本發(fā)明專利技術公開了一種無刷直流電動機模擬器。繞組子系統(tǒng)模擬器模擬繞組電阻、電感及反電勢；電磁子系統(tǒng)模擬器模擬無刷直流電動機的電磁力矩；負載特性模擬器模擬負載力矩；機械子系統(tǒng)模擬器模擬無刷直流電動機的機械特性；磁通密度模擬器模擬無刷直流電動機轉(zhuǎn)子磁通密度分布特性；反電勢子系統(tǒng)模擬器模擬無刷直流電動機的三相繞組反電勢；位置傳感器模擬器的模擬開關霍爾傳感器的輸出信號。本發(fā)明專利技術是可以替代無刷直流電動機本體的電子負載，具有真實無刷直流電動機的電氣特性和機械特性，可以對驅(qū)動電壓、驅(qū)動電流、反電勢、電磁轉(zhuǎn)矩等重要參數(shù)進行監(jiān)測，對換相錯誤、電流異常等信息進行記錄，具有故障自主診斷與處理能力。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
無刷直流電動機模擬器
設計一種無刷直流電動機模擬器，可以模擬無刷直流電動機的電子負載，具備無刷直流電動機的基本特性，如阻尼系數(shù)、極對數(shù)和轉(zhuǎn)動慣量等。電子負載的虛擬繞組具有與實際繞組相同或相似的電感、電阻等電器參數(shù)，可以在驅(qū)動器的驅(qū)動下運行，運行過程中客觀體現(xiàn)無刷直流電動機的基本特性，如反電勢系數(shù)、力矩系數(shù)等。
技術介紹
無位置傳感器無刷直流電動機是近年來產(chǎn)生并得到快速發(fā)展的一種新型電動機，具有結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，同時避免了位置傳感器安裝精度要求高、引線多、可靠性下降和工作環(huán)境受限制等問題，可廣泛應用于工業(yè)、航天、國防等領域。無刷直流電動機一般工作于高速狀態(tài)。在驅(qū)動器的研制、調(diào)試、老化測試過程中，經(jīng)常會使無刷直流電動機工作在過壓、過流以及非期望的運行狀態(tài)。若采用實際系統(tǒng)進行實驗，往往會造成不可預想的后果，嚴重可能會造成設備性能下降甚至損壞。如航天器上的一類慣性執(zhí)行機構(gòu)-飛輪，其實質(zhì)為無刷直流電動機，一般運行于10000轉(zhuǎn)/分以上，且價格昂貴，體積、重量較大。采用實際飛輪進行試驗時，會存在以下問題:由于搬運困難，會給會給調(diào)試過程帶來諸多不便；驅(qū)動控制線路的調(diào)試試驗存在過流、過壓等風險，可能會影響飛輪安全，一旦定子線圈燒毀，不但造成人力、物力、財力的較大損失，而且還會由于飛輪本體加工周期較長，極大地影響研制進度；驅(qū)動控制線路的性能評估需要對飛輪運轉(zhuǎn)過程中的各狀態(tài)參數(shù)進行測定，一些參數(shù)的測定比較困難甚至根本無法測定。無刷直流電動機模擬器可以避免真實無刷直流電動機本體在試驗中存在的諸多問題，有必要將無刷直流電動機模擬器用于無刷直流電動機驅(qū)動控制線路的研制過程，以解決驅(qū)動控制線路性能測試及可靠性試驗的需求，為高性能、高可靠無刷直流電動機的研制工作提供堅實的試驗條件保障。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是提供一種可以模擬無刷直流電動機的電子負載，具備無刷直流電動機的基本特性，如阻尼系數(shù)、極對數(shù)和轉(zhuǎn)動慣量等。電子負載的虛擬繞組具有與實際繞組相同或相似的電感、電阻等電器參數(shù)，可以在驅(qū)動器的驅(qū)動下運行，運行過程中客觀體現(xiàn)無刷直流電動機的基本特性，如反電勢系數(shù)、力矩系數(shù)等。無刷直流電動機模擬器的各項具體參數(shù)，如轉(zhuǎn)動慣量、力矩系數(shù)，甚至磁密分布等都可以根據(jù)用戶需要進行設定，使無刷直流電動機模擬器具備較強的通用性。本專利技術的一種無刷直流電動機模擬器，其包括繞組子系統(tǒng)模擬器(I)、電磁子系統(tǒng)模擬器(2)、機械子系統(tǒng)模擬器(3)、磁通密度子系統(tǒng)模擬器(4)、負載特性子系統(tǒng)模擬器(5 )、反電勢子系統(tǒng)模擬器(6 )，位置傳感器子系統(tǒng)模擬器(7 )和電氣接口( 8 );繞組子系統(tǒng)模擬器(I)用于模擬無刷直流電動機的三相繞組A、B、C和中線0，其包括繼電器(11)、電流傳感器(12)、反電勢發(fā)生器(13)、繞組電阻(14)和電感(15);三相繞組中串入繼電器(11)，在系統(tǒng)過流或過壓時能夠自動切斷三相模擬繞組與驅(qū)動器的連接，保護驅(qū)動器和無刷直流電動機模擬器；電流傳感器(12)獲得三相繞組的電流值，電流值作為繞組子系統(tǒng)模擬器(I)的輸出，電磁子系統(tǒng)模擬器(2)對電流值進行采樣處理；繞組在磁場中產(chǎn)生的反電勢使用可控電壓源(13)模擬實現(xiàn)，控制信號由反電勢模擬子系統(tǒng)(7)發(fā)出，用于模擬產(chǎn)生反電勢信號；繞組電阻(14)和電感(15)均由物理電阻和電感組成，以保證各繞組電流與實際無刷直流電動機繞組電流相同或相似；電磁子系統(tǒng)模擬器(2)模擬電動機中力矩的產(chǎn)生過程，對繞組子系統(tǒng)模擬器(I)的電流傳感器(12)輸出進行A/D采樣，得到無刷直流電動機A、B、C三相定子繞組相電流值ia、ib和i。；無刷直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩Te與力矩系數(shù)Km、反電勢波形函數(shù)μ j相關，可表示為:Te=Km(y aia+ybib+y cic)；負載特性模擬子系統(tǒng)(5)模擬輸出電動機的轉(zhuǎn)動慣量J和負載轉(zhuǎn)矩IY ;機械子系統(tǒng)模擬器(3)模擬電磁力矩Te和負載阻尼力矩!Y之間的相互作用，產(chǎn)生無刷直流電動機的運動狀態(tài)參數(shù)，如轉(zhuǎn)子位置θ—角速度ω和角加速度α ；磁通密度子系統(tǒng)模擬器(4)模擬產(chǎn)生反電勢波形函數(shù)，采用理想梯形波法、經(jīng)驗公式法和實測擬合法三種方法對反電勢波形進行模擬，輸出量為反電勢波形函數(shù)；反電勢子系統(tǒng)模擬器(6)以磁通密度子系統(tǒng)模擬器(4)的反電勢值μ j和機械子系統(tǒng)模擬器(3)的無刷直流電動機角速度ω為輸入信號，模擬產(chǎn)生無刷直流電動機運行過程中三相繞組產(chǎn)生的反電勢控制信號，反電勢控制信號控制繞組子系統(tǒng)模擬器的可控電壓源產(chǎn)生反電勢ej ；位置傳感器模擬子系統(tǒng)(7)從機械子系統(tǒng)模擬器得到電動機轉(zhuǎn)子電角度Θ e，模擬產(chǎn)生霍爾傳感器的輸出信號；`本專利技術設計的無刷直流電動機模擬器優(yōu)點在于:(1)與實際無刷直流電動機相比成本較低，體積小，重量輕，搬運方便，易于操作；(2)具有故障自主診斷與處理能力，可以在驅(qū)動電壓或電流過大時自動切斷系統(tǒng)回路，保護驅(qū)動控制線路及無刷直流電動機模擬器安全，更不會由于驅(qū)動控制線路的問題影響無刷直流電動機本體的安全；(3)可以對驅(qū)動電壓、驅(qū)動電流、反電勢、電磁轉(zhuǎn)矩等重要參數(shù)進行監(jiān)測，對換相錯誤、電流異常等信息進行記錄，為無刷直流電動機驅(qū)動控制線路的設計與改進提供重要的試驗依據(jù)；(4)可以對電氣特性及機械特性參數(shù)進行離線設定或在線調(diào)整，可使驅(qū)動控制線路在時間不受限制的情況下進行大電流應力試驗；(5)對機械特性的模擬是通過數(shù)字算法進行的，沒有機械噪聲，不會污染試驗環(huán)境；【附圖說明】圖1為本專利技術與無刷直流電動機驅(qū)動器的連接原理框圖；圖2為本專利技術的原理結(jié)構(gòu)框圖。圖3為本專利技術的繞組子系統(tǒng)模擬器原理框圖。圖4為本專利技術的電磁子系統(tǒng)模擬器原理框圖。圖5為本專利技術的機械子系統(tǒng)模擬器原理框圖。本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種用于模擬無刷直流電動機的電氣特性和機械參數(shù)的無刷直流電動機模擬器，其特征在于，該無刷直流電動機模擬器包括繞組子系統(tǒng)模擬器（1）、電磁子系統(tǒng)模擬器（2）、機械子系統(tǒng)模擬器（3）、磁通密度子系統(tǒng)模擬器（4）、負載特性子系統(tǒng)模擬器（5）、反電勢子系統(tǒng)模擬器（6）、位置傳感器子系統(tǒng)模擬（7）和電氣接口（8）等。繞組子系統(tǒng)模擬器（1）用于模擬無刷直流電動機的三相繞組A、B、C和中線O，其包括繼電器（11）、電流傳感器（12）、反電勢發(fā)生器（13）、繞組電阻（14）和電感（15）；三相繞組中串入繼電器（11），在系統(tǒng)過流或過壓時能夠自動切斷三相模擬繞組與驅(qū)動器的連接，保護驅(qū)動器和無刷直流電動機模擬器；電流傳感器（12）獲得三相繞組的電流值，電流值作為繞組子系統(tǒng)模擬器（1）的輸出，電磁子系統(tǒng)模擬器（2）對電流值進行采樣處理；繞組在磁場中產(chǎn)生的反電勢使用可控電壓源（13）模擬實現(xiàn)，控制信號由反電勢模擬子系統(tǒng)（7）發(fā)出，用于模擬產(chǎn)生反電勢信號；繞組電阻（14）和電感（15）均由物理電阻和電感組成，以保證各繞組電流與實際無刷直流電動機繞組電流相同或相似。電磁子系統(tǒng)模擬器（2）模擬電動機中力矩的產(chǎn)生過程，對繞組子系統(tǒng)模擬器（1）的電流傳感器輸出進行A/D采樣，得到無刷直流電動機A、B、C三相定子繞組相電流值ia、ib和ic；無刷直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩Te與力矩系數(shù)Km、無刷直流電動機A、B、C三相反電勢波形函數(shù)μa、μb、μc有關，可表示為：Te=Km(μaia+μbib+μcic)。負載特性模擬子系統(tǒng)（5）模擬輸出無刷直流電動機的轉(zhuǎn)動慣量J和負載轉(zhuǎn)矩TL；機械子系統(tǒng)模擬器（3）模擬電磁力矩Te和負載阻尼力矩TL之間的相互作用，產(chǎn)生無刷直流電動機的運動狀態(tài)參數(shù)：轉(zhuǎn)子位置θ、角速度ω和角加速度α。磁通密度子系統(tǒng)模擬器（4）是模擬產(chǎn)生反電勢波形函數(shù)的子系統(tǒng)，采用理想梯形波法、經(jīng)驗公式法和實測擬合法三種方法對反電勢波形進行模擬，輸出量為反電勢波形函數(shù)μj(θe)。反電勢子系統(tǒng)模擬器（6）以磁通密度子系統(tǒng)模擬器（4）的反電勢波形函數(shù)μj(θe)和機械子系統(tǒng)模擬器（3）的無刷直流電動機角速度ω為輸入信號，模擬產(chǎn)生無刷直流電動機運行過程中三相繞組產(chǎn)生的反電勢控制信號，反電勢控制信號控制繞組子系 統(tǒng)模擬器（1）的可控電壓源產(chǎn)生反電勢ej。位置傳感器模擬子系統(tǒng)（7）從機械子系統(tǒng)模擬器得到電動機轉(zhuǎn)子電角度θe，模擬產(chǎn)生霍爾傳感器的輸出信號。...
【技術特征摘要】
1.一種用于模擬無刷直流電動機的電氣特性和機械參數(shù)的無刷直流電動機模擬器，其特征在于，該無刷直流電動機模擬器包括繞組子系統(tǒng)模擬器(I)、電磁子系統(tǒng)模擬器(2)、機械子系統(tǒng)模擬器(3)、磁通密度子系統(tǒng)模擬器(4)、負載特性子系統(tǒng)模擬器(5)、反電勢子系統(tǒng)模擬器(6)、位置傳感器子系統(tǒng)模擬(7)和電氣接口(8)等。 繞組子系統(tǒng)模擬器(I)用于模擬無刷直流電動機的三相繞組A、B、C和中線O，其包括繼電器(11)、電流傳感器(12)、反電勢發(fā)生器(13)、繞組電阻(14)和電感(15);三相繞組中串入繼電器(11)，在系統(tǒng)過流或過壓時能夠自動切斷三相模擬繞組與驅(qū)動器的連接，保護驅(qū)動器和無刷直流電動機模擬器；電流傳感器(12)獲得三相繞組的電流值，電流值作為繞組子系統(tǒng)模擬器(I)的輸出，電磁子系統(tǒng)模擬器(2)對電流值進行采樣處理；繞組在磁場中產(chǎn)生的反電勢使用可控電壓源(13)模擬實現(xiàn)，控制信號由反電勢模擬子系統(tǒng)(7)發(fā)出，用于模擬產(chǎn)生反電勢信號；繞組電阻(14)和電感(15)均由物理電阻和電感組成，以保證各繞組電流與實際無刷直流電動機繞組電流相同或相似。 電磁子系統(tǒng)模擬器(2)模擬電動機中力矩的產(chǎn)生過程，對繞組子系統(tǒng)模擬器(I)的電流傳感器輸出進行A/D采樣，得到無刷直流電動機A、B、C三相定子繞組相電流值ia、ib和i。；無刷直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩Te與力矩系數(shù)Km、無刷直流電動機A、B、C三相反電勢波形函數(shù) μ a、yb、μ。有關,可表示為aia...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：吳忠，呂昊暾，張健，王侃，
申請(專利權(quán))人：北京航空航天大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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