奇數單元交流永磁電機轉矩波動測試方法
【專利摘要】一種奇數單元交流永磁電機轉矩波動測試方法，屬于電機測試【技術領域】。為了解決目前采用直接測量法測試多相奇數單元永磁同步電機的轉矩波動時，需要外加負載設備的問題，本發明利用多相奇數單元永磁同步電機奇數單元的繞組結構特點在測試電機轉矩波動時，能利用部分單元電機電動運行作為輸入功率端，部分單元電機發電運行作為輸出功率端，從而在模擬電機負載的情況下，保證電機所有單元運行。通過測試這種狀態下的轉矩波動和相關電機參數等效測試出某一負載狀態下的轉矩波動曲線，通過改變發電單元電機的負載電阻即可等效測試出電機任意輸出功率狀態下的轉矩波動，從而既等效測試出了電機的轉矩波動又省去了外加的負載裝置。
【專利說明】奇數單元交流永磁電機轉矩波動測試方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于電機測試【技術領域】，涉及一種多相奇數單元永磁同步電機轉矩波動的 測試方法。
【背景技術】
[0002] 目前，對于永磁同步電機轉矩波動的動態測試方法主要分為直接測量方法和間接 測量方法。其中，直接測量方法能相對準確測試出電機的轉矩波動，而間接測量方法則需要 依賴于處理器的計算速度和其間接測試參數的準確性，無形中增加了測試誤差。但是針對 大功率電機的轉矩波動測試也存在一些問題。一般情況下，測試電機的轉矩需要外加測功 機或機械負載裝置作為負載，這就增加了測試所需的設備條件。對于大功率低速永磁同步 電機這種運行轉速較低（一般不超過200rpm)、轉矩很大的待測電機而言，需要很大容量的 直流電機及其輔助設備作為負載，有些實驗室或研究所根本不具備數百千瓦甚至兆瓦級的 直流電機負載實驗條件，完成不了這種測試。而且加入負載后，測試裝置將由電機和力矩傳 感器串聯，變為電機、負載和力矩傳感器串聯，增加了軸向長度，影響轉矩波動的測試精度。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是為了解決目前采用直接測量法測試多相奇數單元永磁同步電機 的轉矩波動時，需要外加負載設備的問題，提供一種無機械負荷的多相奇數單元永磁同步 電機轉矩波動的測試方法。
[0004] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
[0005] -種奇數單元交流永磁電機轉矩波動測試方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟一：利用多相奇數單元永磁同步電機的結構特點，通過在一個單元電機內加 直流電，使電機處于某一位置，在一相繞組兩端加入帶有直流偏置的正弦交流電壓信號，直 流偏置電壓分量與待測運行狀態下相繞組電壓相等。測量這相繞組的電流以及其他相繞組 電流，從而得到這一位置處電機繞組自感和其與其他繞組的互感，改變加電單元電機內直 流電矢量，使電機處于其他位置，從而測量出一個電周期內電機繞組自感和互感隨轉子位 置變化的曲線。
[0007] 步驟二：處理自感和互感曲線，利用傅里葉分解得到其各自的恒定分量和諧波分 量。通過對自感和互感的諧波分量進行處理，可以得到模擬電機某一運行狀態相電流I時， 等效測試狀態相電流為Γ 。
[0008] 步驟三：將&個相鄰的單元電機用作發電單元，輸出端接負載電阻；同時，將隊個 相鄰的單元電機用作電動單元，連接到控制驅動器，控制驅動器先關斷。其中，隊=n 2-i， N!+N2 = N。
[0009] 步驟四：控制驅動器開始運行，使電動單元相電流值為Γ，通過力矩傳感器讀出 一個電周期內的轉矩波動曲線，同時測量發電單元的相電流值I，。
[0010] 步驟五：用電動單元相電流值為Γ和測量得到的發電單元的相電流值12'以及 不同繞組間互感曲線，計算出互感不對稱帶來的轉矩波動曲線。
[0011] 步驟六：用力矩傳感器讀出一個電周期內的轉矩波動曲線減去計算出互感不對稱 帶來的轉矩波動曲線得到等效測試出的電機轉矩波動曲線。
[0012] 步驟七：改變發電單元的負載電阻值大小，重復以上步驟即可得到任意狀態下電 機的轉矩波動曲線。
[0013] 本發明所述多相奇數單元永磁同步電機的定子繞組具有N個獨立運行單元，每個 獨立運行單元為3相對稱交流繞組，多相奇數單元永磁同步電機的相數m為：m = 3XN，其 中N為大于1的奇數。
[0014] 本發明的優點是利用多相奇數單元永磁同步電機奇數單元的繞組結構特點在測 試電機轉矩波動時，能利用部分單元電機電動運行作為輸入功率端，部分單元電機發電運 行作為輸出功率端，從而在模擬電機負載的情況下，保證電機所有單元運行。通過測試這種 狀態下的轉矩波動和相關電機參數等效測試出某一負載狀態下的轉矩波動曲線，通過改變 發電單元電機的負載電阻即可等效測試出電機任意輸出功率狀態下的轉矩波動，從而既等 效測試出了電機的轉矩波動又省去了外加的負載裝置。
[0015] 采用本發明方法實現多相奇數單元電機轉矩波動的測試過程中，電機的機殼和軸 伸都不用特殊固定，也不需要外部設備，具有結構簡單、性能穩定、數據可靠等一系列優點， 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】
[0016] 圖1為本發明方法的測試結構示意圖；
[0017] 圖2為本發明方法的測試流程圖；
[0018] 圖3為本發明方法的電機繞組連接示意圖；
[0019] 圖4為本發明的多相奇數單元永磁同步電機的結構示意圖；
[0020] 圖5為本發明方法預測的無機械負載情況下樣機轉矩波動曲線與用機械負載測 試的轉矩波動曲線對比；
[0021] 圖中：認，川，1(：表示第一個獨立運行單元的3相對稱交流繞組以，28,2(：表示第 二個獨立運行單元的3相對稱交流繞組；3A，3B，3C表示第三個獨立運行單元的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。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步的說明，但并不局限如此，凡是對本 發明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋 在本發明的保護范圍中。
[0023] 本發明提供了一種奇數單元交流永磁電機轉矩波動測試方法，如圖2所示，包括 如下步驟：
[0024] 步驟一：利用奇數單元電機的結構特點（如圖4所示），通過在一個單元內加直流 電，使電機處于某一位置，在一相繞組兩端加入帶有直流偏置的正弦交流電壓信號，直流偏 置電壓分量與待測運行狀態下相繞組電壓相等。測量這相繞組的電流以及其他相繞組電 流，從而得到這一位置處電機繞組自感和其與其他繞組的互感，改變加電單元電機內直流 電矢量，使電機處于其他位置，從而測量出一個電周期內電機繞組自感和互感隨轉子位置 變化的曲線。
[0025] 步驟二：處理自感和互感曲線，利用傅里葉分解得到其各自的恒定分量和諧波分 量。自感和互感的一次諧波分量決定了電樞反應帶來的磁路飽和對轉矩波動的影響，二次 諧波分量決定了部分單元電動運行和部分單元發電運行的狀態下轉矩二次和四次波動的 大小。通過對自感和互感的諧波分量進行處理，可以得到模擬電機某一運行狀態相電流I 時，等效測試狀態電動單元相電流為Γ。
[0026] 而某一運行狀態相電流I與等效測試狀態電動單元相電流為Γ的關系如公式 Q)所示。
[0027]
【權利要求】
1. 一種奇數單元交流永磁電機轉矩波動測試方法，其特征在于所述測試方法步驟如 下： 步驟一：利用多相奇數單元永磁同步電機的結構特點，通過在一個單元電機內加直流 電，使電機處于某一位置，在一相繞組兩端加入帶有直流偏置的正弦交流電壓信號，測量這 相繞組的電流以及其他相繞組電流，從而得到這一位置處電機繞組自感和其與其他繞組的 互感，改變加電單元電機內直流電矢量，使電機處于其他位置，從而測量出一個電周期內電 機繞組自感和互感隨轉子位置變化的曲線； 步驟二：處理自感和互感曲線，利用傅里葉分解得到其各自的恒定分量和諧波分量，通 過對自感和互感的諧波分量進行處理，可以得到模擬電機某一運行狀態相電流I時，等效 測試狀態相電流為Γ ; 步驟三：將&個相鄰的單元電機用作發電單元，輸出端接負載電阻；同時，將N2個相鄰 的單元電機用作電動單元，連接到控制驅動器，控制驅動器先關斷； 步驟四：控制驅動器開始運行，使電動單元相電流值為Γ，通過力矩傳感器讀出一個 電周期內的轉矩波動曲線，同時測量發電單元的相電流值I，； 步驟五：用電動單元相電流值為Γ和測量得到的發電單元的相電流值1^以及不同 繞組間互感曲線，計算出互感不對稱帶來的轉矩波動曲線； 步驟六：用力矩傳感器讀出一個電周期內的轉矩波動曲線減去計算出互感不對稱帶來 的轉矩波動曲線得到等效測試出的電機轉矩波動曲線； 步驟七：改變發電單元的負載電阻值大小，重復以上步驟即可得到任意狀態下電機的 轉矩波動曲線。
2. 根據權利要求1所述的奇數單元交流永磁電機轉矩波動測試方法，其特征在于所述 多相奇數單元永磁同步電機的定子繞組具有N個獨立運行單元，每個獨立運行單元為3相 對稱交流繞組，多相奇數單元永磁同步電機的相數m為：m = 3XN，其中N為大于1的奇數。
3. 根據權利要求1所述的奇數單元交流永磁電機轉矩波動測試方法，其特征在于所述 直流偏置電壓分量與待測運行狀態下相繞組電壓相等。
4. 根據權利要求1所述的奇數單元交流永磁電機轉矩波動測試方法，其特征在于所述 N! = N2-l，N!+N2 = N。
5. 根據權利要求1所述的奇數單元交流永磁電機轉矩波動測試方法，其特征在于所述 某一運行狀態相電流I與等效測試狀態電動單元相電流為Γ的關系如下式所示：
其中，Ui為一相繞組自感一次諧波的幅值，Mn為相鄰兩繞組互感一次諧波幅值。
6. 根據權利要求1所述的奇數單元交流永磁電機轉矩波動測試方法，其特征在于所述 互感不對稱帶來的轉矩波動計算過程如下式所示 ：
J 其中，L為單元電機的電感矩陣，Mf2為發電單元和電動單元電機之間的互感矩陣， Λ ?\為互感不對稱情況下電動單元電機引入的轉矩波動，Λ T2為互感不對稱情況下發電單 元電機引入的轉矩波動，Ρ為電機的極對數，Θ為電機運行時，定轉子相差的機械角度；
其中，Λ Τ為由互感不對稱帶來的轉矩波動，MS(I2為相鄰繞組互感，MS12為相隔一個繞組 的兩相繞組互感。
【文檔編號】G01R31/34GK104090235SQ201410299968
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月28日 優先權日:2014年6月28日
【發明者】鄒繼斌, 曾德鵬, 徐永向, 王騫, 劉承軍, 趙猛, 李勇, 趙博, 尚靜, 胡建輝, 江善林 申請人:哈爾濱工業大學
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