GB/T 21418-2008 永磁无刷电动机系统通用技术条件

ICS29.160.30

K24

中华人民共和国国家标准

GB/T21418—2008

永磁无刷电动机系统通用技术条件

Generalspecificationforpermanentmagnetbrushlessmotorsystem

2008-01-22发布2008-09-01实施

发布

GB/T21418—2008

目

前言ni

i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

T

GB/T21418—2008

-1.Z-—1—

刖弓

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、北京和利吋电机技术有限公司、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、浙江嗦州鹏达机电制造有

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。

ni

GB/T21418—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/T191包装储运图示标志(GB/T191—2000,eqvISO780：1997)

GB755—2000旋转电机定额和性能(IEC60034-1：1996,IDT

GB/T2423.1电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验A：低温(GB/T2423.1—2001,

IEC60068-2-1：1990,IDT

GB/T2423.2电工电子产品环境试验第2部分：试验方法试验B：高温(GB/T2423.2—2001,

IEC60068-2-2：1974,IDT

GB/T2423.3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/T2423.3—2006,

eqvTEC60068-2-78:2001

GB/T2423.5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/T2423.5-

1995,idtIEC60068-2-27：1987)

GB/T2423.10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/T2423.10—1995,idtIEC60068-2-6：1982)

GB/T282&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(ISO2859-1:1999,IDT

GB/T2900.26电工术语控制电机

GB/T2900.56电工术语自动控制

GB/T4772.1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/T4772.1—1999,idtIEC72-1J991

GB4824-2004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/T7345—1994控制微电机基本技术要求

GB/T7346控制电机基本外形结构型式

GB/T10069.1旋转电机噪声测定方法及限值噪声工程测定方法

GB/T17626.2—2006电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验(IEC61000-4-2：2001,

IDT

GB/T17626.3-2006电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验(IEC61000-4-

3：2002,IDT

GB/T17626.4—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(IEC61000-4-4：

1995,IDT

1

GB/T21418—2008

GB/T17626.5—1999电磁兼容试验和测量技术浪涌（冲击）抗扰度试验（idtIEC61000-4-5：

1995）

GB18211—2000微电机安全通用要求

GJB/Z299B-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peaktorque

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peakcurrent

在规定条件下，电动机输出峰值转矩吋的线电流值。该电流在电动机方波运行吋为峰值，正弦波运

行吋为有效值。

3.8

最大连续转矩（额定转矩）maximumcontinuoustorque（ratedtorque）

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/T21418—2008

3.9

电动机最大连续电流（额定电流）maximumcontinuouscurrentofmotor（ratedcurrent）

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，正弦波运行吋为有效值。

3.10

静阻转矩staticfrictiontorque

电动机不通电吋，使转子在任意位置开始转动需克服的阻转矩。

3.11

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-loadspeed

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maximumpermitspeed

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ratedspeed

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backEMFconstant

在规定条件下，电动机绕组开路吋，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2（TC下电动机每相绕组的直流电阻。

3.18

定子电感inductance

电动机静止吋的定子绕组两端的电感。

3.19

连续工作区continuousdutyzone

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「n（W）、额定转速”N（r/min）与最大连续转矩Tn（N•m）的关系为:=

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/T21418—2008

Tp——峰值转矩；

»TOx——最高允许工作转速；

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intermittentdutyzone

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）。在该区域短吋工作，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。

短时过流持续吋间是由绕组的热时间常数决定的。

3.21

系统效率systemefficiency

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ratedinputvoltage

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ratedfrequency

输入交流电压的频率。

3.27

输入额定电流ratedinputcurrent

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ratedcontinuousoutputcurrent

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overloadcapability

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

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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。

3.31

闭环控制closedloopcontrol

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speedripple

电动机稳态运行吋，瞬态转速的最大值为"nmx,最小值为"min,则转速波动为：

转速波动=z—~,l.X100%(1)

maxI7min

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几”"，最小值

为T，则转矩波动为：

T—T

转矩波动=r*丰：X100%(2)

上maxI上min

3.34

正反转速差speeddifferencebetweenpositiveandnegative

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,仏和"心，按照下式计算正反转速差：

正反转速差=bz["zIX100%(3)

7cwI"ccw

3.35

转速调整率speedregulatedratio

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speedratio

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"mi”和额定转速h

之比叫做调速比Do

D=如(4)

5

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吋偏差，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responsetimefollowingastepchangeofreferenceinput

系统输入由零到对应g的正阶跃信号，从阶跃信号开始至转速第一次达到0.9r的吋间(图2)；

系统输入由对应J到零的负阶跃信号，从阶跃信号开始至转速第一次达到0.15的时间。上述正、负

阶跃过程中规定的吋间称阶跃输入的转速响应时间。

5

GB/T21418—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responsefollowingatorquevariation

系统正常运行吋，对电动机突然施加转矩负载或突然卸去转矩负载，电动机转速随吋间的变化叫做

系统对转矩变化的吋间响应（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%的瞬间止的持续吋间间隔。

系统中转速发生阶跃变化的建立吋间叫转速建立时间（图2）。

系统中转矩发生阶跃变化的建立吋间叫转矩变化的转速建立时间（恢复吋间）（图3）0

3.41

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吋幅

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二吃吋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

To，测量出转角的偏移量则静态刚度K,为：

若转角采用分为单位，则静态刚度的单位为N•m/（'）。

6

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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lo

表1

频率/Hz电压/V

直流1.5,3,5,6,9,12,24,27,36,40,48,60,110,220,270,310,400,480,500,610,7