การทดสอบ Motor Back-EMF และการวิเคราะห์รูปคลื่น: การวัดค่าคงที่, การสลายตัวแบบฮาร์มอนิก, และการเพิ่มประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยน

กลับ-EMF: ลายนิ้วมือทางไฟฟ้าของมอเตอร์

เมื่อเพลามอเตอร์หมุน, สนามแม่เหล็กที่กำลังเคลื่อนที่จะกระตุ้นให้เกิดแรงดันไฟฟ้าในขดลวดสเตเตอร์แม้ว่าจะไม่มีกระแสไหลก็ตาม. นี่คือแรงเคลื่อนไฟฟ้าย้อนกลับ (กลับ-EMF), และเป็นการวัดเดี่ยวที่มีข้อมูลหนาแน่นที่สุดจากเครื่องใช้ไฟฟ้าแบบหมุน. แอมพลิจูดเผยให้เห็นการเชื่อมต่อฟลักซ์ต่อขั้วคู่ ดังนั้นความสามารถของมอเตอร์ในการสร้างแรงบิดต่อแอมป์. รูปร่างรูปคลื่นจะกำหนดว่าเครื่องจักรถูกขับเคลื่อนด้วยกระแสไซน์ซอยด์หรือสี่เหลี่ยมคางหมูได้ดีที่สุด. ปริมาณฮาร์มอนิกทำนายแรงบิดกระเพื่อม, เสียงรบกวน, และข้อผิดพลาดในการเปลี่ยน. และความไม่สมมาตรระหว่างเฟส การเบี่ยงเบนของแอมพลิจูดหรือการเปลี่ยนเฟสจากระยะห่าง 120° ในอุดมคติ บ่งบอกถึงข้อบกพร่องในการผลิตในการเลี้ยวของขดลวด, ตำแหน่งแม่เหล็ก, หรือคุณภาพแม่เหล็กก่อนที่มอเตอร์จะเข้าใช้บริการ.

ดังนั้นการวัด Back-EMF จะดำเนินการที่จุดสามจุดในวงจรชีวิตของมอเตอร์: ระหว่างการตรวจสอบการออกแบบเบื้องต้น (กำหนดลักษณะการออกแบบ), ระหว่างตัวอย่างก่อนการผลิต (การผลิตประตู), และบนแท่นทดสอบการผลิตที่ปลายสายการผลิต (คัดกรองทุกหน่วย). แต่ละบริบทมีความเร็วในการวัดที่แตกต่างกัน, ความแม่นยำ, และข้อกำหนดด้านการตีความ.

การทดสอบ Back-EMF เผยให้เห็นอะไร

แท่นทดสอบ EMF ด้านหลังขับเคลื่อนมอเตอร์ภายใต้การทดสอบ (ไม่มีกระแสในขดลวด) ด้วยความเร็วที่ควบคุมได้โดยใช้ไดนาโมมิเตอร์แบบไพรม์มูฟเวอร์, จากนั้นจับแรงดันไฟฟ้าระหว่างเส้นถึงเป็นกลางทั้งสามพร้อมกันที่อัตราตัวอย่างสูง. จากการจับเพียงครั้งเดียวนี้, สามารถดึงคุณสมบัติหลายอย่างออกมาได้:

• ค่าคงที่ Back-EMF (เคอี): RMS หรือแรงดันไฟฟ้าสูงสุดถึงเป็นกลางหารด้วยความเร็วเชิงมุมของเพลา (วี/(ราด/เอส) หรือ V/krpm). เป็นสัดส่วนโดยตรงกับค่าคงที่แรงบิด kT = kE สำหรับหน่วย SI; การเบี่ยงเบนไปจากเป้าหมายการออกแบบบ่งชี้ว่าเกรดแม่เหล็กไม่ถูกต้อง, ข้อผิดพลาดในการนับเทิร์น, หรือช่องว่างอากาศไม่ถูกต้อง.
• รูปร่างของคลื่น: ไซนูซอยด์ (PMSM พร้อมการม้วนแบบกระจาย), สี่เหลี่ยมคางหมู (BLDC พร้อมขดลวดแบบเข้มข้น), หรือระดับกลาง. รูปร่างจะกำหนดโปรไฟล์ปัจจุบันของไดรฟ์ที่เหมาะสมที่สุด.
• ความเพี้ยนฮาร์มอนิกรวม (ทีเอชดี): โดดเด่นด้วยฮาร์โมนิคลำดับที่ 5 และ 7 สำหรับ PMSM ที่ติดตั้งบนพื้นผิว; 3ฮาร์โมนิคสำหรับเครื่องคดเคี้ยวแบบช่องเศษส่วนบางรุ่น; 6ฮาร์มอนิก (อ้างถึงพื้นฐาน) สำหรับเครื่องที่มีช่องเอียง.
• สมดุลเฟส: อัตราส่วนความกว้างและมุมเฟสระหว่าง UA, ยูบี, ยูซี; ควรจะเป็น 1.0 และ 120° สำหรับเครื่องจักรสามเฟสที่สมดุล.
• ตำแหน่งข้ามศูนย์: สำคัญสำหรับระยะเวลาการเปลี่ยน BLDC; การข้ามเฟสเป็นศูนย์ - EMF เกิดขึ้น 30° ก่อนการสับเปลี่ยนทันทีในไดรฟ์รูปสี่เหลี่ยมคางหมู 6 ขั้น.

รายการทดสอบหลัก

1. การวัดค่าคงที่ Back-EMF (เคอี)

มอเตอร์หมุนด้วยความเร็วทดสอบที่กำหนด (โดยทั่วไป 1,000 หรือ 3,000 รอบต่อนาที) และ RMS หรือแรงดันไฟฟ้าระหว่างเส้นพีคถึงเป็นกลางจะถูกวัดด้วยเครื่องวิเคราะห์กำลังที่มีความแม่นยำหรือออสซิลโลสโคปที่มีความละเอียดสูง (12-บิตหรือสูงกว่า). kE คำนวณเป็น Urms / โอ้ (โดยที่ ω คือความเร็วเชิงมุมทางไฟฟ้าในหน่วย rad/s). มีการทดสอบความเร็วหลายระดับเพื่อตรวจสอบความเป็นเส้นตรง (kE ควรคงที่ตามความเร็วสำหรับเครื่องจักรเชิงเส้นตรง; ส่วนเบี่ยงเบนบ่งชี้ถึงผลกระทบของกระแสลมหมุนหรือความอิ่มตัวด้วยความเร็วสูง). ผลลัพธ์จะถูกเปรียบเทียบกับข้อกำหนดการออกแบบและค่าเฉลี่ยแบทช์จากหน่วยก่อนหน้า.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: kE ภายใน ± 2% ของข้อกำหนดสำหรับการยอมรับการผลิต; ค่าสัมประสิทธิ์การเปลี่ยนแปลง (เอส/เอ็ม) < 0.5% ภายในชุดการผลิต.

2. การสลายตัวแบบฮาร์มอนิกและ THD

การแปลงฟูเรียร์ที่รวดเร็ว (เอฟเอฟที) ของรูปคลื่น back-EMF จะสลายมันเป็นพื้นฐานและฮาร์โมนิค. สำหรับ PMSM ที่ขับเคลื่อนด้วยกระแสไซน์ซอยด์, แอมพลิจูดระลอกแรงบิดเป็นสัดส่วนโดยประมาณกับผลคูณของลำดับฮาร์มอนิกและแอมพลิจูดฮาร์มอนิก, ฮาร์มอนิกลำดับที่ 5 ที่ 3% ของปัจจัยพื้นฐานมีส่วนช่วยประมาณ 15% แรงบิดกระเพื่อมที่ 6 × ความถี่พื้นฐาน (6ฮาร์มอนิกของแรงบิด). แท่นทดสอบจะระบุคุณลักษณะของฮาร์โมนิคแต่ละตัวในลำดับที่ 20 เป็นอย่างน้อย และเอกสารที่ฮาร์โมนิคเกินเกณฑ์การยอมรับ.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ (PMSM ทั่วไป): 5ฮาร์มอนิก < 3%; 7ฮาร์มอนิก < 2%; ทีเอชดี < 5%.

3. การตรวจจับความสมดุลของเฟสและความไม่สมมาตร

ระบบรับข้อมูลสามช่องทางจับ UA พร้อมกัน, ยูบี, ยูซีที่ 1 เมกะเฮิรตซ์หรือสูงกว่า. ความไม่สมดุลของแอมพลิจูด (หนึ่งเฟสสูงหรือต่ำกว่าอีกสองเฟส) ธงขาดการเลี้ยว, เลี้ยวสั้นลง, หรือขั้วแม่เหล็กผิด. ความไม่สมดุลของมุมเฟส (ห่างกันไม่เท่ากัน 120°) บ่งบอกถึงปัญหาทางกล - ความเยื้องศูนย์ของโรเตอร์, การจัดตำแหน่งเซกเตอร์แม่เหล็กไม่ถูกต้อง, หรือระยะพิทช์ที่คดเคี้ยวผิด. ม้านั่งทดสอบจะรายงานทั้งอัตราส่วนแอมพลิจูด (UA/ยูบี, ยูบี/ยูซี, UC/UA—ทั้งหมดควรเป็นเช่นนั้น 1.0 ± 1%) และการเบี่ยงเบนของมุมเฟส (ควรเป็น 120° ± 1°).

4. ลิเนียริตี้ Back-EMF ที่ขึ้นอยู่กับความเร็ว

ม้านั่งกวาดความเร็วจาก 10% ถึง 100% ของความเร็วที่กำหนดเป็นขั้นและแปลงค่า keE เทียบกับความเร็ว. เครื่องจักรในอุดมคติมี keE คงที่ตลอดความเร็ว; การสูญเสียกระแสเอ็ดดี้ในแม่เหล็กหรือเหล็กโรเตอร์ทำให้ kE ดูเหมือนจะลดลงที่ความเร็วสูง (ฟลักซ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ “การรั่วไหล” เข้าสู่กระแสน้ำวน). เครื่องจักรที่มุ่งหมายสำหรับการทำงานที่สนามอ่อนลงจะมีคุณลักษณะพิเศษที่ความเร็วสูงกว่าความเร็วพื้นฐาน, โดยที่ back-EMF ไม่ควรเกินขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายซึ่งทำให้อินเวอร์เตอร์สูญเสียการควบคุมกระแส.

5. การเพิ่มประสิทธิภาพการกำหนดเวลาการเปลี่ยน BLDC

สำหรับมอเตอร์ BLDC สี่เหลี่ยมคางหมู, การข้ามเฟสเป็นศูนย์ของ back-EMF ที่ไม่ได้รับพลังงานเป็นสัญญาณอ้างอิงสำหรับการสับเปลี่ยน. ม้านั่งแสดงลักษณะเฉพาะของตำแหน่งข้ามศูนย์เทียบกับโหลดและความเร็ว เพื่อกำหนดมุมล่วงหน้าที่เหมาะสมที่สุด (โดยทั่วไปจะมีไฟฟ้า 0–30°). การสับเปลี่ยนล่วงหน้าที่เร็วเกินไปทำให้เฟสที่เข้ามาต่อสู้กับ back-EMF; สายเกินไปทำให้แรงบิดลดลงและสูญเสียประสิทธิภาพ. ม้านั่งทำงานมอเตอร์ที่จุดรับน้ำหนักหลายจุด, กวาดมุมล่วงหน้า, และวัดประสิทธิภาพและการกระเพื่อมของแรงบิดเพื่อหาค่าที่เหมาะสมที่สุด.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: การปรับปรุงประสิทธิภาพจากการเพิ่มประสิทธิภาพมุมขั้นสูง: 2–8% ขึ้นอยู่กับความเร็ว; การลดระลอกแรงบิด: 30–50% ที่ความก้าวหน้าขั้นสูงเทียบกับ. การสับเปลี่ยนแบบไม่มีศูนย์.

6. ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของ keE

สำหรับเครื่องแม่เหล็กถาวร, keE จะลดลงเมื่ออุณหภูมิแม่เหล็กเพิ่มขึ้นเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบของ Br (โดยทั่วไป −0.11%/°C สำหรับ NdFeB). ม้านั่งวัดค่า kE ที่ 20°C, 60องศาเซลเซียส, 80องศาเซลเซียส, 100องศาเซลเซียส, และ 120°C (โดยใช้ห้องระบายความร้อนหรือการประมาณอุณหภูมิตามความต้านทานของขดลวด). ค่าสัมประสิทธิ์ที่วัดได้จะถูกเปรียบเทียบกับแผ่นข้อมูลแม่เหล็ก; ค่าสัมประสิทธิ์ที่เป็นลบมากกว่าที่คาดไว้อย่างมากบ่งชี้ว่าแม่เหล็กเกรดต่ำกว่าที่ระบุ. การทดสอบนี้ยังใช้เพื่อปรับเทียบแบบจำลองความร้อนที่ใช้ในตัวควบคุมมอเตอร์เพื่อความแม่นยำของผู้สังเกตการณ์ฟลักซ์.

การทดสอบ Back-EMF ที่ปลายสายการผลิต

บนสายการผลิต, การวัด back-EMF ต้องเสร็จสิ้นภายใต้ 5 วินาทีต่อหน่วย. ม้านั่งปลายแถวจะหมุนมอเตอร์ให้มีความเร็วทดสอบคงที่ (เช่น, 1,000 รอบต่อนาที) ภายใน 1–2 วินาที, จับหน้าต่างข้อมูล back-EMF 50–200 ms, และคำนวณความสมดุลของ keE และเฟส. หน่วยที่อยู่นอกช่วงเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนจะถูกทำเครื่องหมายให้ทำใหม่หรือเป็นเศษซาก. ความไม่แน่นอนในการวัดของบัลลังก์การผลิต (รวมถึงความไม่แน่นอนของความเร็ว, ความแม่นยำในการวัดแรงดันไฟฟ้า, และเวลาในการประมวลผลข้อมูล) ต้องน้อยเมื่อเทียบกับเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนในการยอมรับ—สำหรับเกณฑ์ความคลาดเคลื่อน ±2% ต่อ keE, ความไม่แน่นอนในการวัดแบบตั้งโต๊ะควรจะเป็น < 0.3%.

การเลือกม้านั่งทดสอบหมายความว่าอย่างไร

อุปกรณ์ตรวจวัด Back-EMF มีตั้งแต่ออสซิลโลสโคปธรรมดาและไดนาโมมิเตอร์แบบตั้งโต๊ะสำหรับ R ยุคแรกๆ&D ทำงานร่วมกับผู้ทดสอบปลายสายการผลิตแบบครบวงจรพร้อมการรายงานผ่าน/ไม่ผ่านอัตโนมัติและการควบคุมกระบวนการทางสถิติ (สพีซี) การส่งออกข้อมูล. ข้อกำหนดที่สำคัญคือแบนด์วิธการวัด (ต้องจับฮาร์โมนิคได้อย่างน้อยลำดับที่ 20), การจับภาพสามช่องพร้อมกัน (เพื่อคำนวณมุมเฟสได้อย่างแม่นยำ), ความแม่นยำในการวัดความเร็ว (ความไม่แน่นอนใน ω คูณโดยตรงกับความไม่แน่นอนใน keE), และสำหรับรอบการผลิตและการติดตามข้อมูล.

ระบบทดสอบมอเตอร์ของเราได้รวมคุณลักษณะ back-EMF ไว้เป็นรายการทดสอบมาตรฐานใน R ทั้งสอง&D และการกำหนดค่าการผลิต. สำหรับการออกแบบมอเตอร์ที่คุณภาพ back-EMF เป็นประตูการออกแบบหลัก, เราสามารถกำหนดค่าม้านั่งกำหนดลักษณะเฉพาะด้วยซอฟต์แวร์การวิเคราะห์ที่ปรับให้เหมาะกับโทโพโลยีมอเตอร์ของคุณ. เพื่อหารือเกี่ยวกับความต้องการของคุณ, พูดคุยกับทีมวิศวกรของเรา.