一种多相多单元永磁电机温升的测试方法

摘要

一种多相多单元永磁电机温升的测试方法，本发明属于电机测试的技术领域。它是为了解决目前测试永磁同步电机温升时，需要外加测试设备且电机长时间运行消耗能量的问题。它的方法步骤为：将被测电机的一个单元用于发电运行；将被测电机的另一个单元用于电动运行，测量三相绕组电流波形、相电阻电压值和功率角；将所有单元全作为电动单元接入电路，控制绕组所加的直轴电压和交轴电压，使其交直轴电流满足测试的约束条件，测量此时电机的温升曲线；改变发电单元端接入的负载，得出多单元电机的不同转速、不同负载下的温升曲线。本发明令一个单元电机电动运行，另一个单元电机发电运行，从而得到负载状态下电机的电流参数以及输出功率。

主权项

一种多相多单元永磁电机温升的测试方法，其特征在于它的方法步骤为：步骤一：将被测电机的一个单元用于发电运行，并将这个单元端接入负载电阻或负载电网，接入负载电网时，控制驱动器先关断；步骤二：将被测电机的另一个单元用于电动运行，并将这个单元接入驱动器，然后控制驱动器开始运行，测试此时的电机转速，三相绕组电流波形和相电阻电压值，并从控制器中读出这一状态下的功率角；步骤三：控制驱动器将电机停止运行，然后断开用于发电的单元的负载，然后分别在电动单元的三相绕组内都通入和步骤二中运行状态下电流有效值相同的直流电流，并测试其绕组端电压，得到这一状态下的绕组电阻；步骤四：整理三相绕组电流波形，经dq变换求得q轴电流的直流恒定分量I_q1和d轴电流的直流恒定分量I_d1，在电动单元的BC相绕组内通入带有直流偏置的交流电流，直流偏置电流为所求得的q轴电流直流恒定分量；步骤五：将所测试出的电机转速，绕组电阻，单元电机的交直轴电感，功率角，q轴电流流恒定分量带入公式(1)、(2)和(5)，联立解出在这一负载时，这一转速下一个单元电机工作时的电磁功率；根据电机参数计算电机电磁转矩的原理：电机一个单元电动运行时电磁转矩的计算可表达为公式(1)所示：T_e1＝K_TI_q1    (1)其中，K_T为转矩系数，I_q为dq变换后q轴电流的直流恒定分量；根据电势系数和转矩系数的推导过程和表达式，他们的关系式如下：$K_T=\frac{60}{2\pi }{K}_e---\left(2\right)$多单元永磁同步电机一个单元的电压方程经过dq坐标变换后，可表示成如下形式：U₁cosδ₁＝E₀+I_qR_a‑I_dX_d    (3)U₁sinδ₁＝I_dR_a+I_qX_q    (4)其中，δ₁为一个电动单元的功率角，E₀为空载反电势，I_d为dq变换后d轴电流的直流恒定分量，X_d为直轴电抗，X_q为交轴电抗；联立公式(3)和公式(4)，可解出q轴电流的表达式如下：$I_{q1}=\frac{{\mathrm{UR}}_a\cos \delta +{\mathrm{UX}}_d\sin \delta -E_0{R}_a}{R_a^2+X_d{X}_q}=\frac{{\mathrm{UR}}_a\cos \delta +(\mathrm{Up}\frac{2\pi }{60}{L}_{d1}\sin \delta -K_e{R}_a)n}{{\left(R_a\right)}^2+(p\frac{2\pi }{60}{L}_{d1}·p\frac{2\pi }{60}{L}_{q1})n^2}---\left(5\right)$其中，L_d1为直轴同步电感，L_q1为交轴同步电感，n为电机的转速；而由多单元永磁同步电机的数学模型进行推导后可发现，电机的基本电磁转矩仅与绕组相电流和运行的单元电机数量有关，而与运行单元电机的空间位置无关；当N单元永磁同步电机所有单元共同运行时，其基本电磁转矩是其一个单元运行的N倍；T_e＝N·T_e1    (6)；步骤六：发电单元开路，重复步骤二至步骤五，得出电机空载时的q轴电流值，这部分电流用于平衡电机的铁损和杂散损耗，所以不产生输出转矩；计算输入功率和绕组铜损，得出电机铁损和杂散损耗；由于多单元永磁同步电机大多用于低速场合，所以定子铁耗的主要成分为磁滞损耗；所以不同转速下，电机的铁损关系式可近似表示如下：$\frac{P_{\mathrm{Fe}\left(n_1\right)}}{P_{\mathrm{Fe}\left(n_2\right)}}=\frac{n_1}{n_2}---\left(7\right)$通过公式(7)和步骤六所测得的电机铁损，可计算出电机电磁转矩与转速曲线上每个点的铁损，从而通过公式(8)计算出这一转速下电机的输出功率：P_out＝T_e·n‑P_Fe(n)    (8)；步骤七：利用一个单元输出转矩与所有单元电磁转矩的关系得到全部单元运行时的电机电磁转矩，再通过电磁转矩计算出电机的电磁功率，再减去电机的铁损，得到电机的输出功率，并记录下电机输出这一功率时的绕组相电流；步骤八：将所有单元全作为电动单元接入电路，调节驱动控制器，控制绕组所加的直轴电压和交轴电压，使电机的转速为步骤二中的转速，并测试出此时的三相绕组电流，经dq变换得出此时的dq轴电流I_q2和I_d2，并使此时的dq轴电流满足下式：(I_d1)²+(I_q1)²＝＝(I_d2)²+(I_q2)²；步骤九：测量此时电机的温升，得到电机的温升曲线；步骤十：改变发电单元端接入的负载电阻的阻值或负载电网的电压值，重复步骤一至步骤十，得出多单元电机的不同转速、不同负载下的温升曲线。