電動機電阻的方法實施 例1，本實施例具體可以包括如下步驟步驟101 將交直流合成電源輸出給電動機。直流永磁有刷電動機接上交直流合成電源後在直流電壓分量的作用下按一定的 轉速及轉向運轉，當交直流合成電源中交流電壓的頻率遠高於電動機轉子的固有頻率時， 所述電動機的運轉狀態不變，電動機的交流有功功率全部消耗在電動機的電阻和鐵芯上。電動機兩端的交流電壓為formula see original document page 5其中，A為交流電壓有效值，ω為交流電源角頻率，t為時間。通過電動機的交流電流為
formula see original document page 5
其中，B為交流電流有效值，ω為交流電源角頻率，t為時間…為相位。
則電動機的交流有功功率為formula see original document page 5步驟102 改變三次交直流合成電源中交流電壓的角頻率，每次均調節電動機的 交流電流有效值為定值B，測得三組電動機的交流有功功率。調整交直流合成電源中交流電壓的角頻率為一數值，調節交直流合成電源中交流 電壓的幅值使電動機的交流電流有效值為定值B，記錄此時測得的電動機的交流有功功率。 改變三次交直流合成電源中交流電壓的角頻率，並將所述三次所調整的角頻率ω」 ω2、ω3 記錄下來，每一次均調節交直流合成電源中交流電壓的幅度，使電動機的交流電流有效值 為定值B，將每次對應測得的電動機的交流有功功率Pac;1、Pa。2、Pac3記錄下來。步驟103 根據所述電動機的交流電流有效值B、三組角頻率ωι、ω2、ω3*三組電 動機的交流有功功率pac;1、pa。2、Pac3計算得出電動機的電阻R。由於電動機的交流有功功率全部消耗在電動機的電阻和鐵芯上，而電動機鐵芯上 的鐵損包括磁滯損耗Pm和渦流損耗pw，當交流電流有效值B較小時，電樞鐵芯中磁通變化 範圍較小，可看成近似線性變化，則磁滯損耗Pm和渦流損耗Pw分別為
formula see original document page 5
其中，B為交流電流有效值，ω為交流電源角頻率，α為磁滯損耗係數。由於電 動機的直流電流不變，即鐵芯的靜態工作點不變，又因調節交流電壓使交流電流的有效值B 不變，則鐵芯磁感應強度一磁場強度曲線在一個交流電流周期內的軌跡和面積不變，因此 在一個交流電流周期內總的磁滯損耗Pm不變，也即對於給定的電動機運行狀態(直流電流 一定時)和給定的交流有效值B，α不受交流電源角頻率ω的影響。Pw = β B2 ω2(5)其中，B為交流電流有效值，ω為交流電源角頻率，β為渦流損耗係數。由於電 動機的直流電流不變，即鐵芯的靜態工作點不變，又因調節交流電壓使交流電流的有效值B 不變，則鐵芯磁感應強度一磁場強度曲線在一個交流電流周期內的軌跡和面積不變，因此在一個交流電流周期內總的渦流損耗Pw不變，也即對於給定的電動機運行狀態(直流電流 一定時)和給定的交流有效值B，β不受交流電源角頻率ω的影響。
而電動機的電阻損耗Pr為
formula see original document page 6其中，B為電動機交流電流有效值，R為電動機的電阻。則電動機的交流有功功率為formula see original document page 6將步驟102中所述改變了三次的交流電的角頻率ω」(02和ω3，調節後的電動機 交流電流有效值B，所述測得的三組電動機的交流有功功率Pael、Pac2和Pae3代入式(8)中， 則有
formula see original document page 6聯立式(9)、(10)和(11)組成的方程組，方程組中共有α、β和R三個未知數，解 之即可求得電動機在穩態轉速下的電阻R。當然，也可以通過多次改變交流電的角頻率ω，每一次均調節交流電的電壓使得 電動機交流電流有效值為B，測得相應的電動機交流有功功率Pa。，將所得數據代入式(8)進 行求解。對此本發明並無特別限制，但由於式(8)中的未知數除了電動機的電阻R外，還有 和鐵芯磁滯損耗和渦流損耗有關係的常數α和β，所以應至少測試三組數據方能解出電 阻R。從上面的實施例可以看出，由於本發明利用交直流合成電源帶動電動機運轉，交 直流合成電源的直流電壓用來調節電動機的轉速，交直流合成電源的交流電輸出給電動機 的有功功率全部消耗在電動機的電阻和鐵芯上，通過至少改變三次交流電的角頻率，調節 交流電的電壓使電動機的交流電流有效值每次均保持不變，檢測相應的供給電動機的交流 有功功率，由電動機的交流電流有效值和至少三組交流電角頻率、至少三組電動機的交流 有功功率即可計算出電動機在穩態轉速下的電阻。在實際應用中，改變三次交流電的角頻率分別為ωι、ω2* ω3時調節的三次電動 機的交流電流有效值可以存在一定的偏差，將三次所調節實測的電動機交流電流有效值分 別記為Bp B2、B3，則有
formula see original document page 6聯立式(12)、(13)和(14)組成的方程組，方程組中共有α、β和R三個未知數， 解之即可求得電動機在穩態轉速下的電阻R。參考圖2，為本發明提供的一種檢測直流永磁有刷電動機電阻的電路結構示意圖。 圖中示出了交直流合成電源Ε，直流永磁有刷電動機Μ,交直流合成電源E給直流永磁有刷 電動機M供電。所述直流永磁有刷電動機M的輸入電流Im包括直流電流Id。和交流電流Ia。，所述直流永磁有刷電動機M的端電壓Um包括直流電壓Udc和交流電壓Uac。參考圖3和圖4，為本發明實施例提供的兩種檢測直流永磁有刷電動機電阻的具體的電路結構示意圖。圖3中示出了直流電源Ed。，交流電源Ea。，所述直流電源Ed。和所述交流電源Ea。為 串聯關係。所述直流電源Ed。和所述交流電源Ea。共同作用輸出給直流永磁有刷電動機M, 所述直流永磁有刷電動機M的輸入電流Im包括直流電流Id。和交流電流Ia。，所述直流永磁 有刷電動機M的端電壓Um包括直流電壓Udc和交流電壓Uac。圖4中示出了直流電源Ed。，交流電源Ea。，所述直流電源Ed。和所述交流電源Ea。為 並聯關係。在所述直流電源Ed。的支路串聯有電感L，所述電感L用來防止交流電源Ea。被 直流電源Ed。短路；在所述交流電源Ea。的支路串聯有電容C，所述電容C用來防止直流電源 Edc被交流電源Ea。短路。所述直流電源Ed。和所述交流電源Ea。共同作用輸出給直流永磁有 刷電動機M，所述直流永磁有刷電動機M的輸入電流Im包括直流電流Id。和交流電流Ia。，所 述直流永磁有刷電動機M的端電壓Um包括直流電壓Udc和交流電壓Uac。當然，本發明中所述交直流合成電源中的交流電源和直流電源除了以圖3和圖4 中所示的連接方式接於電路中外，還可以以混聯的形式接於電路，在此不做過多的贅述，只 要本領域技術人員在不付出創造性勞動的前提下所做的修改和潤色均屬本發明所保護的 範圍。無論對於何種連接方式，在具體檢測電動機電阻的時候，其執行方法步驟都是相 同的。參考圖5，為本發明實施例提供的一種檢測直流永磁有刷電動機電阻的方法實施例 2，本實施例具體可以包括如下步驟步驟201 將一個交直流合成電源E供給電動機M。其中，所述交直流合成電源E中的交流電的角頻率和幅度均可變。所述交直流合 成電源中交流電源和直流電源的連接方式可以為圖3和圖4中所示的一種，也可以是不同 於上述兩種的連接方式。步驟202 給定交流電的角頻率為一個值ω」調節交流電電壓使得電動機的交流 電流Ia。的有效值為B，檢測電動機端電壓的交流電壓Ua。，測得電動機的交流有功功率Paca 並記錄。步驟203 改變交流電的角頻率為另一個值ω2，調節交流電電壓使得電動機的交 流電流Ia。的有效值為B，檢測電動機端電壓的交流電壓Ua。，測得電動機的交流有功功率Pa。2 並記錄。步驟204 再次改變交流電的角頻率為另一個值ω3，調節交流電電壓使得電動機 的交流電流Ia。的有效值為B，檢測電動機端電壓的交流電壓Ua。，測得電動機的的交流有功
功率Pa。3並記錄。步驟205 將步驟202、203和204中的數據代入式(8)中計算電阻R。將步驟202、203和204中改變了三次的角頻率ω^ ω2和ω3，調節後的電動機的 交流電流的有效值B，測得的三組電動機的交流有功功率Pael、Pa。2和Pae3分別代入式⑶中， 得到式(9)、(10)和(11)三個方程，所述三個方程中含有R、α和β三個未知數，聯立所述 三個方程並求解，計算得出電動機的電阻R。當然，實施例1和實施例2中均可多改變幾次交流電的角頻率ω，每次均調節交流電的電壓使電動機交流電流有效值為B，進而多測幾組電動機的交流有功功率Pa。，這樣計 算得出的電動機的電阻R更準確。對於電動機的其他性能參數，只要跟電阻R有關聯都可 以通過此檢測方法獲得。 對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。 對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明 將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一 致的最寬的範圍。
權利要求
一種檢測直流永磁有刷電動機電阻的方法，其特徵在於，包括至少改變三次給電動機供電的交直流合成電源中交流電的角頻率ω，每次均調節電動機交流電流的有效值B並記錄，至少測得三次電動機交流有功功率Pac；根據所述至少三組角頻率ω、所述記錄的電動機交流電流的有效值B和至少三組電動機交流有功功率Pac計算得出電動機的電阻R。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述根據所述至少三組角頻率《、所述記 錄的電動機交流電流的有效值B和至少三組電動機交流有功功率Pa。計算得出電動機的電 阻R，具體為將所述至少三組角頻率《、所述記錄的電動機交流電流的有效值B和至少三組電動機 交流有功功率Pa。代入公式Pa。= B2R+aB2 + ^B2 2中，得到具有三個未知數的至少三個 方程；解由所述至少三個方程組成的方程組，得出電動機的電阻R。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，每次均調節交流電壓使電動機的交流 電流的有效值B為一定值。
4.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，用於給電動機供電的交直流合成電源 包括幅度可調節的直流電壓分量和幅度及頻率均可調節的交流電壓分量；其中，所述直 流電壓分量用於調節電動機的轉速，所述交流電壓分量用於檢測電動機在對應轉速下的電 阻。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述交直流合成電源中交流電壓分量的 波形為正弦波、方波、三角波或鋸齒波周期性波形。
6.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，用於給電動機供電的交直流合成電源 由直流電源與交流電源組合併以串聯的形式接入電路。
7.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，用於給電動機供電的交直流合成電源 由直流電源與交流電源組合併以並聯的形式接入電路。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，在直流電源的支路串聯一個防止交流電 源被直流電源短路的電感。
9.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，在交流電源的支路串聯一個防止直流電 源被交流電源短路的電容。
全文摘要
本發明公開了一種檢測直流永磁有刷電動機電阻的方法，所述方法包括至少改變三次給電動機供電的交直流合成電源中交流電的角頻率，每次均調節電動機的交流電流有效值並記錄，至少測得三次電動機交流有功功率；根據所述至少三組角頻率、所述記錄的電動機交流電流有效值和至少三組電動機交流有功功率計算得出電動機的電阻。本發明採用交直流合成電源給電動機供電的方法來檢測電動機的電阻，由於電動機的交流有功功率全部消耗在電動機的電阻和鐵芯上，故通過改變交流電的角頻率，檢測並記錄電動機對應角頻率下的交流電流有效值和交流有功功率，根據所測數據和相關的公式即可計算出電動機在對應穩態轉速下的電阻。
文檔編號G01R27/08GK101833041SQ20101011122
公開日2010年9月15日 申請日期2010年2月10日 優先權日2010年2月10日
發明者彭建學, 鄒維克 申請人:上海奧波電子有限公司