모터 역기전력 테스트 및 파형 분석: 지속적인 측정, 고조파 분해, 및 정류 최적화

역기전력: 모터의 전기 지문

모터 샤프트가 회전할 때, 움직이는 자기장은 전류가 흐르지 않아도 고정자 권선에 전압을 유도합니다.. 이것이 역기전력이다 (역기전력), 이는 회전 전기 기계에서 사용할 수 있는 정보 밀도가 가장 높은 단일 측정입니다.. 진폭은 극 쌍당 자속 쇄교를 나타내므로 모터가 앰프당 토크를 생성하는 능력을 나타냅니다.. 파형 모양에 따라 기계가 정현파 또는 사다리꼴 전류에 의해 가장 잘 구동되는지 여부가 결정됩니다.. 고조파 함량은 토크 리플을 예측합니다., 음향 소음, 및 정류 오류. 그리고 위상 간 비대칭(이상적인 120° 간격에서 진폭의 편차 또는 위상 변이)은 권선 회전 시 제조 결함을 표시합니다., 자석 배치, 또는 모터가 서비스를 시작하기 전의 자화 품질.

따라서 역기전력 측정은 모터 수명 주기의 세 지점에서 수행됩니다.: 초기 설계 검증 중 (디자인을 특징짓다), 사전 제작 샘플 중 (게이트 생산), 최종 라인 생산 테스트 벤치에서 (모든 유닛을 스크린). 각 컨텍스트마다 측정 속도가 다릅니다., 정확성, 해석적 요구사항.

역기전력 테스트가 밝혀주는 것

역기전력 테스트 벤치는 테스트 중인 모터를 구동합니다. (권선에 전류가 흐르지 않음) 원동기 동력계를 사용하여 제어된 속도로, 그런 다음 높은 샘플링 속도로 3개의 선-중성선 전압을 모두 동시에 캡처합니다.. 이 단일 캡처에서, 여러 속성을 추출할 수 있습니다.:

• 역기전력 상수 (케): RMS 또는 피크-중성 전압을 샤프트 각속도로 나눈 값 (다섯/(라드/초) 또는 V/krpm). SI 단위의 경우 토크 상수 kT = kE에 정비례합니다.; 설계 목표와의 편차는 잘못된 자석 등급을 나타냅니다., 턴 카운트 오류, 또는 잘못된 에어갭.
• 파형 모양: 정현파 (분산 권선이 있는 PMSM), 사다리꼴의 (집중 권선이 있는 BLDC), 또는 중간. 모양에 따라 최적의 구동 전류 프로필이 결정됩니다..
• 총 고조파 왜곡 (THD): 표면 실장 PMSM의 경우 5차 및 7차 고조파가 지배적; 3일부 분수 슬롯 집중 권선 기계의 3차 고조파; 6일차 고조파 (기본을 언급했다) 기울어진 슬롯이 있는 기계의 경우.
• 위상 균형: UA 간의 진폭비 및 위상각, UB, UC; 되어야 한다 1.0 균형 잡힌 3상 기계의 경우 120°.
• 제로 크로싱 위치: BLDC 정류 타이밍에 중요; 위상 역기전력의 제로 크로싱은 6단계 사다리꼴 드라이브에서 정류 순간 30° 전에 발생합니다..

핵심 테스트 항목

1. 역기전력 상수 측정 (케)

모터는 정의된 테스트 속도로 회전합니다. (일반적으로 1,000 또는 3,000 rpm) RMS 또는 피크 라인-중성선 전압은 정밀 전력 분석기 또는 고해상도 오실로스코프를 사용하여 측정됩니다. (12-비트 이상). kE는 Urms로 계산됩니다. / 오 (여기서 Ω는 전기 각속도(rad/s)입니다.). 선형성을 검증하기 위해 다양한 속도를 테스트합니다. (kE는 선형 기계의 속도에 따라 일정해야 합니다.; 편차는 고속에서의 와전류 또는 포화 효과를 나타냅니다.). 결과는 설계 사양 및 이전 장치의 배치 평균과 비교됩니다..

주요 지표: kE는 생산 승인 사양의 ±2% 이내; 변동계수 (초/분) < 0.5% 생산 배치 내에서.

2. 고조파 분해 및 THD

빠른 푸리에 변환 (FFT) 역기전력 파형을 기본파와 고조파로 분해합니다.. 정현파 전류로 구동되는 PMSM의 경우, 토크 리플 진폭은 고조파 차수와 고조파 진폭의 곱에 대략 비례합니다., 그래서 5차 고조파는 3% 대략적인 기여 15% 기본 주파수의 6배에서 토크 리플 (6토크의 차 고조파). 테스트 벤치는 각 고조파를 최소 20차까지 특성화하고 고조파가 허용 임계값을 초과하는지 문서화합니다..

주요 지표 (일반적인 PMSM): 5일차 고조파 < 3%; 7일차 고조파 < 2%; THD < 5%.

3. 위상 균형 및 비대칭 감지

데이터 수집 시스템의 3개 채널이 동시에 UA를 캡처합니다., UB, UC 1 MHz 이상. 진폭 비대칭 (한 단계가 다른 두 단계보다 높거나 낮음) 회전이 누락된 플래그, 짧은 회전, 또는 잘못된 자석 극성. 위상각 비대칭 (정확히 120° 떨어져 있지 않음) 기계적 문제를 나타냅니다. 로터 편심, 잘못된 자화 섹터 정렬, 또는 잘못된 와인딩 피치. 테스트 벤치는 두 진폭 비율을 모두 보고합니다. (UA/UB, UB/UC, UC/UA—모두 다음과 같아야 합니다. 1.0 ± 1%) 및 위상각 편차 (120° ± 1°여야 합니다.).

4. 속도 의존적 ​​역기전력 선형성

벤치는 속도를 휩쓸고 있습니다. 10% 에게 100% 정격 속도를 단계적으로 표시하고 kE 대 속도를 플롯합니다.. 이상적인 기계는 속도 전반에 걸쳐 균일한 kE를 갖습니다.; 자석이나 회전자 철의 와전류 손실로 인해 kE가 고속에서 감소하는 것처럼 보입니다. (플럭스를 효과적으로 “누출” 와전류로). 약계자 작동용 기계는 기본 속도보다 빠른 속도로 특성화됩니다., 역기전력은 인버터가 전류 제어를 상실하는 공급 전압 한계를 초과해서는 안 됩니다..

5. BLDC 정류 타이밍 최적화

사다리꼴 BLDC 모터용, 전원이 공급되지 않은 위상 역기전력의 제로 크로싱은 정류를 위한 기준 신호입니다.. 벤치는 최적의 전진 각도를 결정하기 위해 하중 및 속도에 따른 영점 교차 위치를 특성화합니다. (일반적으로 0~30° 전기). 너무 빠른 정류 진행으로 인해 들어오는 단계가 역기전력과 싸우게 됩니다.; 너무 늦으면 토크 저하 및 효율성 손실이 발생합니다.. 벤치는 여러 부하 지점에서 모터를 작동합니다., 스윕 전진 각도, 효율과 토크 리플을 측정하여 최적의 값을 찾습니다..

주요 지표: 사전 각도 최적화를 통한 효율성 향상: 2-8% 속도에 따라 다름; 토크 리플 감소: 30–50%(최적화된 사전 대비). 제로 크로싱 정류.

6. kE의 온도 계수

영구자석 기계용, Br의 음의 온도 계수로 인해 자석 온도가 증가하면 kE가 감소합니다. (NdFeB의 경우 일반적으로 −0.11%/°C). 벤치는 20°C에서 kE를 측정합니다., 60℃, 80℃, 100℃, 및 120°C (열 챔버 또는 권선 저항 기반 온도 추정 사용). 측정된 계수는 자석 데이터 시트와 비교됩니다.; 예상보다 훨씬 더 음의 계수는 지정된 것보다 낮은 등급의 자석을 나타냅니다.. 이 테스트는 또한 자속 관측기 정확도를 위해 모터 컨트롤러에 사용되는 열 모델을 교정하는 데에도 사용됩니다..

생산 라인 최종 역기전력 테스트

생산 라인에서, 역기전력 측정은 아래에서 완료되어야 합니다. 5 단위당 초. 라인 말단 벤치는 모터를 고정된 테스트 속도로 회전시킵니다. (예를 들어, 1,000 rpm) 1~2초 안에, 역기전력 데이터의 50~200ms 창을 캡처합니다., kE 및 위상 균형을 계산합니다.. 공차 범위를 벗어난 단위에는 재작업 또는 폐기 플래그가 지정됩니다.. 생산 벤치의 측정 불확도 (속도 불확실성 포함, 전압 측정 정확도, 및 데이터 처리 대기 시간) kE에 대한 ±2% 허용 오차에 대해 허용 허용 오차에 비해 작아야 합니다., 벤치 측정 불확도는 다음과 같아야 합니다. < 0.3%.

테스트 벤치 선택에 있어 이것이 의미하는 바

역기전력 측정 장비는 간단한 오실로스코프부터 초기 R용 탁상형 동력계까지 다양합니다.&D 자동화된 통과/실패 보고 및 통계적 프로세스 제어 기능을 갖춘 완전히 통합된 최종 라인 테스터로 작업합니다. (SPC) 데이터 내보내기. 중요한 사양은 측정 대역폭입니다. (최소 20차까지 고조파를 캡처해야 합니다.), 동시 3채널 캡처 (위상각을 정확하게 계산하려면), 속도 측정 정확도 (Ω의 불확실성은 kE의 불확실성에 직접적으로 곱해집니다.), 생산의 경우 주기 시간 및 데이터 추적성.

당사의 모터 테스트 시스템에는 R 및 R의 표준 테스트 항목으로 역기전력 특성화가 포함되어 있습니다.&D 및 생산 구성. 역기전력 품질이 주요 설계 게이트인 모터 설계의 경우, 귀하의 모터 토폴로지에 맞는 분석 소프트웨어를 사용하여 전용 특성화 벤치를 구성할 수 있습니다.. 요구 사항을 논의하려면, 우리 엔지니어링 팀에 문의하세요.