电机实验报告大纲

电机测试报告一．实验设备1.DG-168A电机电机、齿轮箱为一体化整体结构设计，左、右成组使用、平衡性好、调速性宽阔平滑、高稳定性、安装方便。此电机作为电动轮椅车驱动源使用，适用于轻型电动轮椅车。2.HQ-006系列代步车电机属于直流有刷电机，于24V直流电压下工作，输出功率为400W。作为代步车的驱动源使用，是代步机技术开发中的重要组成部分。3.VR2控制器包括操纵杆（用于控制DG-168A电机的方向和调速）、电源模块。4.S-Drive控制器S-Drive代步车控制器系统是迄今最先进且经济高效的控制器，在性能和功能方面都有重大改进。它适用于所有中小型轻便踏板车和类似的电动车辆。5.磁粉测功机包括测功机、置于控制柜中的YD1000直流电参数测试仪（用于测量并显示当前电机的电压、电流、功率值）和YD6000测功机控制器（用于显示转速、转矩、输出功率、效率以及最后窗口指示励磁电流）、配套使用的测功机软件（用于在PC机上实时显示当前电机的电压、电流、转速、转矩等电机性能）。此设备的作用是模拟电机负载，通过编程改变模拟负载大小，以达到不同的性能测试目的。6.AQMD3630NS直流电机驱动器此设备使用领先的电机回路电流精确检测技术、有刷直流电机转速自检测技术、再生电流恒电流制动(或称刹车)技术和强大的PID调节技术，可完美地控制电机启动、制动(刹车)、换向过程和堵转保护。7.电流钳和数字示波器用于观察控制器输出端电流变化情况。8.其它设备电脑、扳手、旋具组套、螺丝刀、剥线钳、导线等。二.设备连接1.电机与磁粉测功机连接总图图1为电动轮椅电机测试总体连接图；图2为代步车电机测试总体连接图。磁滞测功机VR2控制器操作柄稳压电源左电机＋＋＋YD1000RS-232RS-232测功机接口励磁输出YD6000通讯线电脑控制柜＋＋输入输出右电机信号线励磁线＋图1电动轮椅电机测试总体连接图磁滞测功机AQMD3630NS直流电机驱动器稳压电源＋＋＋YD1000RS-232RS-232测功机接口励磁输出YD6000通讯线电脑控制柜＋＋输入输出代步车电机信号线励磁线＋RS232—RS485转换器通讯线图2代步车电机测试总体连接图2.设备连接步骤1)控制器与电源设备、左右电机进行连接；图3控制器连接图2)将控制器与右电机的连接导线剖开，连接控制器端的导线作为控制柜的输入端接入控制柜；图4控制柜输入端连接图3)控制柜的输出端连接右电机；图5控制柜输出端连接图VR2控制器控制柜输入端控制柜输出端4)右电机与磁粉测功机通过夹具连接并固定；图6电机与测功机连接图5)电脑与控制柜中的直流电参数测试仪、测功机控制器同时连接，以便及时显示测试数据。图7控制柜连接图2.AQMD3630NS直流电机驱动器连接1)AQMD3630NS直流电机驱动器的电源接口通过导线与电源连接；夹具磁粉测功机图8驱动器电源模块连接图2)AQMD3630NS直流电机驱动器的电机接口作为控制柜的输入端，接入控制柜；图9驱动器电机模块连接图3）AQMD3630NS直流电机驱动器的通讯接口通过USB485与PC机的USB接口连接，从而进行通讯。图10驱动器通讯接口连接图稳压电源驱动器控制柜输入端USB485三.实验目的实验目的主要包括以下两点：1）为测试电动轮椅的DG-168A电机和HQ-006系列代步车电机的相关技术特性，掌握电机的性能特点，发现电机存在的有利点和不足点。从而应用于电机的进一步改进与开发，尤其是在自动控制系统中，充分的掌握电机特性，才能使系统工作在最佳状态。2）测试电机配套的代步车控制器和电动轮椅控制器的实际性能表现，了解配套控制器在不同档位、不同负载下的转矩，转速以及输出功率之间的关系。为后续研发具有自主知识产权的代步车控制器提供必要的研究基础。四.实验过程和进度我们项目小组于今年年初和博世公司的该项目负责人进行会议交流，明确电机测试的大致方向和内容之后，我们便着手开始查阅相关资料、了解测试所需要的相关设备和工具。确定了所需要的模拟负载设备——磁粉测功机，通过网上货比三家的搜索、客服咨询，我们最终确定了购买磁粉测功机的厂家，并把我们的两台电机寄给厂家，定制了适用于这两台电机测试的100N·m磁粉测功机、测功机控制器、直流电参数测试仪及电机的配套夹具。经过近一个月的生产过程，磁粉测功机及电机进驻实验室。项目小组的同学在认真看了设备说明书之后开始进行设备接线、组装，其中也遇到了不少模棱两可的问题，最终在与厂家工程师的沟通下都得以解决。当电动轮椅安装上磁粉测功机准备投入测试时，又遇到了水冷或风冷的问题，基于磁粉测功机若首次使用没有进行水冷则以后的实验都无法进行水冷，鉴于对保护设备以维持其长期使用性的考虑，我们又购入了水冷装置，与测功机连接并投入使用。测试开始阶段我们按照博世所给的测试内容进行不同操作，用霍尔电流钳夹取控制器输出端导线，用数字示波器观察并记录电流变化情况。剥开电机导线，将控制器端的电机导线作为输入端接入控制柜，电机端的导线作为控制器输出端连接。施加模拟负载的情况下，按照相同的操作控制操纵杆，用软件记录此时的各参数变化情况。然而，和测功机客服交流后发现此测试并不合理，因为磁粉测功机测试的是电机的稳态情况，若要测试瞬态变化则必须有传感器等装置。我们与博世公司的项目负责人进行了又一次的会议之后，明确了博世公司需要我们测试这两台电机的恒转矩-恒功率曲线。小组同学通过不断的跟测功机厂家的工程人员的交流和对相关技术知识的了解，经过讨论确定了测试方案，经过为期几天多方向、多数据的测试，我们发现得出的数据情况与预料的理论情况完全不同，电机的实际情况无法得出恒转矩-恒功率曲线。通过与专业技术人员的咨询、网上资料查询和我们之前掌握的电机资料，我们推测这与电机本身特性、电机控制器有很大关系，试图寻求解决方案。为了进一步求证无法得出恒转矩恒功率曲线的原因，我们找到相关控制器厂家，针对我们的情况，购置了一款具有速度反馈功能的AQMD3630NS直流电机驱动器。原先的接线方法都要被重新改变,需按照AQMD3630NS直流电机驱动器的说明要求重新进行导线焊接。全部连接好并检查无误之后，打开电源、控制软件驱动却无法启动电机转动，查找了各种可能的原因，最终发现是可能是电机刹车线的问题无法解决，此电机刹车线只能按原接线方法与原控制器连接。将电动轮椅电机换成代步车电机，用AQMD3630NS直流电机驱动器控制代步车电机，能够正常进行运转。采用同电动轮椅的恒转矩-恒功率测试方案进行测试，发现也无法得出标准的曲线。针对电机的特性，我们制定了最佳功率点测试方案，测试每一档位下多大负载能使其达到最佳功率状态，并达到很好的测试效果。结合博世提供的“电机及其驱动控制系统的持续转矩特性测定”、“电机及其驱动控制系统的持续功率特性测定”、“电机及其驱动控制系统的短时峰值功率特性测定”和“电机及其驱动控制系统的短时峰值转矩特性测定”的技术性能测试表格，通过小组讨论以及查阅相关电机性能资料，我们对两个电机进行了持续转矩特性和持续功率特性的测定。最后我们把之前的实验数据和实验报告进行整理、分析，整合成一份完整的测试实验报告，以尽可能多的为博世公司提供有利的数据信息。五.实验原理实验的基本原理就是通过购买的代步车电机和电动轮椅电机自带的控制器，并以磁粉测功机模拟电机负载，从而测试电机的多种性能，并获取性能曲线。电机空载的情况下，电机输入导线穿过电流钳，穿过铁心的被测导线就成为电流互感器的一次线圈，其中通过电流便在二次线圈中感应出电流。从而使二次线圈相连接的电流表便有指示，测出被测线路的电流。通过对操纵杆的不同操作，并利用电流钳与示波器的连接，从示波器上读取不同操作下电流的变化情况。电机在带负载情况下会有不同的特性表现，利用磁粉测功机模拟负载进行实验。当磁粉测功机内部线圈通过电流时产生磁场，使内部磁粉按磁力线排成磁链，由磁粉链产生拉力变为阻止转子旋转的阻力，该力即为负载力矩。我们通过软件中的自动测试来模拟励磁电流大小。改变励磁电流即可改变电机负载大小。电机的转矩、转速和输出功率之间的关系式为：M=9550*P/n(M:转矩，单位:N.m；P:输出功率，单位:kW；n:转速，单位:rpm)。六．实验内容此次电机测试实验项目依据电机自身具备的参数特性、技术性能特点，并结合现有的电机测试设备，设计了10个实验内容。实验内容设定主要有两个来源：1）参考博世公司提供的电机技术性能测试资料。包括“电机及其驱动控制系统的持续转矩特性特定”、“电机及其控制系统的持续功率特性测定”、“电机及其控制系统的短时峰值转矩特性测定”、“电机及其控制系统的短时峰值功率特性测定”及电机的恒转矩-恒功率曲线图等实验内容；2）网上资料查阅项目组经过查阅资料、组内讨论、不同实验设备的尝试以及不断的实验验证，设计了最大功率点等实验。以下是十组实验的具体内容。1.电动轮椅电机测试实验报告一（电机空载实验）本实验中，电机在空载条件下，霍尔电流钳夹取电机输入导线，通过VR2控制器操纵杆的不同操作测试电机的空载性能。电流钳与数字示波器相连接，观察电流变化情况并分析波形。具体详见“电动轮椅电机测试实验报告一”。2.电动轮椅电机测试实验报告二（测功机模拟负载实验）本实验中，电机在带负载情况下，利用控制器操纵杆进行与空载实验相同的操作，通过磁粉测功机模拟不同的负载大小，由测功机控制器得到转速、转矩和输出功率值，观察转矩和功率负载特性曲线的变化情况。根据电机负载特性曲线，总结出其中有利的规律和结论。具体详见“电动轮椅电机测试实验报告二”。3.电动轮椅电机测试实验报告三（固定励磁、增大转速实验）本实验中，在不同档位下，磁粉测功机模拟某一负载值（即设置固定的励磁电流值），在某一档位下以平稳的速度增加转速。观察转速和功率负载特性曲线的变化情况，根据电机负载特性曲线，总结出其中有利的规律和结论。具体详见“电动轮椅电机测试实验报告三”。4.电动轮椅电机测试实验报告四（最佳功率点实验）本实验中，用磁粉测功机模拟电机负载，通过编程改变模拟负载大小，然后观察不同档位、不同励磁情况下，电机在相应档位下何时达到最佳功率点。通过测试实验跟踪每个档位下电机的最大功率点，过最大功率点之后进行换挡，以使电动轮椅的提速性能达到最佳运作状态。具体详见“电动轮椅电机测试实验报告四”。5.电动轮椅电机测试实验报告五（转矩与转速关系实验）本实验中，将控制器依次调到5个档位的最大转速，通过不断增加励磁电流来增加电机的负载。理论上，在带负载能力范围内，转矩保持恒定，若超过带负载能力范围，转矩会随着转速的增加而降低，以维持恒功率状态。观察转速和功率负载特性曲线的变化情况，得出了不同于理论的实际情况，即转速随转矩的增加而减小，二者成线性相关。具体详见“电动轮椅电机测试实验报告五”。6.电动轮椅电机测试实验报告六（持续转矩特性测定实验）本实验基于实验五无法得出恒转矩恒功率特性的实际情况，制定出针对测试本电机特性的持续转矩实验。其原理为保持电机输出转矩近似不变，随着转速增加，功率也增加。观察数据和图表信息，总结电机负载大小与输出功率的关系。具体详见“电动轮椅电机测试实验报告六”。7.电动轮椅电机测试实验报告七（短时峰值功率特性测定实验）本实验同样是基于实验报告五无法得出恒转矩恒功率特性的实际情况，针对本电机制定的短时峰值功率特性实验。其实验原理是由最佳功率点测试表（参见电机测试实验报告四）可知每一档在多少励磁情况下达到最大功率点，即设置相应励磁附近的励磁值，得出持续功率特性数据。通过这一特性的测定，可将电机自动控制在最佳输出功率的运行状态。具体详见“电动轮椅电机测试实验报告七”。8.代步车电机测试实验报告一S-Drive控制器是适配代步车电机驱动的经济高效的控制器，然而在本实验过程中却无法控制代步车电机正常运转，项目小组的同学们为此也做了很多努力和尝试。具体详见“代步车电机测试实验报告一”。9.代步车电机测试实验报告二由于S-Drive无法驱动电机（见代步车电机测试实验报告一），经过查阅资料、网上咨询和电机基本参数资料