交流永磁電機機械特性測試方法
【專利摘要】交流永磁電機機械特性測試方法，屬于電機測試【技術(shù)領(lǐng)域】。所述方法利用多相多單元永磁同步電機多單元的繞組結(jié)構(gòu)特點，在預(yù)測電機的機械特性時，能在一個單元電機電動運行，一個單元電機發(fā)電運行的運行狀態(tài)下，測試相關(guān)電機參數(shù)預(yù)測出一個單元電機的機械特性，再通過一個單元輸出轉(zhuǎn)矩與整機輸出轉(zhuǎn)矩關(guān)系得出整機機械特性，從而既預(yù)測出了電機的機械特性又省去了外加的負載裝置。采用本發(fā)明方法實現(xiàn)多相多單元電機機械特性的測試過程中，電機的機殼和軸伸都不用特殊固定，也不需要外部設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)可靠等一系列優(yōu)點，可以滿足一般性的永磁同步電機機械特性測試的需要。
【專利說明】交流永磁電機機械特性測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電機測試【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種多相多單元永磁同步電機機械特性的測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，對于永磁同步電機機械特性的測試方法比較成熟，大多是直接測試法，即把電機裝在實驗臺上，電機本身電動運行，同時外加一個測功機作機械負載，然后測試不同轉(zhuǎn)速下電機的輸出轉(zhuǎn)矩，完成對電機機械特性的測試。
[0003]但是，用這種方法對永磁電機在做機械特性測試時，需要外加測功機或機械負載裝置，無形中增加了測試所需的設(shè)備條件。而且，大功率低速永磁同步電機運行的轉(zhuǎn)速較低，一般不超過200rpm，其轉(zhuǎn)矩很大，因此需要很大容量的直流電機及其輔助設(shè)備作為負載，有些實驗室或研究所根本不具備數(shù)百千瓦甚至兆瓦級的直流電機負載實驗條件，因此完成不了這種測試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決目前采用測功機或機械負載測試大功率永磁同步電機機械特性時，需要外加設(shè)備的問題，本發(fā)明提供一種無機械負荷的多相多單元永磁同步電機機械特性的預(yù)測方法。
[0005]本發(fā)明提出的無機械負荷的多相多單元永磁同步電機機械特性測試方法，包括以下步驟:
步驟一:交流永磁電機的發(fā)電機單元端接入負載電阻或負載電網(wǎng)，接入負載電網(wǎng)時，控制驅(qū)動器先關(guān)斷。
[0006]步驟二:將電動機單元接入驅(qū)動器，并控制驅(qū)動器開始運行，測試此時的電機轉(zhuǎn)速、三相繞組電流波形和相電阻電壓值，并從控制器中讀出這一狀態(tài)下的功率角。
[0007]步驟三:控制驅(qū)動器將電機停止運行，然后斷開發(fā)電機單元的負載，分別在電動單元的三相繞組內(nèi)通入和步驟二運行狀態(tài)下電流有效值相同的直流電流，并測試其繞組端電壓，得到這一狀態(tài)下的繞組電阻。
[0008]步驟四:整理三相繞組電流波形，經(jīng)dq變換求得q軸電流的直流恒定分量，在電動單元的BC相繞組內(nèi)通入帶有直流偏置的交流電流，直流偏置電流為所求得的q軸電流直流恒定分量，測試出單元電機的交直軸電感。
[0009]步驟五:用所測試出的電機轉(zhuǎn)速、繞組電阻、單元電機的交直軸電感、功率角，計算出在這一負載時，這一轉(zhuǎn)速下的電磁轉(zhuǎn)矩。
[0010]步驟六:改變發(fā)電機單元端接入的負載電阻的阻值或負載電網(wǎng)的電壓值，重復(fù)步驟一至步驟五，得出一個單元電機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速曲線。
[0011]步驟七:發(fā)電單元開路，重復(fù)步驟二至步驟五，得出電機空載時的q軸電流值，這部分電流用于平衡電機的鐵損和雜散損耗，所以不產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩。計算出電機電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速曲線上每個點的鐵損。
[0012]步驟八:用步驟六得出的一個單元電機電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速曲線上每個點的功率減去步驟七計算出的與其對應(yīng)的這個點的鐵損，再除以轉(zhuǎn)速得出這一轉(zhuǎn)速下的輸出轉(zhuǎn)矩。將所測試點做出曲線即可獲得一個單元電機的機械特性，再乘上整機的單元數(shù)目，即可得出多單元永磁同步電機整機的機械特性。
[0013]本發(fā)明所述交流永磁電機為多相多單元永磁同步電機，其定子繞組具有N個獨立運行單元，每個獨立運行單元為
m-相對稱父流繞組(為3)，多相多單兀永磁冋步電機的相數(shù)m為:m =m0*N,其中N
為大于3的整數(shù)。本發(fā)明的多相多單元永磁同步電機的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，測試結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點是利用多相多單元永磁同步電機多單元的繞組結(jié)構(gòu)特點，在預(yù)測電機的機械特性時，能在一個單元電機電動運行，一個單元電機發(fā)電運行的運行狀態(tài)下，測試相關(guān)電機參數(shù)預(yù)測出一個單元電機的機械特性，再通過一個單元輸出轉(zhuǎn)矩與整機輸出轉(zhuǎn)矩關(guān)系得出整機機械特性，從而既預(yù)測出了電機的機械特性又省去了外加的負載裝置。采用本發(fā)明方法實現(xiàn)多相多單元電機機械特性的測試過程中，電機的機殼和軸伸都不用特殊固定，也不需要外部設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)可靠等一系列優(yōu)點，可以滿足一般性的永磁同步電機機械特性測試的需要。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的多相多單元永磁同步電機的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1A，1B，1C表示第一個獨立運行單元的3相對稱交流繞組；2A，2B, 2C表示第二個獨立運行單元的3相對稱交流繞組；3A，3B，3C表示第二個獨立運行單元的3相對稱交流繞組；NA，NB，NC表示第N個獨立運行單元的3相對稱交流繞組；
圖2為本發(fā)明方法的測試結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明方法的測試流程圖；
圖4為測試交直軸電感時待測試電機單元的電路連接圖；
圖5為測試交直軸電感時另一個非測試單元的電路連接圖；
圖6為電機被固定在交軸位置的電磁力示意圖；
圖7為電機被固定在直軸位置的電磁力示意圖；
圖8為本發(fā)明方法預(yù)測的樣機機械特性曲線與用測功機測試的機械特性曲線對比圖。
[0016]【具體實施方式】
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明，但并不局限如此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。
[0017]如圖3所示，本發(fā)明提出的無機械負荷的多相多單元永磁同步電機機械特性測試方法，具體包括以下步驟:
步驟一:發(fā)電機單元端接入負載電阻或負載電網(wǎng)，接入負載電網(wǎng)時，控制驅(qū)動器先關(guān)斷。[0018]步驟二:將電動機單元接入驅(qū)動器，并控制驅(qū)動器開始運行，測試此時的電機轉(zhuǎn)速、三相繞組電流波形和相電壓值，并從控制器中讀出這一狀態(tài)下的功率角。
[0019]步驟三:控制驅(qū)動器將電機停止運行，然后斷開發(fā)電機單元的負載。分別在電動單元的三相繞組內(nèi)通入和剛才運行狀態(tài)下電流有效值相同的直流電流，并測試其繞組端電壓，得到這一狀態(tài)下的繞組電阻。
[0020]步驟四:整理三相繞組電流波形，經(jīng)dq變換求得q軸電流的直流恒定分量，在電動單元的BC相繞組內(nèi)通入帶有直流偏置的交流電流，直流偏置電流為所求得的q軸電流直流恒定分量，測試出單元電機的交直軸電感。
[0021]交直軸電感的測試方法，具體包括以下步驟:
(一)在待測試單元電機的BC相繞組中，通入帶有直流分量的正弦交流電流，其中電流
的直流分量為j ,電流的交流分量有效值為，交流電流頻率為0，其具體的電氣連
接圖如圖4所示。記錄此時的待測試單元電機的BC相繞組的端電壓波形、BC相電流波形。
[0022](二)斷開電源，保持待測試單元電機的電氣連接不變，在BC相繞組中，加入直流電
流J5e ,記錄此時BC繞組兩端的線電壓f 5t.。
[0023](三)斷開電源，保持待測試單元電機的電氣連接不變，在待測試單元電機的BC相繞組中，通入帶有直流分量的正弦交流電流，其中電流的直流分量為J5Cj ,電流的交流分
量有效值為ise ,交流電流頻率為Θ。同時，在一個非測試單元的AC相繞組中通入I 的直 流電流(廠a: =2 Jse )，其具體的電氣連接圖如圖5所示。記錄此時的待測試單元電機的BC相繞組的端電壓波形、BC 相電流波形。
[0024]按照上述步驟進行測試后，多單元永磁同步電機交直軸電感的具體計算方法如下:
按照(一)中待測試單元通入的直流電流分量的約束，電機將被固定在交軸位置，其具體合成矢量如圖6所示。所以此時測試出的電感為待測試單元的交軸電感。
[0025]將(一)中記錄下的BC相繞組的端電壓波形、BC相電流波形中的直流分量分離出
去，得到BC相電流的交流分量有效值為isc , BC相交流電壓有效值為Usc:。則此時交軸電感A7的表達式如公式(I)所示:
【權(quán)利要求】
1.交流永磁電機機械特性測試方法，其特征在于所述測試方法步驟如下: 步驟一:交流永磁電機的發(fā)電機單元端接入負載電阻或負載電網(wǎng)，接入負載電網(wǎng)時，控制驅(qū)動器先關(guān)斷； 步驟二:將電動機單元接入驅(qū)動器，并控制驅(qū)動器開始運行，測試此時的電機轉(zhuǎn)速、三相繞組電流波形和相電阻電壓值，并從控制器中讀出這一狀態(tài)下的功率角； 步驟三:控制驅(qū)動器將電機停止運行，然后斷開發(fā)電機單元的負載，分別在電動單元的三相繞組內(nèi)通入和步驟二運行狀態(tài)下電流有效值相同的直流電流，并測試其繞組端電壓，得到這一狀態(tài)下的繞組電阻； 步驟四:整理三相繞組電流波形，經(jīng)dq變換求得q軸電流的直流恒定分量，在電動單元的BC相繞組內(nèi)通入帶有直流偏置的交流電流，直流偏置電流為所求得的q軸電流直流恒定分量，測試出單元電機的交直軸電感； 步驟五:用所測試出的電機轉(zhuǎn)速、繞組電阻、單元電機的交直軸電感、功率角，計算出在這一負載時，這一轉(zhuǎn)速下的電磁轉(zhuǎn)矩； 步驟六:改變發(fā)電機單元端接入的負載電阻的阻值或負載電網(wǎng)的電壓值，重復(fù)步驟一至步驟五，得出一個單元電機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速曲線； 步驟七:發(fā)電單元開路，重復(fù)步驟二至步驟五，得出電機空載時的q軸電流值，計算出電機電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速曲線上每個點的鐵損； 步驟八:用步驟六得出的一個單元電機電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速曲線上每個點的功率減去步驟七計算出的與其對應(yīng)的這個點的鐵損，再除以轉(zhuǎn)速得出這一轉(zhuǎn)速下的輸出轉(zhuǎn)矩，將所測試點做出曲線即可獲得一個單元電機的機械特性，再乘上整機的單元數(shù)目，即可得出交流永磁電機整機的機械特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流永磁電機機械特性測試方法，其特征在于所述交流永磁電機為多相多單元永磁同步電機，其定子繞組具有N個獨立運行單元，每個獨立運行單元為m0相對稱交流繞組，多相多單元永磁同步電機的相數(shù)m為:m= W0*N，其中N為大于3的整數(shù)，m0為3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交流永磁電機機械特性測試方法，其特征在于所述交流永磁電機機械特性測試方法，其特征在于所述步驟四中，單元電機的交直軸電感的測試方法包括如下步驟: (一)在永磁同步電機的待測試單元電機的BC相繞組中，通入帶有直流分量的正弦交流電流，其中電流的直流分量為I3c 4,交流分量有效值為i3C,交流電流頻率為ω,記錄此時的待測試單元電機的BC相繞組的端電壓波形、BC相電流波形； (二)斷開電源，保持待測試單元電機的電氣連接不變，在BC相繞組中，加入直流電流I30,記錄此時BC相繞組兩端的線電壓U2c ; (三)斷開電源，保持待測試單元電機的電氣連接不變，在待測試單元電機的BC相繞組中，通入帶有直流分量的正弦交流電流，其中電流的直流分量為/y,電流的交流分量有效值為i3e,交流電流頻率為ω ;同時，在一個非測試單元的Ac相繞組中通入I瓦的直流電流，I T =2 /y,記錄此時的待測試單元電機的BC相繞組的端電壓波形、BC相電流

DK.波形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交流永磁電機機械特性測試方法，其特征在于按照(一)中待測試單元通入的直流電流分量的約束，電機將被固定在交軸位置，此時測試出的電感為待測試單元的交軸電感&，其具體計算方法如下:將(一)中記錄下的BC相繞組的端電壓波形、BC相電流波形中的直流分量分離出去，得到BC相電流的交流分量有效值為iM., BC相交流電壓有效值為U3C'gi,則此時交軸電感Lq的表達式為:
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交流永磁電機機械特性測試方法，其特征在于按照(三)中待測試單元通入的直流電流分量和非測試單元通入直流電流的約束，電機將被固定在直軸位置，此時測試出的電感為待測試單元的直軸電感Ld,其具體計算方法如下: 將(三)中記錄下的BC相繞組的端電壓波形、BC相電流波形中的直流分量分離出去，得到BC相電流的交流分量有效值為i3￡ , BC相交流電壓有效值為U3C(d、,則此時直軸電感Ld的表達式為:
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交流永磁電機機械特性測試方法，其特征在于所述步驟五中，根據(jù)電機參數(shù)計算電磁轉(zhuǎn)矩，具體計算公式如下:
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的交流永磁電機機械特性測試方法，其特征在于所述步驟七中，不同轉(zhuǎn)速下，電機的鐵損關(guān)系式如下:
【文檔編號】G01L3/00GK103472394SQ201310451011
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】鄒繼斌, 曾德鵬, 徐永向, 趙博, 王騫, 李勇, 尚靜, 胡建輝, 劉承軍, 趙猛, 江善林 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)