[發明專利]無刷直流電動機模擬器

有效

• 申請號: 201310562434.6
• 申請日: 2013-11-12
• 公開（公告）號: CN103607144A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 吳忠;呂昊暾;張健;王侃
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H02P6/00
• 分類號: H02P6/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

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、極對數和轉動慣量等。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，可以在驅動器的驅動下運行，運行過程中客觀體現無刷直流電動機的基本特性，如反電勢系數、力矩系數等。

背景技術

無位置傳感器無刷直流電動機是近年來產生并得到快速發展的一種新型電動機，具有結構簡單等優點，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境受限制等問題，可廣泛應用于工業、航天、國防等領域。

無刷直流電動機一般工作于高速狀態。在驅動器的研制、調試、老化測試過程中，經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。若采用實際系統進行實驗，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行機構-飛輪，其實質為無刷直流電動機，一般運行于10000轉/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，會給會給調試過程帶來諸多不便；驅動控制線路的調試試驗存在過流、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；驅動控制線路的性能評估需要對飛輪運轉過程中的各狀態參數進行測定，一些參數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動控制線路的研制過程，以解決驅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。

發明內容

本發明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、極對數和轉動慣量等。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，可以在驅動器的驅動下運行，運行過程中客觀體現無刷直流電動機的基本特性，如反電勢系數、力矩系數等。無刷直流電動機模擬器的各項具體參數，如轉動慣量、力矩系數，甚至磁密分布等都可以根據用戶需要進行設定，使無刷直流電動機模擬器具備較強的通用性。

本發明的一種無刷直流電動機模擬器，其包括繞組子系統模擬器（1）、電磁子系統模擬器（2）、機械子系統模擬器（3）、磁通密度子系統模擬器（4）、負載特性子系統模擬器（5）、反電勢子系統模擬器（6），位置傳感器子系統模擬器（7）和電氣接口（8）；

繞組子系統模擬器（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），在系統過流或過壓時能夠自動切斷三相模擬繞組與驅動器的連接，保護驅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模擬器（1）的輸出，電磁子系統模擬器（2）對電流值進行采樣處理；繞組在磁場中產生的反電勢使用可控電壓源（13）模擬實現，控制信號由反電勢模擬子系統（7）發出，用于模擬產生反電勢信號；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；

電磁子系統模擬器（2）模擬電動機中力矩的產生過程，對繞組子系統模擬器（1）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i_a、i_b和i_c；無刷直流電動機的電磁轉矩T_e與力矩系數K_m、反電勢波形函數μ_j相關,可表示為：T_e=K_m(μ_ai_a+μ_bi_b+μ_ci_c)；

負載特性模擬子系統（5）模擬輸出電動機的轉動慣量J和負載轉矩T_L；

機械子系統模擬器（3）模擬電磁力矩T_e和負載阻尼力矩T_L之間的相互作用，產生無刷直流電動機的運動狀態參數，如轉子位置θ_e、角速度ω和角加速度α；