奇數(shù)單元交流永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)測試方法
【專利摘要】一種奇數(shù)單元交流永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)測試方法，屬于電機(jī)測試【技術(shù)領(lǐng)域】。為了解決目前采用直接測量法測試多相奇數(shù)單元永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)時(shí)，需要外加負(fù)載設(shè)備的問題，本發(fā)明利用多相奇數(shù)單元永磁同步電機(jī)奇數(shù)單元的繞組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在測試電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)時(shí)，能利用部分單元電機(jī)電動(dòng)運(yùn)行作為輸入功率端，部分單元電機(jī)發(fā)電運(yùn)行作為輸出功率端，從而在模擬電機(jī)負(fù)載的情況下，保證電機(jī)所有單元運(yùn)行。通過測試這種狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和相關(guān)電機(jī)參數(shù)等效測試出某一負(fù)載狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線，通過改變發(fā)電單元電機(jī)的負(fù)載電阻即可等效測試出電機(jī)任意輸出功率狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，從而既等效測試出了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)又省去了外加的負(fù)載裝置。
【專利說明】奇數(shù)單元交流永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)測試方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電機(jī)測試【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種多相奇數(shù)單元永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的 測試方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，對于永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的動(dòng)態(tài)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(zhǔn)確測試出電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，而間接測量方法則需要 依賴于處理器的計(jì)算速度和其間接測試參數(shù)的準(zhǔn)確性，無形中增加了測試誤差。但是針對 大功率電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)測試也存在一些問題。一般情況下，測試電機(jī)的轉(zhuǎn)矩需要外加測功 機(jī)或機(jī)械負(fù)載裝置作為負(fù)載，這就增加了測試所需的設(shè)備條件。對于大功率低速永磁同步 電機(jī)這種運(yùn)行轉(zhuǎn)速較低（一般不超過200rpm)、轉(zhuǎn)矩很大的待測電機(jī)而言，需要很大容量的 直流電機(jī)及其輔助設(shè)備作為負(fù)載，有些實(shí)驗(yàn)室或研究所根本不具備數(shù)百千瓦甚至兆瓦級(jí)的 直流電機(jī)負(fù)載實(shí)驗(yàn)條件，完成不了這種測試。而且加入負(fù)載后，測試裝置將由電機(jī)和力矩傳 感器串聯(lián)，變?yōu)殡姍C(jī)、負(fù)載和力矩傳感器串聯(lián)，增加了軸向長度，影響轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的測試精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了解決目前采用直接測量法測試多相奇數(shù)單元永磁同步電機(jī) 的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)時(shí)，需要外加負(fù)載設(shè)備的問題，提供一種無機(jī)械負(fù)荷的多相奇數(shù)單元永磁同步 電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的測試方法。
[0004] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種奇數(shù)單元交流永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)測試方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟一：利用多相奇數(shù)單元永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過在一個(gè)單元電機(jī)內(nèi)加 直流電，使電機(jī)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(hào)，直 流偏置電壓分量與待測運(yùn)行狀態(tài)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(jī)繞組自感和其與其他繞組的互感，改變加電單元電機(jī)內(nèi)直 流電矢量，使電機(jī)處于其他位置，從而測量出一個(gè)電周期內(nèi)電機(jī)繞組自感和互感隨轉(zhuǎn)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(jìn)行處理，可以得到模擬電機(jī)某一運(yùn)行狀態(tài)相電流I時(shí)， 等效測試狀態(tài)相電流為Γ 。
[0008] 步驟三：將&個(gè)相鄰的單元電機(jī)用作發(fā)電單元，輸出端接負(fù)載電阻；同時(shí)，將隊(duì)個(gè) 相鄰的單元電機(jī)用作電動(dòng)單元，連接到控制驅(qū)動(dòng)器，控制驅(qū)動(dòng)器先關(guān)斷。其中，隊(duì)=n 2-i， N!+N2 = N。
[0009] 步驟四：控制驅(qū)動(dòng)器開始運(yùn)行，使電動(dòng)單元相電流值為Γ，通過力矩傳感器讀出 一個(gè)電周期內(nèi)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線，同時(shí)測量發(fā)電單元的相電流值I，。
[0010] 步驟五：用電動(dòng)單元相電流值為Γ和測量得到的發(fā)電單元的相電流值12'以及 不同繞組間互感曲線，計(jì)算出互感不對稱帶來的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線。
[0011] 步驟六：用力矩傳感器讀出一個(gè)電周期內(nèi)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線減去計(jì)算出互感不對稱 帶來的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線得到等效測試出的電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線。
[0012] 步驟七：改變發(fā)電單元的負(fù)載電阻值大小，重復(fù)以上步驟即可得到任意狀態(tài)下電 機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線。
[0013] 本發(fā)明所述多相奇數(shù)單元永磁同步電機(jī)的定子繞組具有N個(gè)獨(dú)立運(yùn)行單元，每個(gè) 獨(dú)立運(yùn)行單元為3相對稱交流繞組，多相奇數(shù)單元永磁同步電機(jī)的相數(shù)m為：m = 3XN，其 中N為大于1的奇數(shù)。
[0014] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是利用多相奇數(shù)單元永磁同步電機(jī)奇數(shù)單元的繞組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在測 試電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)時(shí)，能利用部分單元電機(jī)電動(dòng)運(yùn)行作為輸入功率端，部分單元電機(jī)發(fā)電運(yùn) 行作為輸出功率端，從而在模擬電機(jī)負(fù)載的情況下，保證電機(jī)所有單元運(yùn)行。通過測試這種 狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)和相關(guān)電機(jī)參數(shù)等效測試出某一負(fù)載狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線，通過改變 發(fā)電單元電機(jī)的負(fù)載電阻即可等效測試出電機(jī)任意輸出功率狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，從而既等 效測試出了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)又省去了外加的負(fù)載裝置。
[0015] 采用本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)多相奇數(shù)單元電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的測試過程中，電機(jī)的機(jī)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(diǎn)， 可以滿足一般性的永磁同步電機(jī)機(jī)械特性測試的需要。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明方法的測試結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2為本發(fā)明方法的測試流程圖；
[0018] 圖3為本發(fā)明方法的電機(jī)繞組連接示意圖；
[0019] 圖4為本發(fā)明的多相奇數(shù)單元永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖5為本發(fā)明方法預(yù)測的無機(jī)械負(fù)載情況下樣機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線與用機(jī)械負(fù)載測 試的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線對比；
[0021] 圖中：認(rèn)，川，1(：表示第一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行單元的3相對稱交流繞組以，28,2(：表示第 二個(gè)獨(dú)立運(yùn)行單元的3相對稱交流繞組；3A，3B，3C表示第三個(gè)獨(dú)立運(yùn)行單元的3相對稱交 流繞組；NA，NB，NC表示第N個(gè)獨(dú)立運(yùn)行單元的3相對稱交流繞組。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)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(jìn)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(hù)范圍中。
[0023] 本發(fā)明提供了一種奇數(shù)單元交流永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)測試方法，如圖2所示，包括 如下步驟：
[0024] 步驟一：利用奇數(shù)單元電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（如圖4所示），通過在一個(gè)單元內(nèi)加直流 電，使電機(jī)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(hào)，直流偏 置電壓分量與待測運(yùn)行狀態(tài)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(jī)繞組自感和其與其他繞組的互感，改變加電單元電機(jī)內(nèi)直流 電矢量，使電機(jī)處于其他位置，從而測量出一個(gè)電周期內(nèi)電機(jī)繞組自感和互感隨轉(zhuǎn)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(yīng)帶來的磁路飽和對轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的影響，二次 諧波分量決定了部分單元電動(dòng)運(yùn)行和部分單元發(fā)電運(yùn)行的狀態(tài)下轉(zhuǎn)矩二次和四次波動(dòng)的 大小。通過對自感和互感的諧波分量進(jìn)行處理，可以得到模擬電機(jī)某一運(yùn)行狀態(tài)相電流I 時(shí)，等效測試狀態(tài)電動(dòng)單元相電流為Γ。
[0026] 而某一運(yùn)行狀態(tài)相電流I與等效測試狀態(tài)電動(dòng)單元相電流為Γ的關(guān)系如公式 Q)所示。
[0027]

【權(quán)利要求】
1. 一種奇數(shù)單元交流永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)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(shù)單元永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過在一個(gè)單元電機(jī)內(nèi)加直流 電，使電機(jī)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(hào)，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(jī)繞組自感和其與其他繞組的 互感，改變加電單元電機(jī)內(nèi)直流電矢量，使電機(jī)處于其他位置，從而測量出一個(gè)電周期內(nèi)電 機(jī)繞組自感和互感隨轉(zhuǎn)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(jìn)行處理，可以得到模擬電機(jī)某一運(yùn)行狀態(tài)相電流I時(shí)，等效 測試狀態(tài)相電流為Γ ; 步驟三：將&個(gè)相鄰的單元電機(jī)用作發(fā)電單元，輸出端接負(fù)載電阻；同時(shí)，將N2個(gè)相鄰 的單元電機(jī)用作電動(dòng)單元，連接到控制驅(qū)動(dòng)器，控制驅(qū)動(dòng)器先關(guān)斷； 步驟四：控制驅(qū)動(dòng)器開始運(yùn)行，使電動(dòng)單元相電流值為Γ，通過力矩傳感器讀出一個(gè) 電周期內(nèi)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線，同時(shí)測量發(fā)電單元的相電流值I，； 步驟五：用電動(dòng)單元相電流值為Γ和測量得到的發(fā)電單元的相電流值1^以及不同 繞組間互感曲線，計(jì)算出互感不對稱帶來的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線； 步驟六：用力矩傳感器讀出一個(gè)電周期內(nèi)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線減去計(jì)算出互感不對稱帶來 的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線得到等效測試出的電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線； 步驟七：改變發(fā)電單元的負(fù)載電阻值大小，重復(fù)以上步驟即可得到任意狀態(tài)下電機(jī)的 轉(zhuǎn)矩波動(dòng)曲線。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的奇數(shù)單元交流永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)測試方法，其特征在于所述 多相奇數(shù)單元永磁同步電機(jī)的定子繞組具有N個(gè)獨(dú)立運(yùn)行單元，每個(gè)獨(dú)立運(yùn)行單元為3相 對稱交流繞組，多相奇數(shù)單元永磁同步電機(jī)的相數(shù)m為：m = 3XN，其中N為大于1的奇數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的奇數(shù)單元交流永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)測試方法，其特征在于所述 直流偏置電壓分量與待測運(yùn)行狀態(tài)下相繞組電壓相等。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的奇數(shù)單元交流永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)測試方法，其特征在于所述 N! = N2-l，N!+N2 = N。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的奇數(shù)單元交流永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)測試方法，其特征在于所述 某一運(yùn)行狀態(tài)相電流I與等效測試狀態(tài)電動(dòng)單元相電流為Γ的關(guān)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(jù)權(quán)利要求1所述的奇數(shù)單元交流永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)測試方法，其特征在于所述 互感不對稱帶來的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)計(jì)算過程如下式所示 ：
J 其中，L為單元電機(jī)的電感矩陣，Mf2為發(fā)電單元和電動(dòng)單元電機(jī)之間的互感矩陣， Λ ?\為互感不對稱情況下電動(dòng)單元電機(jī)引入的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，Λ T2為互感不對稱情況下發(fā)電單 元電機(jī)引入的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，Ρ為電機(jī)的極對數(shù)，Θ為電機(jī)運(yùn)行時(shí)，定轉(zhuǎn)子相差的機(jī)械角度；
其中，Λ Τ為由互感不對稱帶來的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，MS(I2為相鄰繞組互感，MS12為相隔一個(gè)繞組 的兩相繞組互感。
【文檔編號(hào)】G01R31/34GK104090235SQ201410299968
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月28日
【發(fā)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(yè)大學(xué)