GB/T 21418-2008 永磁无刷电动机系统通用技术条件
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ICS 29 . 160 . 30 K 24
中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准
GB/T 21418—2008
永磁无刷电动机系统通用技术条件
Generalspecification forpermanentmagnetbrushlessmotorsystem
2008-01-22 发布 2008-09-01 实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会
发
布
GB/T 21418—2008
目 次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 2
4 运行条件 7
5 机座号 7
6 基本要求和试验方法 7
7 特殊试验 10
8 铭牌和其他信息 14
9 安全性要求 15
10 检验规则 15
11 包装和储存 18
附录 A(资料性附录) 系统方框图 19
附录 B(资料性附录) 热阻和热时间常数的试验方法 21
Ⅰ
GB/T 21418—2008
前 言
本标准是永磁无刷电动机系统的基础标准,规定了永磁无刷电动机系统及构成系统的永磁无刷电动机 、永磁无刷电动机驱动器的术语和定义,运行条件,基本要求,试验方法和验收标准等 。本标准参考国内外相关标准并吸收了永磁无刷电动机系统的研发 、生产经验编制而成 。
本标准与其他微电机标准以及其他相关标准协调一致 。
本标准由中国电器工业协会提出 。
本标准由全国微电机标准化技术委员会归 口 。
本标准起草单位:西安微电机研究所 、北京和利时电机技术有限公司 、广东威灵电机制造有限公司 、卧龙电气集团股份有限公司 、横店集团联宜电机有限公司 、深圳龙德科技有限公司 、江西喜泰电机有限公司 、山东山博电机集团有限公司 、成都精密电机厂 、常州祥明电机有限公司 、浙江嵊州鹏达机电制造有限公司 、深圳市天星无刷电机制造有限公司 、佛山南海科西亚数码电气有限公司 、国家稀土永磁电机工程中心 、哈尔滨工业大学 、淄博博山杰瑞微电机有限公司 、贵州华烽电器有限公司 、国营林泉电机厂 、山东祥和集团股份有限公司博山微电机厂 、浙江奥力电机股份有限公司等 。
本标准主要起 草 人:莫 会 成 、邵 晓 强 、张 朝 晖 、王 健 、肖 战 龙 、严 伟 灿 、许 晓 华 、陈 建 能 、宋 广 德 、周元军 、刘家宁 、孙龙生 、唐现舟 、王福杰 、王匀平 、张卫 、崔来胜 、王士相 、钱良钗 、刘志尚等 。
Ⅲ
GB/T 21418—2008
永磁无刷电动机系统通用技术条件
1 范围
本标准规定了永磁无刷电动机系统及构成系统的永磁无刷电动机 、永磁无刷电动机驱动器的术语和定义,运行条件,基本要求,试验方法和验收标准等 。
本标准适用于永磁无刷电动机系统(以下简称系统)及构成系统的永磁无刷电动机(以下简称电动机)、永磁无刷电动机驱动器(以下简称驱动器)。
2 规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款 。凡是注 日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本 。凡是不注 日期的引用文件,其最新版本适用于本标准 。
GB/T 191 包装储运图示标志(GB/T 191—2000 , eqv ISO 780:1997)
GB 755—2000 旋转电机 定额和性能(IEC 60034-1:1996 , IDT)
GB/T 2423 . 1 电工电子产品环境试验 第 2 部分:试验方法 试验 A:低温(GB/T 2423 . 1—2001 , IEC 60068-2-1:1990 , IDT)
GB/T 2423 . 2 电工电子产品环境试验 第 2 部分:试验方法 试验 B:高温(GB/T 2423 . 2—2001 , IEC 60068-2-2:1974 , IDT)
GB/T 2423 . 3 电工电子产品基本环境试验规程 试验 Ca:恒定湿热试验方法(GB/T 2423 . 3—2006 , eqv IEC 60068-2-78:2001)
GB/T 2423. 5 电工电子产品环境试验 第二部分:试验方法 试验 Ea 和导则:冲击(GB/T 2423. 5— 1995 , idt IEC 60068-2-27:1987)
GB/T 2423 . 10 电 工 电 子 产 品 环 境 试 验 第 二 部 分:试 验 方 法 试 验 Fc 和 导 则:振 动(正 弦) (GB/T 2423 . 10—1995 , idt IEC 60068-2-6:1982)
GB/T 2828 . 1—2003 计数抽样检验程序 第 1 部分:按接收质量限(AQL) 检索的逐批检验抽样计划(ISO 2859-1:1999 , IDT)
GB/T 2900 . 26 电工术语 控制电机
GB/T 2900 . 56 电工术语 自动控制
GB/T 4772 . 1 旋转电机尺寸和输出功率等级 第 1 部分:机座号 56 ~ 400 和 凸 缘 号 55 ~ 1080 (GB/T 4772 . 1—1999 , idt IEC 72-1 :1991)
GB 4824—2004 工业 、科学和医疗(ISM)射频设备电磁骚扰特性 限值和测量方法
GB/T 7345—1994 控制微电机基本技术要求
GB/T 7346 控制电机基本外形结构型式
GB/T 10069 . 1 旋转电机噪声测定方法及限值 噪声工程测定方法
GB/T 17626 . 2—2006 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验(IEC 61000-4-2 : 2001 , IDT)
GB/T 17626 . 3—2006 电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验(IEC 61000-4- 3:2002 , IDT)
GB/T 17626 . 4—1998 电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验(IEC 61000-4-4 : 1995 , IDT)
1
GB/T 21418—2008
GB/T 17626 . 5—1999 电磁兼容 试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验(idt IEC 61000-4-5 : 1995)
GB 18211—2000 微电机安全通用要求
GJB/Z 299B—1998 电子设备可靠性预测手册
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本标准 。
3 . 1
永磁无刷电动机系统 permanentmagnetbrushlessmotorsystem
以永磁无刷电动机作为执行元件,根据位置 、速度 、转矩等反馈信息构成的控制系统 。
系统包括永磁无刷电动机 、传感和驱动器等三部分(参见附录 A 图 A. 1) 。
系统有 4 种基本运行方式:开环运行、转矩控制、速度控制和位置控制(参见附录 A 图 A. 2 ~ 图 A. 5) 。
3 . 2
驱动器 driver
接受控制指令,可实现对电动机的转矩/速度/转子位置控制的电气装置 。
驱动器按其控制电路和软件的实现方式可分为模拟量控制 、数字模拟混合控制和全数字化控制;按其驱动方式可分为方波驱动和正弦波驱动 。
3 . 3
永磁无刷电动机 permanentmagnetbrushlessmotor
依赖于转子位置信息,通过电子电路进行换相或电流控制的永磁电动机 。
永磁无刷电动机有正弦波和方波两种形式,驱动电流为方波的电动机通常称为永磁无刷直流电动机,驱动电流为正弦波的电动机通常称为永磁交流伺服电动机 。按电动机传感类型可分为有传感器电动机和无传感器电动机 。
3 . 4
传感 sensor/sensing
用于检测永磁无刷电动机位置 、速度 、电流的传感器或技术 。传感器包括接近开关 、光电编码器 、旋转变压器 、霍尔元件 、电流传感器件等 。
3 . 5
额定功率 ratedpower
在规定条件下,系统/电动机/驱动器的最大连续输出功率 。
3 . 6
峰值转矩 peak torque
在规定条件下,电动机所能输出的最大转矩 。在峰值转矩下短时工作不会引起电机损坏或性能不可恢复 。
3 . 7
峰值电流 peak current
在规定条件下,电动机输出峰值转矩时的线电流值 。该电流在电动机方波运行时为峰值,正弦波运行时为有效值 。
3 . 8
最大连续转矩(额定转矩) maximum continuoustorque(rated torque)
在规定条件下,电动机所能输出的最大转矩,在该转矩下连续运行,电动机绕组温度和驱动器功率器件温度不会超过最高允许温度,电动机或驱动器不会损坏 。
2
GB/T 21418—2008
3 . 9
电动机最大连续电流(额定电流) maximum continuouscurrentofmotor(rated current)
在规定条件下,电动机输出最大连续转矩(额定转矩)时的线电流值 。该电流在电动机方波运行时为峰值,正弦波运行时为有效值 。
3 . 10
静阻转矩 static friction torque
电动机不通电时,使转子在任意位置开始转动需克服的阻转矩 。
3 . 1 1
电动机热阻 thermalresistanceofmotor
电动机绕组和机壳之间对热流的阻抗 。
3 . 12
空载转速 no-load speed
在规定条件下,电动机空载状态时的稳态转速 。
3 . 13
最高允许工作转速 maximum permitspeed
在保证电气绝缘介电强度和机械强度条件下,电动机最大设计转速 。
3 . 14
额定转速 rated speed
电动机输出最大连续转矩 、以额定功率运行时的转速 。
3 . 15
转矩常数 torqueconstant
在规定条件下,电动机通入单位电流时所产生的平均电磁转矩 。
3 . 16
反电动势常数 back EMF constant
在规定条件下,电动机绕组开路时,单位转速在电枢绕组中所产生的线感应电动势值 。
3 . 17
定子电阻 resistance
在 20℃下电动机每相绕组的直流电阻 。
3 . 18
定子电感 inductance
电动机静止时的定子绕组两端的电感 。
3 . 19
连续工作区 continuousduty zone
图 1 中处于 “最大连续转矩 ”、“最高允许工作转速 ”和 “额定转速 ”以内的工作区域(图中无阴影区域),它是由电动机的发热 、受离心力影响的机械强度 、换相或驱动器的极限工作条件限制的范围 。在此区域内运行,电动机和驱动器都不会超过其最高允许温度 。
注 1:额定功率 PN ( W) 、额定转速 nN (r/min) 与最大连续转矩 TN (N · m) 的关系为:PN = 。
注 2:对于带油封 、制动器等其他附件的电动机,应降额使用 。
3
GB/T 21418—2008
Tp — 峰值转矩;
nmax — 最高允许工作转速;
nN — 额定转速 ;
TN — 最大连续转矩 。
图 1 工作区示意图
3 . 20
短时工作区 intermittentduty zone
图 1 中,处于峰值转矩以下,最大连续转矩以上的区域(图 1 中阴影区域)。在该区域短时工作,电动机电流虽大于最大连续电流,但电动机绕组在一定时间内不会被损坏 。
短时过流持续时间是由绕组的热时间常数决定的 。
3 . 2 1
系统效率 system efficiency
电动机输出功率与驱动器输入有功功率之比 。
3 . 22
驱动器效率 driverefficiency
驱动器输出有功功率与驱动器输入有功功率之比 。
3 . 23
电动机效率 motorefficiency
电动机输出功率与电动机输入有功功率之比 。
3 . 24
热时间常数 thermaltimeconstant
在恒定功耗和规定条件下,电动机绕组温升达到稳定值的 63 . 2%所需的时间 。
3 . 25
输入额定电压 rated inputvoltage
在规定条件下,施加在驱动器的电源端子处的电压有效值 。
3 . 26
额定频率 rated frequency
输入交流电压的频率 。
3 . 27
输入额定电流 rated inputcurrent
在规定条件下,驱动器输出额定电流时,其输入电流的有效值 。
3 . 28
连续输出电流额定值 rated continuousoutputcurrent
在规定的条件下,驱动器能够连续输出而不会超过规定限值的最大电流有效值 。
3 . 29
过载能力 overload capability
在规定的条件下,能够在规定时间内输出而不会超过规定限值的最大电流有效值 。
3 . 30
电磁兼容性 electromagneticcompatibility;EMC
4
GB/T 21418—2008
系统/驱动器/电动机在规定的电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力 。
3 . 3 1
闭环控制 closed loop control
为了将反馈变量调整到参比变量,系统将反馈变量与参比变量相比较,并利用两变量之差设定操纵变量的控制 。按被控量的不同分为位置控制 、速度控制 、转矩控制三种 。
3 . 32
转速波动 speed ripple
电动机稳态运行时,瞬态转速的最大值为 狀max,最小值为 狀min,则转速波动为:
转速波动 …………………………( 1 )
3 . 33
转矩波动 torqueripple
电动机稳态运行时,对电动机施加恒定负载,连续测量输出转矩,瞬态转矩的最大值为 犜max,最小值为 犜min,则转矩波动为:
转矩波动 …………………………( 2 )
3 . 34
正反转速差 speeddifferencebetween positiveand negative
对于速度闭环的系统,不改变速度指令的量值,仅改变电动机的转动方向,空载条件下,测量出电动机的正反转速平均值 狀cw 和 狀ccw,按照下式计算正反转速差:
正反转速差
3 . 35
转速调整率 speed regulated ratio
系统在额定转速 、空载条件下,仅电源电压变化,或仅环境温度变化,或仅负载变化,电动机的平均转速变化值与额定转速的百分比分别叫做电压变化的转速调整率 、温度变化的转速调整率 、负载变化的转速调整率 。
3 . 36
调速比 speed ratio
系统满足规定的转速调整率和规定的转矩波动(或转速波动)时的最低空载转速 狀min 和额定转速 狀N之比叫做调速比 犇。
犇 …………………………( 4 )
3 . 37
超调量 overshoot
对于阶跃响应,为偏离输出变量最终稳态值的最大瞬时偏差,通常以最终稳态值与初始稳态值之差的百分数表示 。参见图 2 。
3 . 38
阶跃输入的转速响应时间 responsetime following a step change ofreferenceinput
系统输入由零到对应 狀N 的正阶跃信号,从阶跃信号开始至转速第一次达到 0 . 9 狀N 的时间(图 2) ;系统输入由对应 狀N 到零的负阶跃信号,从阶跃信号开始至转速第一次达到 0 . 1 狀N 的时间 。上述正 、负阶跃过程中规定的时间称阶跃输入的转速响应时间 。
5
GB/T 21418—2008
图 2 阶跃输入的时间响应曲线
3 . 39
转矩变化的时间响应 response following a torquevariation
系统正常运行时,对电动机突然施加转矩负载或突然卸去转矩负载,电动机转速随时间的变化叫做系统对转矩变化的时间响应(图 3) 。
3 . 40
建立时间 settlingtime
从一个输入变量发生阶跃变化的瞬间起,至输出变量偏离其最终稳态值与初始稳态值之差不超过±5%的瞬间止的持续时间间隔 。
系统中转速发生阶跃变化的建立时间叫转速建立时间(图 2) 。
系统中转矩发生阶跃变化的建立时间叫转矩变化的转速建立时间(恢复时间)(图 3) 。
3 . 4 1
频带宽度 bandwidth
系统输入量为正弦波,随着正弦波信号的频率逐渐升高,对应的输出量的相位滞后逐渐增大同时幅值逐渐减小,相位滞后增大至 90 °时或者幅值减小至低频段幅值1 、时的频率叫做系统的频带宽度 。
图 3 突加负载的时间响应曲线(输入不变)
3 . 42
静态刚度 staticstiffness
在位置控制方式下,系统处于空载零速工作状态,对电动机轴端正转方向或反转方向施加连续转矩T0 ,测量出转角的偏移量 Δθ,则静态刚度 ks 为:
k …………………………( 5 )
若转角采用分为单位,则静态刚度的单位为 N · m/( ′) 。
6
GB/T 21418—2008
4 运行条件
4 . 1 电气运行条件
除另有规定外,输入额定电压和额定频率优选值如表 1 。表 1
频率/Hz
电压/V
直流
1 . 5 , 3 , 5 , 6 , 9 , 12 , 24 , 27 , 36 , 40 , 48 , 60 , 110 , 220 , 270 , 310 , 400 , 480 , 500 , 610 , 700
单相 50 , 60 , 400
12 , 24 , 36 , 115 , 220
三相 50 , 60 , 400
36 , 60 , 200 , 220 , 380
4 . 2 使用环境条件
除另有规定外,系统的环境使用条件应符合下列规定:
— 环境温度(分两级):(1)商用级:0 ℃ ~ +40 ℃ ;(2)工业级:-20 ℃ ~ +55 ℃ ;
— 相对湿度:5% ~ 85%,无凝露;
— 大气压强:86 kPa ~ 106 kPa ;
— 污染等级 2(一般情况下,只有非导电性污染 。但是也要考虑到偶然由于凝露造成的暂时的导电性)。
4 . 3 试验环境条件
本标准中的各项检查和试验,如无其他规定,均应在下列气候条件下进行:
— 环境温度:15 ℃ ~ 35 ℃ ;
— 相对湿度:10 % ~ 75 % ;
— 大气压强:86 kPa ~ 106 kPa 。
5 机座号
电动机的基本外形结构型式及安装尺寸参照 GB/T 7346 、GB/T 4772 . 1 选用或由电动机的产品专用技术条件规定,选用规则如下:
a) 当电动机机座外径不大于 320 mm,其机座号按 GB/T 7346 要求,用电动机外径表示,当电动机为非圆柱结构时,为内切圆直径;
b) 当电动机机座外径大于 320 mm,其机座号按 GB/T 4772 . 1 要求,建议采用底脚安装方式,用电动机中心高表示,并在机座号后加“M”。
6 基本要求和试验方法
6 . 1 轴伸径向圆跳动
电动机轴伸长度一半处的径向圆跳动应符合表 2 的规定 。
表 2 单位为毫米
轴伸直径
轴伸径向圆跳动最大允许差值
≤3
0 . 020
3 ~ 6
0 . 025
6 ~ 10
0 . 030
10 ~ 18
0 . 035
18 ~ 30
0 . 040
30 ~ 50
0 . 050
>50
0 . 060
7
GB/T 21418—2008
6 . 2 凸缘止口对电动机轴线的径向圆跳动
电动机凸缘止口对电动机轴线的径向圆跳动应符合表 3 的规定 。
表 3 单位为毫米
凸缘直径
凸缘止口对电动机轴线的径向圆跳动最大允许差值
≤20
0 . 040
20 ~ 50
0 . 060
50 ~ 100
0 . 080
100 ~ 240
0 . 100
>240
0 . 125
6 . 3 凸缘安装端面对电动机轴线的端面跳动
电动机凸缘安装面对电动机轴线的端面跳动应符合表 4 的规定 。
表 4 单位为毫米
凸缘外径
凸缘安装面对电动机轴线的端面跳动最大允许差值
≤20
0 . 040
20 ~ 50
0 . 060
50 ~ 100
0 . 080
100 ~ 240
0 . 100
>240
0 . 125
6 . 4 转子的转动惯量
电动机转子的转动惯量应符合产品专用技术条件规定 。
电动机 转 子 的 转 动 惯 量 可 计 算 或 参 照 GB/T 7345—1994 中 5 . 11 规 定 的 方 法 和 其 他 等 效 方 法测量 。
6 . 5 保护接地电路有效性试验
驱动器如设保护接地端子,应接触良好 。驱动器的外壳和其他裸露导电部分必须与保护接地端子保证有良好的导电性,它们之间的电阻不应超过 0 . 1 Ω。
可采用毫欧表或其他方法测量 。并检查保护接地端子连接是否接触良好 。
6 . 6 介电性能
6 . 6 . 1 耐电压
电动机的定子绕组与机壳之间 、驱动器的检查试验点对保护接地端(外壳的裸露部分)之间应能够承受表 5 规定的试验电压,应无击穿 、飞弧 、闪络现象 。漏电流不大于表 5 规定 。
注 1:不应重复进行本项试验 。如用户提出要求,允许在安装之后开始运行之前再进行一次额外试验,其 试 验 电 压值应不超过上述规定的 80% 。
注 2:驱动器内置式电动机的耐电压试验由产品专用技术条件规定 。
注 3:对于电路接地的驱动器,无法进行耐电压强度试验时,其考核办法由产品专用技术条件规定 。
注 4:驱动器的检查试验点应该考虑两种情况:
a) 主电路和控制电路公用同一个参考地 。检查测试点为主电路的电源输入端 。试验时将电源输入端子短接 。
b) 主电路和控制电路不公用同一个参考地 。检查 测 试 点 包 括 主 电 路 的 电 源 输 入 端 和 控 制 信 号 端 。试 验 时 将 电源输入端子 、控制信号端子分别短接 。
8
GB/T 21418—2008
表 5
输入额定电压/V
电源功率/kVA (最小值)
电源频率/Hz
试验电压/V (有效值)
电压持续时间/s
漏电流/mA
≤24
0 . 5
50
300
60
5
>24 ~ 36
500
>36 ~ 115
1 000
10
>115 ~ 250
1 500
>250
1 000+2Un
20
注 :当对批量生产的 5 kW 及以下电动机进行常规试验时,1 min试验可用约 5 s 的试验代替,试验电压不变;也可用 1 s试验来代替,但试验电压值为规定值的 120% 。 电动机机座外径大于 320 mm,按产品专用技术条件规定 。
对驱动器试验,应切断电源后进行 。驱动器内的电源开关和接触器置于接通状态 。对于不能承受试验电压的元件(如浪涌抑制器 、半导体元件 、电容器等)应将其断开或旁路 。对于安装在电路和裸露部件之间的抗扰性电容器不应断开 。
试验电压的有效值不应超过规定值的 ±5% 。开始施加时的试验电压不应超过规定值的 50% 。然后在几秒钟内将试验电压平稳增加到规定的最大值并保持 1 min 。
6 . 6 . 2 绝缘电阻
在正常试验条件及产品专用技术条件规定的极限低温条件下,电动机定子绕组与机壳之间 、驱动器的检查试验点对保护接地端(外壳的裸露部分)之间的绝缘电阻应不低于 50 MΩ,在极限高温条件下绝缘电阻应不低于 10 MΩ,经受恒定湿热试验后绝缘电阻应不低于 1 MΩ。
驱动器内置式电动机的绝缘电阻试验由产品专用技术条件规定 。
绝缘电阻检查选用兆欧表的电压值应符合表 6 规定 。
表 6 单位为伏特
耐电压值
兆欧表的电压值
300
250
500 , 1 000
500
≥1 500
1 000
6 . 7 反电动势常数
反电动势常数应符合产品专用技术条件的规定 。
将被试电动机拖动至转速 n(r/min) 。测量该电动机的线感应电动势 U(V)幅值 。
用下式计算反电动势常数 ke :
k …………………………( 6 )
6 . 8 定子电感
电动机定子绕组电感应符合产品专用技术条件的规定 。
电动机定子绕组的电感随着转子的位置和磁路饱和程度的变化而变化 。测量也受电流变化率的影响 。 因此,当给出一个电感指标时,应明确测量条件 。
转子在三个不同位置时,用电感电桥测量定子相绕组在频率 1 000 Hz下的电感,取三次平均值 。
6 . 9 定子电阻
电动机定子电阻应符合产品专用技术条件的规定 。
用直流电桥测量电动机定子绕组的直流相电阻,必要时应换算为 20℃时的等效电阻,见 GB 755—2000中 7 . 6 . 2 . 2 。
9
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