电机参数的含义及应用

一路上

前言

要测量电机的电量参数，就要关注最基本的电量参数：电压、电流、功率、频率、相位。这些参数是通过电子测量仪器进行测量的，根据测量项目的不同，一般会用到电压表、电流表、功率表、频率表等各种仪表。实际上，当前的电流参数测量技术非常成熟，通常使用功率分析仪（或功率计）即可满足电机所有基本电量参数的测量需求。

功率分析仪实际上是电压表、电流表、功率表和频率表的有机融合，它实现了高精度的电压、电流、频率、相位实时采集，并实时运算出功率结果，可以为使用者提供精准的电机电量参数测试结果，且不同参数之间的采集在时基上是同步的，保证了数据的有效性。

一、首先给出workbench中电机参数

参数的设置两张图片：

根据workbench中对电机需要的参数来看，作如下的整理翻译及解释

二、Magnetic structure 电机磁结构

英文名

中文翻译

解释

Surface Mounted PMSM

表面安装式永磁同步电动机

也叫作外转子电机，作为转子的永磁体在电机结构的外圈

Internal PMSM

内部永磁同步电动机

也叫作内转子电机，作为转子的永磁体在电机结构的内部

外转子电机的Ldq可以近似认为为1。

三、Electrical parameters 电气参数

英文名	中文翻译	单位	解释
Pole Pairs	极对数		三相交流电机每组线圈都会产生N、S磁极，每个电机每相含有的磁极个数就是极数
Max. Application Speed	最大转速	rpm 转每分	电机运转速度的常用单位，指一分钟电机转多少圈
Nominal Current	额定电流	Apk	电机工作的额定电流，实际电流过大，容易烧电机，过小的话电机就会不出力
Nominal DC Voltage	额定电压	V 伏	电机额定的工作电压
Rs	相电阻	Ohm 欧姆	电机的三根相线是Y型连接的状态，相线端点到中星点的阻值
Ld	d轴电感	mH 毫亨
Ld/Lq ratio	Ld与Lq的比值
B-Emf constant	反电动势	Vrms/krpm 每1千转产生的伏特
Inertia	转动惯量	uNms2
Friction	阻尼系数	uNms

四、Sensors 传感器

英文名	中文翻译	单位	解释
Hall  Sensors	霍尔传感器		与电机的定子长在一起，感应转子磁体与定子的角度偏差，为定子的绕组电流换向提供重要依据；同时根据霍尔传感器的信号变化频率，可以计算出电机的运转速度
Sensor  Displacement	传感器安装角度	deg 角度	电机厂家在生产制造时，将三颗霍尔传感器按两种不同位置或正反极性放置，会在检测转子时产生120°  60° 两种位置信号
Placement  electrical angle	放置的电角度	deg 角度	霍尔传感器在与定子安装的时候，不一定能完整的对应到零角度偏差，所以在实际使用的时候还会有一个偏移电角度的参数。这个参数如果设置的不正确，会在启动的时候可能启动不成功
Quadrature  encoder	正交编码器		在高精度或位置伺服  的应用下，需要精确的检测转子的位置，大多采用正交编码器，AB两相正交信号，Z相过零信号。编码器与转子通过连轴器连接在一起，编码器转轴随电子转子一起转动
Pulses  per mechanical	转轴转动一圈，产生的脉冲个数		这个脉冲数，会被MCU转化为机械位置和速度信息

电机正常工作，在接线时，UWV相线与三根HALL信号线需要正确匹配。后续会专门介绍怎么测试出来霍尔线电机相线的匹配关系。

电机的各种参数，厂家一般都会附带说明。如果实在没有这些参数了，可以按照接下来介绍的方式来测量

五、电机参数的测量

1.电机电阻（Rs）

相电阻RS，这个参数最好测量。万用表测量两根相线间的电阻除以2即可。Rs=Rab/2。

测试的时候，尽量用表字精度高些的万用表来测，一般电阻值也就在几ohm或零点几ohm。测试电机的电阻最准确的方式是用电桥，但两种方法的测量结果相差不大。

2.电机电感（Ls）

相电感。最好的测试方法是用电桥在1Khz的频率下两相电感的总电感量除以2。Ls=Lab/2。

电桥可能不是太好找。那就用无RLC设备电感测试的方法来做。需要用示波器和DC电源，来测量另外的参数，计算转化过来。

Rs使用万用表测试得到。增加DC电源电压到5-10V，电流限值在500ma；如果能直接设置为电流源最好。电源地与示波器地夹和其中一根相线连接好，示波器探头夹另一根相线。电源正极快速给夹示波器探头的相线快速上电及断电（我用了一个微触开关来通断电源）。测试示波器上电流上升或电流下降的波形。

使用上升或下降为63%处的时间为t=Ld/Rs。 以示波器上测试到的时间和万用表测到的电阻，便可以计算出来了。

我采用的是下降沿的，上升沿波形不好。如图。

3.电机极对数（P）

用示波器探头的地线夹，夹住电机的一根相线；另一根相线用探头夹住。然后匀速的旋转电机一圈，会在示波器上出现连续的对应的波形，数一下峰峰点的个数，应该是为偶数值，再除以2就是极对数值。如果是6个峰峰值，那就是电机6极，3对极。

4.电机反电动势（Ke）

和测量电机极对数一样，示波器的探头和地线夹各接电机一根相线，转动电机测出反的电动势波形，取中间一个波形，测量其峰峰值和频率。

计算公式：Ke=1000pVpp/(21.73260*f);

P为电机极对数，Vpp为峰峰值，f为频率。

示例测试的如图。

峰峰值测量:

频率测量:

5.电机霍尔传感器安装角度

霍尔传感器是可以识别转子磁场极性的传感装置；霍尔传感器根据其面对的磁极，输出逻辑电平0或1，因此霍尔传感器必须装在定子上。通常在三相永磁电机中安装三个霍尔传感器，用来反馈转子的位置信息。他们通常间隔120°或者60°。

下图是间隔120°安装的霍尔传感器输出的典型波形，需要注意的是，一个周期是指电机的一对磁极转动一个电周期。

对120度还是60度，不能单一的理解为实际安装在定子上的位置的角度；他是检测到转子磁极的信号角度。三根霍尔线，看每根的上升沿，能找到依次的120度关系就是120度的，60度的关系就是60度的。有时测量的三根线并非ABC准确的顺序，需要人为识别一下顺序关系。

六、电机霍尔传感器偏移角度

ST FOC电机库电角度的约定是：默认电机A相的反电动势最高点作为电角度的0度；电机HallA的上升沿到电机A相反电动势最高点的延迟角度为同步电角度；

测量这个参数，需要做点准备工作，把三根相线用三根阻值1K左右的电阻各自连接之后，把电阻的另一端连在一起，让三根相线形成一个中性共地点。如果不加电阻，就相当于直接短接相线，电机的转动像发电机，会需要很大的力。

连接好后，示波器的地夹加载中性点上，示波器探头夹住需要测量的A相线。均匀快速的转动电机。

示例测量如图。

霍尔信号的测量，需要给霍尔传感器供电，一般为5V。霍尔信号线上必须存在上拉电源，因为霍尔传感器相当于PNP开关，导通时hall信号为低电平，否则为高电平。

电机的均匀快速旋转，可以用个电钻夹住中心轴，电钻来拖动旋转。

关于电机三根相线与三根霍尔线，怎样测量匹配，会做单独的介绍。

作者：李未名