直流无刷电机极对数图解（simulink）

Posted 2022-06-27 王张飞

电机参数的测量是正确调试电机的前提，尤其在无感调试中，参数的正确与否直接影响电机能否正常运行。 测量参数时可以使用 ST 提供的 motor profiler 也可以手动测量。

电机的一些关键参数包括相电阻、相电感、反电动势常数、极对数以及转动惯量等。

相电阻

相电阻的测量可以使用万用表做粗略的测量，或者使用电桥测量。万用表两端分别连接电机的任意两相，所得到的阻值的一半就是相电阻。

相电感

相电感一般使用电桥测量，常见的测量方法是将电桥频率设为 1KHZ 以上，也可以设置为系统 PWM 所使用的的频率，电压给 1V 左右，然后测量电机在该频率下的电感。

同样用电桥的两端连接电机的任意两相，得到的电感值的一半就是相电感；为了提高准确度，可以旋转一圈，多次测量求平均值。

反电动势常数

反电动势常数一般采用电机对拖的方式进行测量。小型电机可以使用电动工具带动电机旋转，同时示波器观测电机的反电动势波形，计算波峰与波谷的电压值，并计算此时的转速，反电动势常数由下式计算得出：

U 是反电动势的幅值，单位是伏特 v ，ω 是旋转角速度，单位是 rad/s，n 为转速，单位是rpm，ke 的单位是 v∙s/rad， 实际使用中常常使用 rpm 表示电机的速度，使用 v/krpm 表示反电动势常数的单位 ,它们之间的转换关系如下：

极对数

关于电机的极对数，一般电机厂商都会给出，如果不确定，也可以通过测试得到。

可以使用低压直流电源，限制一定的电流，加载到三相中的任意两相，用手转动电机一圈，有稳定位置的个数就是极对数。

当然也可以通过示波器测试，将示波器的端子和地连接到三相电机的任意两相上，用手转动电机一圈，出现几个正弦波，就是几对极。

假如极对数为p，那么机械转速与电气速度的关系为：机械转速×p=电气速度

转动惯量

在电机的加减速控制中，常常会涉及到转动惯量的测量。

转动惯量是一种表征刚体转动惯性大小的物理量，与刚体的质量、质量相对于转轴的分布等有关。

转动惯量对整个无刷电机控制系统的精度、稳定性以及动态响应都有很大的影响，特别是频繁的正反转切换、频繁的加减速过程中，转动惯量的影响非常明显。

小惯量的电机启动很快，制动性能也好，频繁加减速响应快，适合轻负载、高速度的场合。但是如果负载很大，电机惯量很小，那么这时候可能会对电机轴造成损坏，因此电机的转动惯量与折算到电机轴的负载惯量应该合理匹配，过大过小都不合适。

常见的无刷电机转动惯量的测定方法包括自减速法、辅助摆锤法以及扭摆法。这里以常用的自减速法为例，简单说明无刷直流电机转动惯量的测试方法。

给电机额定励磁电流，转速高于额定转速时，让电机空载运转；等电机平稳后迅速切断电机电源，电机在惯性状态下会继续运行，并自然减速，测定电机的减速曲线：

如上图所示，电机的转动惯量可

以由下面的公式算出：

J 为转动惯量，单位是 kg∙m^2；P 是额定转速下的机械损耗和空载铁损之和，单位是 kw；n1 是 t1 时刻的转速；n2 是 t2 时刻的转速，单位都是 rpm。