采用Gen3i数据记录仪，仅需用手旋转电机一圈，即可获得永磁电机的反电动势电压常数

由于永磁 (PM) 电机比其他类型电机具有更高的扭矩密度和更高的效率，所以永磁 (PM) 电机在许多应用中更节能。 可调速驱动器（ASD）的发展也拓展了永磁电机的应用领域，包括：拖拉机、传统汽车、可再生能源发电、电动汽车、电动飞机和家用电器等 [1]。 通过不同的电机设计来满足不同的应用要求。其中，转子设计决定了永磁电机的拓扑结构。 最常见的永磁电机有表面贴装 (SM) 永磁电机、内部永磁体 (IPM) 电机（单层和多层转子）、嵌入式永磁电机、磁通集中式永磁电机等。

应用工程师需要通过测试程序来获取电机参数以便实施特定的电机控制。电机控制中通常使用的电机参数有：定子电阻、定子电感和磁链（或反电动势常数）。通过对不同转子位置的线间阻抗测量或短路测试，可以非常快速地获得定子电阻和电感。磁通量可以通过空载试验由驱动电机 (DM) 驱动被测电机 (MUT)旋转获得（以下称为常规方法）。根据设备终端的感应电压和电机速度即可计算得出磁通量。

本文将介绍一种识别永磁电机磁通量的非常简单的方法。 相对于传统方法，所提出的方法不需要驱动电机，它可以应用于具有非正弦反电动势电压的PM电机。首先，在第二部分介绍了传统方法。然后，在第三部分中对所提出的方法进行了分析。第四节对本文进行了总结。

传统的空载测试，被测电机由具有调速功能的驱动电机以恒定速度驱动，如图 1 所示

图 1：常规方法

通过测量被测电机端的正弦感应电压，线间电压的均方根和电机速度 ωm。

即可可通过以下公式计算磁通量：

 (1)

其中。 p 是 被测电机的极对数。

这种方法很简单，但有以下缺点：

• 如果是电机绕制来获得非正弦反电动势电压，则计算出的磁通量不正确，因为它必须仅对应于基本分量
• 如果速度不是恒定的（速度调节不理想和/或被测电机转子轴偏心），电压会波动

可以通过使用Gen3i数据记录仪可以克服不理想的测量条件，如图 2 所示。

图2：使用 HBM Gen3i dara数据记录仪实现传统方法。

数据记录仪直接测量相对应被测电机中性点的相电压。 如果中性点不可用，则改为测量线间电压。 当被测电机以恒定速度旋转时，Gen3i 能从多个周期中获取所有数据点，如图 3 所示。

图3：包含电机电压的长数据帧（约2秒）（左）和这些电压的缩放图（右）。

从图 3 可以很容易地看出，感应电压不是正弦曲线，因此简单地测量均方根值会在磁通量计算中产生误差。 为了正确计算磁通量，需要使用空间矢量理论。 首先，将三相电压 (va,vb,vc) 转换为固定 (α,β) 坐标系中的双相电压：

(2)

(α,β) 电压如图 4a 所示。 这些电压是 (α,β) 磁通分量的时间导数。 因此，Gen3i 使用的是简单积分来获得磁通分量：

(3)

(α,β) 电压和磁通分量描述了一个反电动势矢量和一个磁通矢量，它们正交并在 (α,β) 平面内旋转，角频率 ω 等于电频率，如图4b所示。

图 4：(α,β) 平面中的电压和磁通矢量

通过电压积分可以简单直接地获得磁通分量。 但是，电压测量中的任何偏移都可能导致磁通量漂移。 此外，根据初始积分点，磁通量可能具有非零平均值，如图 5 所示。Gen3i 能够正确检测 (α,β) 电压的每个周期。 如果从积分结果中减去磁通量的平均值（每个周期计算）（图 5-右），则磁通量变为平均值为零的交流量，如图 6 所示。

除了时间基础的初始周期外，（α，β）磁通分量均近似正弦量。 磁链是反电动势常数计算中的关键参数，可以通过磁通量矢量大小的平均值来得到（见图 4b）。

(4)

必须从获取的数据中正确选择用于计算平均值的时间间隔。

图 5：电压积分结果（左）和每个周期计算的校正（右）。

最终的 (α,β) 磁通量和磁通矢量大小如图 7 所示。最终的磁通量如下所示：

λ_m= 23.866 (mVs)   (5)

图 6：磁通分量校正（左）和最终（α，β）磁通分量（右）

图 7：最终的 (α,β) 磁通分量并且磁通量计算结果将作为磁通矢量的大小。

由于积分不取决于电机速度，因此即使速度不是恒定的，积分也同样适用。 出于这个原因，所提出的方法不需要驱动电机来旋转带动被测电机。 Gen3i 只需记录一段时长的电压数据，同时手动旋转被测电机一圈即可，如图8所示。相位和（α，β）电压如图9所示。

图 8：建议的方法。 手动旋转被测电机，同时 Gen3i 获取被测电机端的感应电压

图 9：包含被测电机相电压（左）和计算出的（α，β）电压分量（右）的数据。

图 10：磁通量校正（左）和最终（α，β）磁通量（右）

电压的积分和磁通量的校正如前一章节所述进行。 用这种方法计算的磁通量为：

λ_m= 23.865 (mVs)   (6)

可以很容易地看出，计算出的磁通量实际上与使用常规空载试验计算出的磁通量相同，这表明不需要驱动电机。