[发明专利]无刷直流电动机模拟器

摘要

本发明公开了一种无刷直流电动机模拟器。绕组子系统模拟器模拟绕组电阻、电感及反电势；电磁子系统模拟器模拟无刷直流电动机的电磁力矩；负载特性模拟器模拟负载力矩；机械子系统模拟器模拟无刷直流电动机的机械特性；磁通密度模拟器模拟无刷直流电动机转子磁通密度分布特性；反电势子系统模拟器模拟无刷直流电动机的三相绕组反电势；位置传感器模拟器的模拟开关霍尔传感器的输出信号。本发明是可以替代无刷直流电动机本体的电子负载，具有真实无刷直流电动机的电气特性和机械特性，可以对驱动电压、驱动电流、反电势、电磁转矩等重要参数进行监测，对换相错误、电流异常等信息进行记录，具有故障自主诊断与处理能力。

主权项

一种用于模拟无刷直流电动机的电气特性和机械参数的无刷直流电动机模拟器，其特征在于，该无刷直流电动机模拟器包括绕组子系统模拟器（1）、电磁子系统模拟器（2）、机械子系统模拟器（3）、磁通密度子系统模拟器（4）、负载特性子系统模拟器（5）、反电势子系统模拟器（6）、位置传感器子系统模拟（7）和电气接口（8）等。绕组子系统模拟器（1）用于模拟无刷直流电动机的三相绕组A、B、C和中线O，其包括继电器（11）、电流传感器（12）、反电势发生器（13）、绕组电阻（14）和电感（15）；三相绕组中串入继电器（11），在系统过流或过压时能够自动切断三相模拟绕组与驱动器的连接，保护驱动器和无刷直流电动机模拟器；电流传感器（12）获得三相绕组的电流值，电流值作为绕组子系统模拟器（1）的输出，电磁子系统模拟器（2）对电流值进行采样处理；绕组在磁场中产生的反电势使用可控电压源（13）模拟实现，控制信号由反电势模拟子系统（7）发出，用于模拟产生反电势信号；绕组电阻（14）和电感（15）均由物理电阻和电感组成，以保证各绕组电流与实际无刷直流电动机绕组电流相同或相似。电磁子系统模拟器（2）模拟电动机中力矩的产生过程，对绕组子系统模拟器（1）的电流传感器输出进行A/D采样，得到无刷直流电动机A、B、C三相定子绕组相电流值ia、ib和ic；无刷直流电动机的电磁转矩Te与力矩系数Km、无刷直流电动机A、B、C三相反电势波形函数μa、μb、μc有关，可表示为：Te=Km(μaia+μbib+μcic)。负载特性模拟子系统（5）模拟输出无刷直流电动机的转动惯量J和负载转矩TL；机械子系统模拟器（3）模拟电磁力矩Te和负载阻尼力矩TL之间的相互作用，产生无刷直流电动机的运动状态参数：转子位置θ、角速度ω和角加速度α。磁通密度子系统模拟器（4）是模拟产生反电势波形函数的子系统，采用理想梯形波法、经验公式法和实测拟合法三种方法对反电势波形进行模拟，输出量为反电势波形函数μj(θe)。反电势子系统模拟器（6）以磁通密度子系统模拟器（4）的反电势波形函数μj(θe)和机械子系统模拟器（3）的无刷直流电动机角速度ω为输入信号，模拟产生无刷直流电动机运行过程中三相绕组产生的反电势控制信号，反电势控制信号控制绕组子系 统模拟器（1）的可控电压源产生反电势ej。位置传感器模拟子系统（7）从机械子系统模拟器得到电动机转子电角度θe，模拟产生霍尔传感器的输出信号。