直流电机测试方法

直流电机检测系统的设计

___根据GB/T1311-2008标准制定

介绍适合于直流电机(DC Motor,BLDCM)电机的自动测试系统。该系统以为核心控制芯片，充分利用，设计了一种直流电机的检测实验平台。论述平台的软、硬件设计，该实验平台能满足对直流电机的检测需要。

1 基于平台的系统功能

通过上位机对下位机的控制完成电机的不同性能参数的测试，并绘制特性曲线，其包括输出扭矩、输出转速、电压、电流、功率、效率、温度、电枢绕阻等性能，从而判断产品质量稳定性，同时可以根据电脑设置的流程和参数自动进行全天候试验，从而完成电机的各项指标测验，得到产品各类统计报表。具体实现的功能：测试数据自动采集、分析、存储；显示、打印测试数据和各项试验的特性曲线，生成性能汇总表；铭牌数据库功能及结果自动判别；故障自动报警和停检；程序界面友好，操作简单。

2 硬件实现策略

图1为检测系统的工作框图。它以为核心，有实验电源、负载、各种传感器（电压霍尔传感器、电流霍尔传感器、温度传感器、转矩传感器和转速传感器等）、工业计算机等组成。该系统采用了测试集成的设计思想，将传统的独立测试仪器与计算机的软硬件资源融为一体，利用计算机软件代替传统仪器的某些硬件，由软件来完成数据处理和性能测试（空载、负载、及T-n等）曲线的拟合，并使整个系统协调工作，充分体现硬件软化的优点，大大减少重复设备、节约物质资源、降低成本，实现了多种功能且扩展性好。

2.1 平台简介

电动机的性能检测既要求控制器有强大的I/O功能，又要求控制器有高速的信号处理能力以实现实时检测。从处理器方面来讲，是本公司推出的面向高端工业控制领域数字德自动测试系统，

2.2 检测实现

2.2.1 母线直流电压检测电路

2.2.2 母线直流电流检测电路

2.2.3 直流功率的测量

瞬时功率的定义为电压和电流的瞬时值的乘积，即 P(t)=u(t)•v(t)，对其进行离散化处理，对于第m个采样点（t=mΔt）时的瞬时功率为：P(mΔt=u(mΔt)•v(mΔt)， 由上式可知，计算瞬时功率要求采用同一时刻的电压和电流值相乘，在本系统测试中，采用电压和电流同时采样，由计算机对电压和电流采样电路同时下达开始采样命令，同时启动电压和电流A/D 转换。数据完成后进行存储，然后由计算机分别下达指令，取出电压和电流的值。

2.2.4 转矩、转速测量

转矩是电机的重要特征参数之一，转矩分为静态转矩和动态转矩2种，静态转矩通常包括静止转矩、恒定转矩及缓变转矩等；动态转矩通常包括过渡转矩、脉动转矩及随机转矩等。本系统采用型动态扭矩传感器，它是在应变测量技术的基础上研制开发的，可以同时测得转矩和转速信号。它采用一组环形变压器非接触提供电源，用微功耗信号耦合器非

接触传递信号，它可以传递静态扭矩信号、旋转扭矩信号，最后输出为4~20 mA或0~5 V 的模拟信号，然后通过调理电路进行A/D采样，然后再送给你DSP处理。从而可测得转矩和转速。

2.2.5 效率的测试

电机的效率是电机的有功输出功率与有功输入功率之比，效率的测定方法有2种，即直接测定法和间接测定法。这两种方法在国家标准“直流电机试验方法”GB1311-2008中同时被采用。而在另一种国家标准“小功率电动机通用技术条件”GB/T 5171-2002中规定，效率的测定方法以直接法（推荐采用测功机）为准。同时应在额定功率或额定转矩、额定电压及额定速度下运行到热稳定状态。直接法建立在输出和输入的数值比较的基础上，所以要求测试设备的精度和操作技术都比较高，本系统采用效率的直接测定方法，原理分析如下：式中P1和P2分别为电机的输入功率和输出功率；U和I分别为直流母线侧电压和电流；M和N分别为输出转矩和转速。

其中U，I分别由霍尔电压传感器和霍尔电流传感器获得，M，N由CGNJ-801A型动态扭矩传感器获得。

利用转速和转矩特性可直接绘得电机的机械特性 n=f(T)；输出转矩特性由T =f(P 2)曲线由各测试点数据计算并绘出；效率特性η=f(P 2) 曲线由各测试点的数据计算并绘出。

2.2.6 温度测量

电机各部分的温度是电机设计和运行中的重要的性能指标之一。为了检查电机是否合格，保证电机的正常运行，必须准确测定电机运行时各部分的温度。传统的电机温度测量有：温度计法、电阻法、埋置检温计法、和迭加法（双桥对电测温法）。由于近几年红外测温技术的发展，红外测温在电机的测温领域也得到了一定的应用，本系统采用红外测温传感器，用来检测机壳温度和转子表面的温度。红外测温它具有速度快、范围宽、不接触物体，（可以在几十米以内远距离测量）等优点；目前的红外测温仪的准确度达到±1 ℃，分辨率≤1 ℃。如国产的ST系列和MX系列。

2.2.7 电枢电阻的动态虚拟测试

直流电机的电枢等效电阻 R a 为线圈电阻、开关电阻、换向电阻3部分之和，直流电机的电枢等效电阻 R a 为线圈电阻、开关电阻、换向电阻3部分之和，且动态和静态不同，静态只能测出出线端的线圈电阻，动态测出的是3部分电阻之和。动态电阻非常重要，知道它的大小这对直流电机的测试和设计带来很大方便。即可求得电枢的动态等效电阻。通过上述公式可以虚拟测得直流电机的电枢等效电阻，简单、方便、准确解决了无刷电动机电枢等效电阻无法直接测试的问题。为电机测试提供了方便，该公式仅由三相6状态无刷电机推导而出。

2.3通信电路

2.4 系统的可靠性和安全性

首先，系统有一定的错误检测机制，有数据通信错误的检测功能。例如串行通信上采用和校验的方式，从而保证数据传输的正确性。

其次，系统保护电路占据着很重要的地位，提供的。利用该监控系统的各种异常信息，如过压、过流、过热等。其电路如图5所示。

在图5中，过电流、过电压、和功率元件过热故障由与门综合后，经过光电隔离输入

TMS320LF2407A提供的PDPINT引脚。当出现以上故障时，与门输出低电平，相应的PDPINT引脚被拉低，此时TMS320LF2407A定时器立即停止计数，所有的PWM输出管脚全部为高阻状态。同时向DSP内核发出一个中断请求，通过CPU由异常发生。

3 上位机系统

3.1 上位机显示与控制

上位机系统的功能主要是提供一个友好直观的人机交互界面，使用户可以方便地控制电机的起停、转向、转速、对下位机进行参数设置等，同时在电机运行过程中，将下位机传来的数据在上位机上显示，使用户直观地观察电机的状态。

本系统选用编写上位机软件。是，为应用程序提供了强有力的支持,大大方便了程序的编写。它可以实现参数输入，控制管理、文件管理和显示输出等。其测试程序流程图如图6所示。

3.2 通信控件

PC机与下位机DSP的通信采用，由于口控件。信。

3.3 通信校验方式

通信协议采用发送(PC机)→接收返送（DSP）→校验（PC机）的方式：首先PC机发送命令字节，如果出现通信错误，则PC机会自动重发，等待返送数、判读、发送正误校验码。

在测量数据上传过程中，采用和校验的方式，一旦数据传输过程中出现错误，程序会做出相应的提示。此时可以继续接收数据，也可放弃这次测量重新开始测量，操作界面中都有相应对话框或按钮供操作者做出选择。

4 结语

自动测试设备(ATE)是应用的又一活跃领域。它集高速数据采集、传输、存储、实时处理于一体，其精度高、可靠性好、用户界面友好，正在逐步取代传统的模拟测试设备。能够达到电机的高精度、高速自动测试，在实际中可以简化设计、减少开发时间、提高系统效率和可靠性。总之，微型计算机在电机测试中的应用，可以实现参数的自动设定、性能的自动测试、数据的快速采集和处理。