无刷直流电机的可靠性测试浅谈

无刷直流电机的可靠性测试浅谈摘要：无刷直流电机因转速可调，效率高，温升低等多方面的优势，在商用中央空调被广泛使用。本文主要结合小功率电机安全要求，介绍不同驱动器直流电机的特点，并对内置驱动及外置驱动两种无刷直流电机的可靠性测试方法进行探讨，同时明确风管式空调室内机的测试注意事项。关键词：无刷直流电机；可靠性测试；温升无刷直流电机对比交流电机，因转速可调，效率高，温升低，噪音好等多方面的优势，在商用中央空调中被广泛使用。根据驱动控制方法，电机安装结构差异，电机成本等需求，电机设计选型的要求逐步提升，尤其在可靠性测试方面有更高的要求。1、无刷直流电机介绍无刷直流电机，转子是永磁体，定子绕上线圈。而定子绕组的电流换向则通过电力电子器件进行换向，如下图（1）所示。图（1）所示的电路，输入的是直流电，输出的是交流电；TO〜T6分别是六个晶闸管的通断信号，这个电路也称为逆变器。直流电机根据驱动设计类型可分为外置驱动和内置驱动两种。所谓外置驱动是指逆变器并不包含于电机内部，而是放在整机的控制主板中。外置驱动可带传感器，也可不带传感器。而内置驱动则指把逆变电路（有时还包含整流电路）从整机主板移到电机内部。图（1）无刷直流电机结构示意图2、商用无刷直流电机驱动器特点1）Vcc驱动器芯片电压。正常工作电压范围为：13.5V~16.5V，Vcc回路中需有钳位电路或稳压电路等保护电路，确保Vcc存在电压波动或尖峰电压不烧坏。2）VDC驱动器母线电压。正常工作电压范围为：2OOV~4OOV。3）Vsp转速控制信号电压。一般输入电压范围：0V~6.5V，在Vsp输入电压范围内，电机不能出现保护。4）FG转速反馈信号。直流电机FG反馈信号必须与转速真实值一致，在接通Vcc的状态下，只要轴有转动就须有FG信号输出，与Vsp是否通电没有关系。5）Vcc、VDC、Vsp时序要求：电机启动时，Vcc与VDC上电无先后要求，Vsp上电晚于Vcc和VDC；停机时，Vcc与VDC掉电无先后要求，Vsp掉电早于Vcc和VDC。3、商用无刷直流电机可靠性分析可靠性一般采用器件温度变化进行衡量，直流电机可靠性同样采用电机温升进行验证。温升测试电压要求采用驱动器整流前的交流侧额定电压的1.15倍或0.75倍，通过调整Vsp电压，使电机转速达到额定转速的1.1倍，再取两种电压下温升高者作试验结果。3.1、温升判定方法总法则：电机环境空气温度T1+温升△KW绝缘等级对应极限温度T（公式1）其中，T1最高值：室外机58度；室内机40度；△K极限值：室外机，E级小于75k,B级小于80k，F级小于100k；室内机,E级小于57k，B级小于62k，F级小于79k；极限温度T：E级绝缘120度，B级绝缘130度，F级绝缘155度；3.2、内置驱动直流电机温升测试及判定：采用热电偶法测试，温度判断是否合格。总法则（公式1）转化为：电机环境空气温度T1+温升△K=热电偶温度T热偶W绝缘等级对应极限温度T其中不等号右边：绝缘等级对应极限温度T可查电机规格书的极限温度值上式可简化为：电机环境空气温度T1+温升△K=热电偶温度T热偶W布点温度极限T规格书（公式2）其中T1，指的是电机周边环境的空气温度，通过在电机壳体表面5mm处布热电偶测试得出。送风模式下，工况室的房间空气温度可认为是电机环境空气温度。电机环境空气温度需调节至表1对应的最高温度，通过调整工况室温度来实现。若T1未调节为表1中的最高温度，需进行折算，方法：电机环境空气最高温度T1最高+温升△K=热电偶折算企标后温度T折算（公式3）（公式3）-（公式2），得热电偶折算后温度T折算=热电偶温度T热偶+（电机环境空气最高温度T1最高-T1）（公式4）通过测试T热偶、电机环境空气温度T1,及查表1中的最高温度T1最高，计算得出热电偶折算后温度T折算通过查电机规格书，得出布点温度极限T规格书温升合格的判定法则：热电偶折算后温度T折算W布点温度极限T规格书（判定法则1）3.3、外置驱动直流电机温升测试及判定：采用热电偶法测试，温升或温度判断是否合格。总法则（公式1）转化为：热电偶温度T热偶W绝缘等级对应极限温度T即：电机环境空气温度T1+温升△K=热电偶温度T热偶推出：温升△K=热电偶温度T热偶-电机环境空气温度T1（公式5）通过测试所布点温度T热偶、T1，计算得出温升△K（绕组、轴承的计算方法相同）当送风模式时，房间空气环境温度认为是电机环境空气温度T1；但制冷或制热模式时，电机环境空气温度T1需在电机表面布点测试。通过查表1、表2,判断电机绕组温升极限值△K极限轴承温升极限值厶K极限通过如下方法计算得出：△K极限=轴承极限温度（查电机规格书）一电机最高环境空气温度T1（查表1）温升合格的判定法则：温升△K＜温升极限值△K极限（判定法则2）3.4、商用风管式室内电机可靠性测试的注意事项同一款风管机，因外接静压（风管长度）不同，电机温升不同。相同转速下外接静压越高，电机温升越低；不接风管的情况下，电机温升最高。故风管电机温升测试时，必须明确整机的标称静压，原则上要求在风量台上按照标称静压测试风管电机的温升。两种风管结构差异介绍吸风式的风管结构：进风先通过蒸发器，再经过电机的风管机结构吹风式的风管结构：进风先通过电机，再经过蒸发器的风管机结构两种风管机结构，需注意电机周边环境的空气温度（T1）与工况室的房间空气温度（T房）的关系。热电偶折算企标温度过程提到的电机环境温度，指的是电机周边环境的空气温度，通过在电机壳体表面5mm处布热电偶测试得出。结束语：直流电机作为商用中央空调的核心部件，是空调可靠运行的关键，也是体现空