加载电机详细计算选择加载旋转电机的选定主

测试系统功能自动功能：系统能够按测试流程自动完成对被测电机的多个项目的测试。良好的人机接口：可通过人机接口选择测试项目、设置相关的测试配置参数。数据管理功能：可对测试数据记录进行访问，包括存储、查询和删除等。

　　数据分析：对已经获得的测试数据进行数据分析，如对反电动势进行FFT频谱分析。网络功能：通过Internet进行远程测试，将数据上传。测试系统组成测试台整体结构如示。直线电机测试系统开发及性能分析20测试系统共有如下五大模块组成。

　　（1）加载装置：作为直线电机的载荷，可以选择旋转交流伺服电机带动丝杠螺母将转矩转化为推力，也可以选择直线电机作为载荷。（2）测量元件：力传感器、位置传感器、温度、压力和流量传感器、电流和电压传感器等各种测量元器件。（3）硬件：工控机，数据采集卡，各接口电路，控制电路。

　　测试系统加载装置加载模块一般可选涡流制动器、磁滞制动器、磁粉制动器等。本文选用可控性好的交流旋转伺服电机作为加载装置。考虑加载旋转伺服电机的安装固定方式的同时，还要根据被测直线电机的性能参数，如直线电机的推力、速度等对所选电机的规格和参数进行计算选择。

　　机械结构设计关键点（1）力传感器与丝杠螺母和直线电机初级（动子）的连接结构，采用一端固定一端自由滑动结构。（2）级电源电缆和传感器信号线以及电机冷却水管的拖链结构。（3）流伺服旋转电机的连接固定，要便于拆装，同时保证旋转电机轴与丝杠的同轴。

　　加载电机详细计算选择加载旋转电机的选定主要依据其转速和扭矩，丝杠的选择主要考虑其导程、最大速度、承载等，两者的选择互相约束，必须结合考虑。

　　丝杠螺母的直线速度为v=导程×n。对加载伺服电机：F=T公称外径2÷导程公称外径×π≈2T×π导程式中：F为丝杠螺母产生的推力。故旋转电机扭矩：T=F×导程÷2π可见旋转电机输出扭矩T与螺母产生的推力之间的转换与丝杠的公称直径无关，而与丝杠的导程相关。在丝杠螺母的最高工作速度已知的条件下结合以上公式可以对加载旋转电机和丝杠进行选择。以上计算是理想状态，计算中假设机械效率为1，没有考虑各种阻尼，如支撑轴承的摩擦、预压扭矩等。

　　性能参数要求（1）直线位置/速度传感器参数指标：长度，分辨率，允许最高工作速度，精度，零位信号。（2）直线导轨技术要求：长度，最大载荷，最高允许工作速度。（3）丝杠的技术参数要求：允许最高螺母直线速度，刚性，额定寿命，动载荷，导程，正反转，精度等级，预紧等。

　　测试系统软件结构采用基于虚拟仪器技术的Labview编程，完成测量数据的采集处理以及测量过程的监控。测试主界面如所示。其中起动试验、额定试验、堵动试2测试系统主界面验为三个测试主页，在其下级分别有不同的测试页。

　　起动试验下完成静态参数试验：电阻、电感、电气时间常数和空载试验；额定试验下完成推力波动系数、额定电流、额定推力、温升、效率以及反电动势测试；堵动试验下完成堵动推力波动系数、堵动峰值推力、堵动电流、堵动转矩、堵动温升试验：“设置”按键，弹出设置参数子菜单，输入编码器线数、数据保存路径、测试VI路径参数，并完成采集卡自校正：“数据调出”按键，可以进入数据调出界面。

　　测试系统硬件结构测试装配的电气硬件结构主要包括各种检测设备，如位置、速度编码器、相位传感器、力传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器、电压传感器和电流传感器等；将检测设备的信号转换成数据采集卡所能接收的信号的变送器；数据采集卡；伺服驱动系统；工控机；继电器，保护器和手控盒等。

　　测试项目、方法和过程该测试系统可以测量直线电机绕组直流电阻、绕组电感、电气时间常数、静摩擦力、反电动势波形及常数、额定电流、额定推力以及额定数据时冷却系统压力和流量、额定负载下初级线圈温升与冷却流量关系曲线、连续堵动推力波动系数（自然冷却）、峰值推力以及最大持续时间（电机温升不超过90K）。

　　以本文所测直线电机的额定试验为例（其额定速度为86.4m/min，丝杠导程为32mm），对测试方法和过程进行简述。（1）测试条件：直线电机的直线伺服驱动器工作在电流环，加载伺服电机的伺服驱动器工作于速度环。直线电机行程有限，从连续工作制考虑直线电机要做往复运动，这要求伺服旋转电机做正反转重复运动，必须保证加载电流的方向与旋转伺服电机转向的一致性，以及两者换向的同步性。

　　（2）测试过程：首先起动伺服旋转电机工作于速度环（电流很小），调整其转速带动丝杠螺母的直线速度为直线电机的额定速度，通过计算旋转电机的转速为n=v导程=2700r/min.然后起动直线电机工作于电流环（电流很小），并调整冷却水进口压力为0.3MPa，不断增大直线电机的电流I大小（从0开始，以20%IN、40%IN、60%IN、80%IN、100%IN逐渐增大）以便调节输出推力，并记录电流I（推力）下直线电机初级线圈的温升，微调I值直到温升稳定（对于连续工作制电机在连续工作1小时内温度变化不超过1K）并达到设定温升限值90K时，读取此时的推力值为额定推力，此时的电流值为额定电流值。

　　额定电流及额定推力根据有水冷和无水冷情况有不同的数值，水冷情况下，根据进水口水压大小和流量大小的不同分别对应不同的额定电流和额定推力。

　　测试数据处理及性能分析以直线电机位置控制精度测试为例对直线电机的测试数据进行分析和处理。

　　直线电机位置控制精度测量示意（1）直线电机的灵敏度测量。所选传感器分辨率为1μm，工控机发送一个脉冲指令，记录初级一侧千分表的读数变化为1μm，重复试验，均为1μm，故直线电机系统的灵敏度为1μm，取决于直线电机驱动器和所选用的位置传感器分辨率。

　　（2）重复定位精度测量。设定直线电机光栅尺Z点零标位置为初始绝对位置（原点位置），向左移动20cm，然后再向右移动20cm，回到原点，处于位置锁定状态。此时可在显示器上观察位置随动误差的波动不超过±3个脉冲，即重复定位精度≤3μm.

　　也可在直线电机动子右侧将千分表表头调好，设定该点为直线电机初始原点位置，向左移动20cm，然后再向右移动20cm，回到原点，处于位置锁定状态，记录千分表读数变化。

　　（3）位置控制精度测量。在直线电机初级右侧将千分表表头调好，设定该点为直线电机初始原点位置，发送指令右移50μm，处于位置锁定状态，记录千分表读数，再向右移动50μm，重复记录千分表读数。此时也可在上位机显示器上观察位置锁定状态下随动误差的波动不超过±3个脉冲，如所示，即位置控制精度≤3μm.