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无刷直流电动机脉动直流供电时效率的测量


微电机  2006年   39 卷   9期 (总第 156 期 ) 第 第 中图分类号 : T M383 16        献标识码 : A        文 文章编号 : 1001 2 6848 ( 2006 ) 09 2 0088 2 02 无刷直流电动机脉动直流供电时效率 的测量 刘博伟 , 莫会成 (西安 微电机研究所 , 西安  710077) 摘   : 无

刷直流电动机通常由直流电源供电或由交流整流滤波后的准直流供电 , 但也有极少数 要 使用由交流整流不带电容滤波的脉动直流供电 。对后一种情况 , 其直流母线功率不能像前一种情 况那样使用电压平均和电流平均值的乘积获取 。文中通过分析和试验验证给出了在交流整流不带 电容滤波的脉动直流供电情况下 , 无刷直流电动机母线电压 、电流 、功率和效率的测试方法 , 以 及使用不同仪表的测量值的物理含义 , 最后给出了与无刷直流电动机测试有关的一些结论 。 关键词 : 无刷直流电动机 ; 脉动电流 ; 直流 ; 效率 ; 测量 0    引 言 无刷直流电动机系统通常由直流电源供电或由 交流经整流滤 波后 的 “ 直流 ”供电 , 少 数也有 准 使用交流整流不带电容滤波的 “ 脉动直流 ”供电 。 对后一种情况 , 其直流母线电压为周期脉动电压 , 母线电流为周期脉动电流 , 电压电流既有直流成分 又有不同周期的交流成分。其功率计算若像前一种 情况那样使用电压平均值 和电流平均值乘 积的方 法 , 不能准确反映母线功率值 , 将使母线功率值严 重“ 偏小 ” 进而会得出电动机效率大于 100%的 , 错误结论 。 图 1  无刷直流电动机等效电路    i = 2U R 2 Vc R (3 ) 2UVc R    P av = 2U R - (4 ) 112  “ 脉动直流 ”供电情况 理想情况下 , 无刷直流电动机在全桥整流不带 滤波情 况下 “ 脉动直 流 ”电压波 形如图 2 所示 。 电流也 为脉 动 直 流 电 流 。在 这 种 情 况下 , 整 流 “ 脉动直流 ”电压的有效值与交流电源电压有效值 相同 , 其平均值为有效值的 019倍 。实际情况下的 电压和电流波形较为复杂 , 求解也较为困难 , 但基 本为脉动波形 , 脉动直流电流的平均值一般亦小于 其有效值。其程度取决于电动机参数尤其是电感值 (1 ) 的大小和逆变器的调制方式 。通常情况下 , 电感值 越小 , 电流有效值越大于平均值。对 “ 脉动直流 ” 电压和电流用傅立叶级数展开求取母线平均功率 。 该功率除电压平均值和电流平均值乘积项外 , 尚有 电压和电流谐波同次乘积的功率部分 。因此母线功 (2) 率大于电压平均值和电流平均值的乘积 。其程度亦 取决于电动机电感值的大小和逆变器占空比 , 变化 规律与电流相同 。 1  理论分析 假定无刷直流电动机稳态运行并处于不饱和状 态 , 其反电势为 Vc , 电阻为 R , 定子电感为 L , 其 近似电路如图 1所示 。对于图 1电路 , 分别分析在 “ 准直流 ”供电情况和 “ 脉动直流 ” 供电情况下的 电压 、电流和功率 。假定单相交流电源的电压表达 式为 :  u t = 2U cos (ωt +π /2 ) 率。 111  “ 准直流 ”供电等效电路   u = 2U 收稿日期 :    式中 , U 为交 流电 压有效 值 ; ω 为交流 电压角 频 200 62 5230 0 — 88 — 8 无刷直流电动机

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