铁损耗实验示例

    被测试电动机是原型电动机仅改变了绕组匝数的电动机，原型就是前述的92BL(3)D100-30H(ST)型电动机。由于磁系统没有任何变化，所以在相同转速下的铁损耗不变，空载损耗也基本不变。电动机不带负载，在速度开环情况下，调节外加的直流电源电压，便可测得不同转速下空载运行的数据，如附表所示。<BR>附表仅改变原型绕组匝数电动机的空载实验数据

    表中Vs是外加直流电源电压，Is是直流电源输出的电流，电动机在该转速下空载运行的总输入功率为：

    P0=VsIs(7)

    Ia0为相绕组电流有效值，R1为相绕组电阻，则相绕组基本铜损为：

    Pcu0=3I2a0R1(8)

    考虑到电流很小，忽略功率管的损耗和附加铜损，则空载运行时的电磁功率为：

    Pe0=P0－Pcu0(9)

    电磁转矩与空载损耗转矩相平衡为：

    To=Pe0/ωr(10)

    转子角速度：

    ωr=2πn/60(11)

    实测的空载损耗转矩与角速度的关系如图2中曲线(1)所示。不考虑转速相当低的部分时，可以用一条直线(2)来拟合，表达式为：</P>

    其中：Ta0为恒定空载损耗转矩部分，主要包括机械干摩擦转矩和铁心磁滞损耗转矩;β为粘滞摩擦系数，βωr为粘滞摩擦损耗转矩，实际上主要反映的是铁心涡流损耗转矩，空气和轴承油润滑的粘滞摩擦转矩只占很小部分，必要时可以由带未曾充磁转子的电动机测出。

    附表数据表明，8极原型电动机在额定转速nN=3000r/min时，空载总损耗为31.1W，仅占额定功率的3.11%，对高性能伺服电动机来说是恰当的值。该电动机在工厂实验室常用的支架上测试时得，电动机的表面散热系数(自然冷却)约为1.68W/℃，所以3000r/min时电机表面温升应为<BR>℃(14)

    有很大的余量可以带负载。

    当转速升至额定转速的2倍(6000r/min)时，空载总损耗增加至95.12W，约为nN时的3倍。转速升到3nN(9000r/min)时，P0增加至175.35W，约为nN时的5.6倍，机壳表面温升将达到：<BR>℃(15)

    加上环境温度，已超过B级绝缘绕组的容许温度，已没有带负载的任何余量。对电动机来说，提高它的绝缘等级，采用耐高温的轴承润滑脂和永磁材料，还可以允许更高一些的温升，但电动机温度过高，传递到铣削刀具，将严重影响工件表面加工质量，所以仅改变绕组匝数的改型设计方案是不可取的。

    减少极数的改型电动机型号为92BL(2)D100-100H(ST-1)，其中(2)表示采用模拟量输出的旋变作位置传感器，额定功率PN=1000W，额定转速，转子为4极结构，NdFeB永磁体磁极有较小的极弧系数。用同样的方法做空载实验，在意料之中的是，以铁损耗为主的空载损耗与8极电动机相比，有明显的下降。实测其空载损耗转矩与转速的关系曲线如图3中(1)`所示，在高于一定转速的范围内可以用直线(2)来拟合，得：

    与图2及式(12)、(13)相比较，可以看出这种改型电动机的铁损耗明显下降，以转速9000r/min时为例，空载总损耗降约57.16%，表面温升的降至约为44.3°，这就为电动机的带载留下了一定的余量。改型电动机在现场应用时，实际工作转速为9500r/min，由于在实际系统中电动机是间歇工作状态，用户还加了辅助的风冷，所以电动机工作时温升不高，不会对工件产生影响，可靠性也很好，满足实际应用的要求。

    结语

    本文以鞋楦机铣削刀具运动系统的要求，介绍了高速伺服电动机系统应用的一种实例，讨论了高速伺服电动机设计，特别是改型设计的技术关键和实际问题。给出了电动机以铁损耗为主的空载损耗与转速关系测试数据实例，给出满足鞋楦机刀具运动系统要求的改型电动机实例