CN106291058A - 一种电机的反电动势测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机的反电动势测量装置及方法，涉及电动机领域。所述装置包括采样部件和波形确定部件；所述采样部件与电机定子连接，用于采集所述电机定子的任意两相之间的电压信号，其中，在所述电机的转子转速达到设定速度阈值时，电机控制器停止输出驱动脉冲信号；所述波形确定部件与所述采样部件电连接，用于获取所述采样部件采集的所述电压信号，确定所述电机控制器停止输出驱动脉冲信号后的电机定子对应的电压信号的波形，以根据所述电机的反电动势对应的波形确定反电动势的值。本发明技术方案达到了简化现有的测量方式，提高测量精度的效果。

Description

一种电机的反电动势测量装置及方法

技术领域

本发明实施例涉及电动机技术，尤其涉及一种电机的反电动势测量装置及方法。

背景技术

永磁同步电机因具有高效率、高转矩、高功率密度和调速性能好等一系列优点，在工业、交通以及家用电器领域得到广泛应用。

反电动势是永磁同步电机的控制的一个重要参数。现阶段测量永磁同步电机的空载反电动势一般采用外加原动机拖动法或者手动给转子加速等方法。例如，采用原动机拖动永磁同步电机，使转子达到额定转速，永磁同步电机定子开路，通过示波器测量定子电压，以此测得永磁电机空载反电动势。由于示波器的输入电压限制，要求转子的额定速度较低，又因为存在阻尼，反电动势波形的衰减较快，影响反电动势测量的准确性。同时，在原动机与电机安装时，需要专门的测试设备保证定转子之间精确的同轴度和足够小的阻尼，连接工序比较繁琐。另外，在测量外购的产品(如压缩机)的电机反电动势时，需要将电机从该产品中拆卸下来才可以进行测量，增加了反电动势测量的复杂性。

发明内容

本发明提供一种电机的反电动势测量装置及方法，以简化现有的测量方式，提高测量精度。

第一方面，本发明实施例提供了一种电机的反电动势测量装置，包括：采样部件和波形确定部件；

所述采样部件与电机定子连接，用于采集所述电机定子的任意两相之间的电压信号，其中，在所述电机的转子转速达到设定速度阈值时，电机控制器停止输出驱动脉冲信号；

所述波形确定部件与所述采样部件电连接，用于获取所述采样部件采集的所述电压信号，确定所述电机控制器停止输出驱动脉冲信号后的电机定子对应的电压信号的波形，以根据所述电机的反电动势对应的波形确定反电动势的值。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电机的反电动势测量装置，该装置包括：测量控制器、采样部件、隔离开关和波形确定部件；

所述采样部件与电机定子连接，用于采集所述电机定子的任意两相之间的电压信号，其中，所述电机在电机控制器输出的驱动脉冲信号的控制下运行；

所述隔离开关串联在所述电机控制器与所述电机之间，用于在接收到开关关断信号时，断开所述电机控制器与电机之间的电路连接；

所述波形确定部件与所述采样部件电连接，用于获取所述采样部件采集的所述电压信号，确定所述电机控制器停止输出驱动脉冲信号后的电压信号的波形；

所述测量控制器分别与所述电机控制器、所述隔离开关和所述波形确定部件电连接，用于从所述电机控制器获取电机的转子转速，在转子转速超过设定转速阈值时，输出开关关断信号至所述隔离开关；

以及，获取所述波形确定部件的电压信号的波形，确定反电动势对应的波形的电压有效值和频率，根据所述电压有效值和频率计算反电动势的值。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电机的反电动势测量方法，该方法包括：

采样部件采集所述电机定子的任意两相之间的电压信号，其中，在电机的转子转速达到设定速度阈值时，电机控制器停止输出驱动脉冲信号；

波形确定部件获取所述采样部件采集的所述电压信号，确定所述电机控制器停止输出驱动脉冲信号后的电机定子对应的电压信号的波形，以根据所述电机的反电动势的波形确定反电动势的值。

第四方面，本发明实施例还提供了一种电机的反电动势测量方法，该方法包括：

采样部件采集所述电机定子的任意两相之间的电压信号，其中，所述电机在电机控制器输出的驱动脉冲信号的控制下运行；

隔离开关在接收到开关关断信号时，断开所述电机控制器与电机之间的电路连接；

波形确定部件获取所述采样部件采集的所述电压信号，确定所述电机控制器停止输出驱动脉冲信号后的电压信号的波形；

测量控制器从所述电机控制器获取电机的转子转速，在转子转速超过设定转速阈值时，输出开关关断信号至所述隔离开关；获取所述波形确定部件的电压信号的波形，确定反电动势对应的波形的电压有效值和频率，根据所述电压有效值和频率计算反电动势的值。

本发明通过电机控制器驱动电机转子的转速达到设定转速阈值时停止驱动，并通过采集定子中任意两相之间的反电动势对应的电压信号，然后，由波形确定部件获取该电压信号，确定与该电压信号对应的波形，即反电动势的波形，根据反电动势的波形确定反电动势的值。本发明技术方案解决目前反电动势测量方法的测量工序比较繁琐，波形衰减较快导致测量准确性不高的问题，由于设置有采样部件，无需考虑波形确定部件的测量范围，可以高速测量，加大测量精度；同时，使用电机控制器直接驱动，无需从已封装的产品中拆卸得到电机和外加原动机拖动，减少测量成本，达到了简化现有的测量方式，提高测量精度的效果。

附图说明

图1是本发明实施例一中的电机的反电动势测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一中的利用本实施例提供的反电动势测量装置测量反电动势的方法流程图；

图3是本发明实施例二中的电机的反电动势测量装置中的结构示意图；

图4是本发明实施例二中的利用本实施例提供的反电动势测量装置测量反电动势的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的电机的反电动势测量装置的结构示意图，本实施例可适用于借助电机配套的控制器提供驱动，从而通过分析反电动势的波形确定反电动势的值的情况。如图1所示，该反电动势测量装置具体包括：采样部件110和波形确定部件120。

其中，该采样部件110与电机定子连接，用于采集所述电机定子的任意两相之间的电压信号，其中，在所述电机150的转子转速达到设定速度阈值时，电机控制器140停止输出驱动脉冲信号。电机控制器140是电机150配套的控制设备，例如可以是变频器或方波控制器等控制器。如图1所示，电机控制器140连接交流电源(根据控制器额定输入选型)，输出端对应连接电机定子绕组各相的触点(图中U相、V相和W相)，以输出驱动脉冲信号至定子绕组，进而驱动转子转动，并且转子转速可以显示在电机控制器140上。测试人员观察到转子转速达到设定转速阈值时，切断交流电源的输入或关闭电机控制器140，以使电机控制器140停止输出驱动脉冲信号至电机150。由于存在电磁感应，在电机定子绕组上存在与输入电压信号方向相反的反电动势。

在上述技术方案的基础上，在电机控制器140和电机150之间串联隔离开关130，在接收到开关关断信号时，断开所述电机控制器140与电机150之间的电路连接，实现测试人员观察到转子转速达到设定转速阈值时，通过断开隔离开关130的方式使电机控制器140停止输出驱动脉冲信号。在电机控制器140和电机150之间设置隔离开关130，隔离了干扰信号，避免电机控制器140中电容放电对电机150的反电动势波形的影响，提高了测量精度。

示例性的，如图1所示，该采样部件110包括采样电阻112和至少两个限流分压电阻111，所述限流分压电阻111分别与定子的U相相电阻和W相相电阻串联，所述限流分压电阻111和采样电阻112串联。其中，采样电阻112和限流分压电阻111的阻值不同。

在上述技术方案的基础上，所述限流分压电阻111和/或所述采样电阻112是可变变阻器，用于调整限流分压电阻111与采样电阻112的阻值比例；或者，所述限流分压电阻111和/或所述采样电阻112的两端并联有设定阻值的电阻。

示例性的，该限流分压电阻111和采样电阻112是阻值不同的可变变阻器，通过调整可变变阻器的阻值，实现调整限流分压电阻111和采样电阻112的电阻比例，从而，使得波形确定部件120(例如示波器)所测量的电压范围最优，同时干扰最小。

该波形确定部件120与所述采样部件110电连接，用于获取所述采样部件110采集的所述电压信号，确定所述电机控制器140停止输出驱动脉冲信号后的电机定子对应的电压信号的波形，以根据所述电机150的反电动势对应的波形确定反电动势的值。

在上述技术方案的基础上，该波形确定部件120可以是示波器，所述示波器与采样电阻112并联，用于测量采样电阻112的电压信号，并以波形的形式展示所述电压信号。

示例性的，示波器上的电压探头接采样电阻112两端的触点，以检测采样电阻112上的电压信号，并将电压波形显示在示波器显示屏上。在检测电压信号前，可以先调试示波器的延迟时间和采样带宽，以便于示波器捕捉电机150的空载波形。

图2示出了本发明实施例一中利用本实施例提供的反电动势测量装置测量反电动势的方法流程图。如图2所示，该方法具体包括如下步骤：

步骤210、采样部件采集电机定子的任意两相之间的电压信号。

其中，采样部件中的采样电阻串联在电机定子的任意两相之间，在电机控制器停止输出驱动脉冲信号后，定子绕组中由于电磁感应作用产生的反电动势处于主导地位，抑制转子转动直至转子停止。

在电机控制器停止向电机输出驱动脉冲信号后，定子绕组中的感生电压对应于电机的反电动势，通过采样电阻获取反电动势。为了防止较高的转速对应的反电动势超出波形确定部件的测量范围，在定子各相上串联一限流分压电阻，通过调整限流分压电阻和采样电阻的电阻比例，实现波形确定部件测量电压范围最优，且干扰最小。

具体可以是，按照图1所示的结构示意图连接电机控制器、断路器、电机、采样部件和波形确定部件。其中，波形确定部件为示波器。示波器的电压探头连接采样部件的输出触点。在接好线后，打开示波器。接通交流电源，通过电机控制器使电机运行在设定的转速(通常可以是额定转速)。此时，调试示波器的延迟时间和采样宽度，使所捕捉的空载波形最佳(可以在示波器上观察到一个振幅和频率不变的正弦波)。此后，断开断路器使控制器停止输出驱动脉冲信号至电机。

步骤220、波形确定部件获取所述采样部件采集的所述电压信号，确定所述电机控制器停止输出驱动脉冲信号后的电机定子对应的电压信号的波形。

其中，波形确定部件可以是示波器，通过示波器记录空载反电动势波形，以根据反电动势波形确定反电动势的值。

示例性的，根据反电动势的波形确定电压的有效值和频率。其中，电压的有效值根据示波器中反电动势波形的峰谷电压差值确定，频率为周期的倒数。根据频率可以计算出转子转速，所以，反电动势的值为电压有效值除以转子转速的结果。

示例性的，可以采用上述方式计算电机的非正弦反电动势或正弦反电动势的值。

本实施例的技术方案，通过电机控制器驱动电机转子的转速达到设定转速阈值时停止驱动，并通过采集定子中任意两相之间的反电动势对应的电压信号，然后，由波形确定部件获取该电压信号，确定与该电压信号对应的波形，即反电动势的波形，根据反电动势的波形确定反电动势的值。本发明技术方案解决目前反电动势测量方法的测量工序比较繁琐，波形衰减较快导致测量准确性不高的问题，由于设置有采样部件，无需考虑波形确定部件的测量范围，可以高速测量，加大测量精度；同时，使用电机控制器直接驱动，无需从已封装的产品中拆卸得到电机和外加原动机拖动，减少测量成本，达到了简化现有的测量方式，提高测量精度的效果。

实施例二

图3是本发明实施例二中的电机的反电动势测量装置中的结构示意图。本实施例可适用于自动控制电机控制器驱动电机，采集并分析反电动势的波形确定反电动势的值的情况。如图1所示，该反电动势测量装置具体包括：测量控制器310、采样部件350、隔离开关330和波形确定部件360。

所述采样部件350与电机定子连接，用于采集所述电机定子的任意两相之间的电压信号，其中，所述电机340在电机控制器320输出的驱动脉冲信号的控制下运行，使电机340达到稳定的设定速度阈值(可以是额定转速)。采样部件350包括采样电阻和至少两个限流分压电阻，所述限流分压电阻分别与定子的不同的相电阻串联，所述限流分压电阻和采样电阻串联。将定子的相电阻与阻值可调的限流分压电阻串联，且限流分压电阻与阻值可变的采样电阻串联，可以根据分压原理，通过调整限流分压电阻和采样电阻的阻值比例，调整采样电阻输出的电压。

所述隔离开关330串联在所述电机控制器320与所述电机340之间，用于在接收到开关关断信号时，断开所述电机控制器320与电机340之间的电路连接。其中，隔离开关330可以是断路器、光电耦合器等具有隔离功能的器件。隔离开关330接收关断信号，根据关断信号断开电机控制器320与电机340之间的连接。示例性的，关断信号可以是测量控制器310输出至隔离开关330的关断指令，或用户输入的关断请求等。

所述波形确定部件360与所述采样部件350电连接，用于获取所述采样部件350采集的所述电压信号，确定所述电机控制器320停止输出驱动脉冲信号后的电压信号的波形。示例性的，波形确定部件360获取采样部件350所采集的电压信号，确定该电压信号对应的电压波形。由于反电动势波形与电机控制器320输出的驱动脉冲信号的波形构成反向的关系。在电机控制器320停止输出驱动脉冲信号的瞬间，在波形上会出现拐点。将该点作为反电动势的波形起点，直至转子停止转动为止，确定此过程中电压信号的波形，即为反电动势对应的波形。

所述测量控制器310分别与所述电机控制器320、所述隔离开关330和所述波形确定部件360电连接，用于从所述电机控制器320获取电机340的转子转速，在转子转速超过设定转速阈值时，输出开关关断信号至所述隔离开关330。测量控制器310在检测到电子的转子转速达到设定的速度阈值且稳定设定的时间长度后，向隔离开关330发送关断信号。

以及，获取所述波形确定部件360的电压信号的波形，确定反电动势对应的波形的电压有效值和频率，根据所述电压有效值和频率计算反电动势的值。示例性的，根据对应于反电动势的波形确定电压的有效值和频率。根据频率可以计算出转子的转速，所以，反电动势的值为电压的有效值除以转子转速的结果。

图4示出了本发明实施例二中利用本实施例提供的反电动势测量装置测量反电动势的方法流程图。如图4所示，该方法具体包括如下步骤：

步骤410、采样部件采集所述电机定子的任意两相之间的电压信号。

其中，所述电机在电机控制器输出的驱动脉冲信号的控制下运行。采样部件的结构和功能与上述实施例相同，此处不再赘述。

步骤420、隔离开关在接收到开关关断信号时，断开所述电机控制器与电机之间的电路连接。

隔离开关与测量控制器电连接，在接收到测量控制器发送的关断指令时，执行该关断指令，以断开电机控制器与电机的连接，其中电机可以是永磁同步电机。可以替代的是，隔离开关还可以在用户输入的关断请求的控制下，断开电机控制器与电机的电路连接。

步骤430、波形确定部件获取所述采样部件采集的所述电压信号，确定所述电机控制器停止输出驱动脉冲信号后的电压信号的波形。

波形确定部件获取采样部件所采集的电压信号，在电机控制器停止输出驱动脉冲信号的瞬间，将波形上出现电压反向的拐点作为反电动势的波形起点，将转子停止转动的点作为波形终点，确定此过程中电压信号的波形，即为反电动势对应的波形。

步骤440、测量控制器从所述电机控制器获取电机的转子转速，在转子转速超过设定转速阈值时，输出开关关断信号至所述隔离开关。

电机控制器根据当前的输出电压确定当前电机的转子转速，在测量控制器的请求下，电机控制器将转子转速发送至测量控制器。测量控制器将所获取的转子转速与设定转速阈值进行比较，在获取的转子转速超过设定转速阈值时，输出关断信号至隔离开关，以控制隔离开关断开。

步骤450、获取所述波形确定部件的电压信号的波形，确定反电动势对应的波形的电压有效值和频率，根据所述电压有效值和频率计算反电动势的值。

在隔离开关断开的瞬间，在定子绕组中产生反电动势，该反电动势阻碍转子的转动，且在阻尼的作用下逐渐衰减。该反电动势的波形记录于波形确定部件中，测量控制器从波形确定部件中获取该反电动势的波形，确定其对应的电压有效值和频率。根据频率可以计算出转子的转速，所以，反电动势的值为电压的有效值除以转子转速的结果。

示例性的，可以采用上述方式计算电机的非正弦反电动势或正弦反电动势的值。

本实施例的技术方案，通过测量控制器和隔离开关自动控制电机控制器驱动电机，并通过测量控制器获取波形确定部件的定子电压，确定反电动势对应的波形的电压有效值和频率，根据所述电压有效值和频率计算反电动势的值。本实施例的技术方案除能够达到上述实施例的效果之外，由于采用了测量控制器实现自动计算反电动势的功能，减小因人工操作引入的误差，达到了简化现有的测量方式，提高测量精度的效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种电机的反电动势测量装置，其特征在于，包括：采样部件和波形确定部件；

所述采样部件与电机定子连接，用于采集所述电机定子的任意两相之间的电压信号，其中，在所述电机的转子转速达到设定速度阈值时，电机控制器停止输出驱动脉冲信号；

所述波形确定部件与所述采样部件电连接，用于获取所述采样部件采集的所述电压信号，确定所述电机控制器停止输出驱动脉冲信号后的电机定子对应的电压信号的波形，以根据所述电机的反电动势对应的波形确定反电动势的值。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括隔离开关；所述隔离开关串联在所述电机控制器与所述电机之间，用于在接收到开关关断信号时，断开所述电机控制器与电机之间的电路连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述采样部件包括采样电阻和至少两个限流分压电阻，所述限流分压电阻分别与定子的不同的相电阻串联，所述限流分压电阻和采样电阻串联。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述限流分压电阻和/或所述采样电阻是可变变阻器，用于调整限流分压电阻与采样电阻的阻值比例；

或者，所述限流分压电阻和/或所述采样电阻的两端并联有设定阻值的电阻。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述波形确定部件是示波器，所述示波器与采样电阻并联，用于测量采样电阻的电压信号，并以波形的形式展示所述电压信号。

6.一种电机的反电动势测量装置，其特征在于，包括：测量控制器、采样部件、隔离开关和波形确定部件；

所述采样部件与电机定子连接，用于采集所述电机定子的任意两相之间的电压信号，其中，所述电机在电机控制器输出的驱动脉冲信号的控制下运行；

所述隔离开关串联在所述电机控制器与所述电机之间，用于在接收到开关关断信号时，断开所述电机控制器与电机之间的电路连接；

所述波形确定部件与所述采样部件电连接，用于获取所述采样部件采集的所述电压信号，确定所述电机控制器停止输出驱动脉冲信号后的电压信号的波形；

所述测量控制器分别与所述电机控制器、所述隔离开关和所述波形确定部件电连接，用于从所述电机控制器获取电机的转子转速，在转子转速超过设定转速阈值时，输出开关关断信号至所述隔离开关；

以及，获取所述波形确定部件的电压信号的波形，确定反电动势对应的波形的电压有效值和频率，根据所述电压有效值和频率计算反电动势的值。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述采样部件包括采样电阻和至少两个限流分压电阻，所述限流分压电阻分别与定子的不同的相电阻串联，所述限流分压电阻和采样电阻串联。

8.一种电机的反电动势测量方法，其特征在于，包括：

采样部件采集电机定子的任意两相之间的电压信号，其中，在电机的转子转速达到设定速度阈值时，电机控制器停止输出驱动脉冲信号；

波形确定部件获取所述采样部件采集的所述电压信号，确定所述电机控制器停止输出驱动脉冲信号后的电机定子对应的电压信号的波形，以根据所述电机的反电动势的波形确定反电动势的值。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在电机的转子转速达到设定速度阈值时，电机控制器停止输出驱动脉冲信号，包括：

所述电机控制器根据输出的驱动脉冲信号的电压值确定当前转子转速后，在所述电机控制器上显示；

若在当前转子转速达到设定阈值时接收到停机指令或检测到电源切断，则停止输出驱动脉冲信号。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述波形确定部件获取所述采样部件采集的所述电压信号之前，还包括：

执行用户输入的调整指令，以调整所述波形确定部件的延迟时间和采样宽度。

11.一种电机的反电动势测量方法，其特征在于，包括：

采样部件采集所述电机定子的任意两相之间的电压信号，其中，所述电机在电机控制器输出的驱动脉冲信号的控制下运行；

隔离开关在接收到开关关断信号时，断开所述电机控制器与电机之间的电路连接；

波形确定部件获取所述采样部件采集的所述电压信号，确定所述电机控制器停止输出驱动脉冲信号后的电压信号的波形；

测量控制器从所述电机控制器获取电机的转子转速，在转子转速超过设定转速阈值时，输出开关关断信号至所述隔离开关；

以及，获取所述波形确定部件的电压信号的波形，确定反电动势对应的波形的电压有效值和频率，根据所述电压有效值和频率计算反电动势的值。