CN101413974A - 一种表面式永磁同步电动机电抗参数测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种表面式永磁同步电动机电抗参数测试方法，分为以下几个步骤：1)选用测试设备和准备工作，2)测试流程，3)分析试验数据，4)按以下L_d和L_q计算；所述的选用测试设备步骤，是选用可变频率表、电流表、电压表；所述的测试流程步骤，是测试时，应缓慢移动转子，观察电流表提取电流的最大值和最小值，同时记录电源电压值；所述的分析试验数据步骤，主要测试数据，由于电机的电阻和电抗值由电抗参数表达式求得；所述的L_d和L_q计算步骤，对于正弦波供电的永磁同步电动机，测定直轴同步电抗L_d和交轴同步电抗L_q。该方法与现有技术的方法相比，通过简单的试验装置，更加简便的测量表面式永磁同步电动机电抗参数，具有一定经济效益。

Description

一种表面式永磁同步电动机电抗参数测试方法

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电动机电抗参数测试方法，特别涉及一种表面式永磁同步电动机电抗参数测试方法。

背景技术

永磁同步电动机电抗参数的测试方法包括：直接负载法、电压积分法、直流衰减法，这些测试方法大都比较复杂，并且对试验装置依赖性较大。

以电压积分法为例：电压积分法测量需要以下试验装置参与其中，数字磁通计、无感电阻、整流桥、滑线变阻箱、空气开关、电流表等仪器，在操作时，需要专门操作人员加以调节才能测试，因此，在实际生产单位电压积分法采用的不多。

对于一些特定的试验部门较为适用，但在某些没有专门测试装置的生产环境，永磁同步电动机电抗参数的测量存在很大困难，因此，需要一种方法，可以通过简单的试验装置测量得到比较准确的电抗参数。

发明内容

本发明的目的是提供一种表面式永磁同步电动机电抗参数测试方法，这种方法可以通过简单的试验装置和仪表，更加简便的测量表面式永磁同步电动机电抗参数。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：本发明的方法其步骤如下：1)选用测试设备和准备工作，2)测试流程，3)分析试验数据，4)可按以下L_d和L_q公式计算得出电抗参数。

因为电抗参数X＝ωL，所以永磁同步电动机电抗参数的测量也就是电感参数的测量，永磁同步电动机的电感参数可以表示为ABC固定轴线下永磁同步电机的自感与互感和dq0轴线下永磁同步电机的同步电感(通常我们称之为直轴和交轴电感)两种形式，下面通过ABC固定轴线下的自感与互感与dq0轴线直轴和交轴电感的转化，来进一步说明本方法的理论基础

本发明的试验原理如下：

1、ABC固定轴线下永磁同步电机的自感与互感

在ABC固定轴线下，三相永磁同步电机电枢绕组的电感矩阵为

$L_s=\left[\begin{array}{ccc}{L}_{\mathrm{AA}}& M_{\mathrm{AB}}& M_{\mathrm{AC}}\\ M_{\mathrm{BA}}& L_{\mathrm{BB}}& M_{\mathrm{BC}}\\ M_{\mathrm{CA}}& M_{\mathrm{CB}}& L_{\mathrm{CC}}\end{array}\right]---\left(1\right)$

由于永磁同步电机d、q轴磁导的不同，使电枢绕组的自感和绕组间的互感均为转角θ的函数。考虑到转子磁导的凸极性与永磁体磁极的极性无关，若以A相绕组轴线作为转子转角坐标的原点，电枢绕组的自感分别近似为转子转角2θ的余弦函数，即

在一个对极范围内，A相绕组自感L_AA的变化规律如图2所示。显然，B相绕组和C绕组的自感L_BB、L_CC可以根据对称关系得到。

同样，电枢绕组之间的互感也分别可以近似写成转子转角2θ的余弦函数，即

M_BC＝M_CB＝-M_s0-M_s2cos2θ

M_AC＝M_CA＝-M_s0-M_s2cos2(θ-120°)      (3)

M_AB＝M_BA＝-M_s0-M_s2cos2(θ+120°)

可以证明，在理想电机的情况下，下列关系成立

M_s2＝L_s2

$M_{s0}\≈\frac{1}{2}{L}_{s0}---\left(4\right)$

2、dq0轴线下永磁同步电机的同步电感

经过dq0变换，在dq0坐标系下，永磁同步电动机的定子绕组电感矩阵变为对角线矩阵，各电感系数也不再与转角θ有关，而均变为常值，即

$L_s^{/}=\left[\begin{array}{ccc}{L}_d& 0& 0\\ 0& L_q& 0\\ 0& 0& L_0\end{array}\right]---\left(5\right)$

其中，L_d称为直轴同步电感，L_q称为交轴同步电感，L₀称为零轴电感。这三个电感可分别用电机在ABC固定轴线下电枢绕组自感、互感的平均值(L_s0、M_s0)及其2次分量幅值(L_s2)来表示，即

$L_d=L_{s0}+M_{s0}-\frac{3}{2}{L}_{s2}$

$L_q=L_{s0}+M_{s0}+\frac{3}{2}{L}_{s2}---\left(6\right)$

L₀＝L_s0-2M_s0

为了避免零序电流或三次谐波电流引起附加损耗，三相永磁同步电动机的电枢绕组常常采用Y接法。利用本方法测定直轴和交轴同步电感参数时按图3接线。

可以看出，线间的绕组电感是A相绕组电感与B相绕组电感之和，考虑到式(2)～式(4)的关系，线间电感L_LL可表示成下式

L_LL＝[L_AA-M_AB]+[L_BB-M_BA]

＝[(L_s0-L_s2cos 2θ)-(-M_s0-M_s2 cos 2(θ+120°))]          (7)

+[(L_s0-L_s2cos 2(θ-120°))-(-M_s0-M_s2cos 2(θ+120°))]

当θ＝-30°时，

$L_{\mathrm{LL}}=2(L_{s0}+M_{s0}-\frac{3}{2}{L}_{s2})=2L_d---\left(8\right)$

当θ＝60°或θ＝-120°时，

$L_{\mathrm{LL}}=2(L_{s0}+M_{s0}+\frac{3}{2}{L}_{s2})=2L_q---\left(9\right)$

由以上二式可以看出，当θ＝-30°时，线间电感L_LL是直轴同步电感L_d的2倍；当θ＝60°或θ＝-120°时，线间电感L_LL是交轴同步电感L_q的2倍。因此利用这种方法，调节转子θ角就可以得到2倍的直轴电感和2倍的交轴电感的数值，即直轴电抗和交轴电抗的数值。

若在Y接法的两相绕组线端施加恒压电源，则当θ＝-30°时，由于回路的阻抗为最小，故电流出现最大值；而在θ＝60°或θ＝-120°时(与θ＝-30°正交)，由于回路的阻抗为最大，故电流出现最小值。上述同步电抗测试时的转子位置关系如图4所示。这就是测试的理论基础。

对于正弦波供电的永磁同步电动机，可利用本方法测定直轴同步电抗L_d和交轴同步电抗L_q。L_d和L_q的计算可按以下两式进行。

$L_d=\frac{1}{4\mathrm{\πf}}\sqrt{{\left(\frac{U}{I_{\max }}\right)}^2-R^2}---\left(10\right)$

$L_q=\frac{1}{4\mathrm{\πf}}\sqrt{{\left(\frac{U}{I_{\min }}\right)}^2-R^2}---\left(11\right)$

式中，U为恒压源电压(V)；f为恒压源频率(Hz)；I_max和I_min为缓慢转动转子时测得的最大电流值和最小电流值(A)；R为换算到基准工作温度的每相电阻值(Ω)。

本发明的有益效果：这种方法与现有技术的方法相比，可以通过简单的试验装置，更加简便的测量表面式永磁同步电动机电抗参数，具有一定经济效益。

附图说明

图1为本发明的测试过程步骤流程图；

图2一个对极内，A相绕组自感L_AA的变化规律图；

图3本方法测定参数时的电枢绕组接线原理图；

图4转子位置关系示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作比较详细地说明。

参照图1，这是本发明的测试过程步骤流程图。

测试过程共分为以下几个步骤：

1)选用测试设备和准备工作：

a)试验仪器准备：主要利用恒压源(可变频率)、电流表、电压表，能承受额定电流。

一般情况下，应在额定频率下完成本测试。如果在额定频率下测试有困难，例如达到规定电流值时的电源电压过低，或者测试系统出现不稳定现象等，允许适当提高电源频率，以便提高绕组回路的阻抗。

电压表和电流表的选择，应考虑到频率对仪表测试精度的影响，宜选用测试精度与频率无关的数字式电压、电流表，也可采用数字存储示波器来读取电压、电流值并记录波形。

b)应测量两相绕组的串联电阻值，并记录室温。

2)测试过程：

测试时，应缓慢移动转子，观察电流表的显示值，以便及时提取电流的最大值(即前面所述的当θ＝-30°时，电机状态)和最小值(即前面所述的当θ＝60°或θ＝-120°时，电机状态)，并记录。同时还应记录电源电压值。对于测试电流的大小，一般可取电机的空载电流值。

由于永磁磁场已经存在，因此，一般测得的是电感参数的饱和值。若小电流供电，则测得的是轻载或接近空载的电感参数；

若额定电流供电，则测得的是额定负载时的电感参数。

由于本方法是一种静测法，转子静止不动，电机的冷却条件已大为恶化，因此，试验前应做好充分准备，试验时应力求准确、快速，特别是较大电流供电时，更应特别注意电机的发热情况，以免损坏电机。

3)分析试验数据，主要测试数据，由于电机的电阻和电抗值可以由电压值和电流值来得到，即

$\frac{U}{I}=Z=R+\mathrm{Xj}---\left(12\right)$

所以电抗参数表达式可以转化为

$X=\sqrt{Z^2-R^2}=\sqrt{{\left(\frac{U}{I}\right)}^2-R^2}$

由于X＝ωL＝2πfL           (13)

所以 $L=\frac{1}{2\mathrm{\πf}}\sqrt{{\left(\frac{U}{I}\right)}^2-R^2}$

4)可按以下L_d和L_q计算；

对于正弦波供电的永磁同步电动机，根据前面提到的试验原理，可利用本方法测定直轴同步电抗L_d和交轴同步电抗L_q。L_d和L_q的计算可按以下两式进行。

$L_d=\frac{1}{4\mathrm{\πf}}\sqrt{{\left(\frac{U}{I_{\max }}\right)}^2-R^2}---\left(10\right)$

$L_q=\frac{1}{4\mathrm{\πf}}\sqrt{{\left(\frac{U}{I_{\min }}\right)}^2-R^2}---\left(11\right)$

式中，U为恒压源电压(V)；f为恒压源频率(Hz)；I_max和I_min为缓慢转动转子时测得的最大电流值和最小电流值(A)；R为换算到基准工作温度的每相电阻值(Ω)。

Claims (4)

1.一种表面式永磁同步电动机电抗参数测试方法，其特征在于：所述的电抗参数测试方法，分为以下几个步骤：1)选用测试设备和准备工作，2)测试流程，3)分析试验数据，4)按以下L_d和L_q计算；

所述的选用测试设备步骤，是选用可变频率恒压源、电流表、电压表；

所述的测试流程步骤，是测试时，应缓慢移动转子，观察电流表提取电流的最大值和最小值，同时记录电源电压值；

所述的分析试验数据步骤，主要测试数据，由于电机的电抗值由电抗参数表达式求得；

所述的L_d和L_q计算步骤，对于正弦波供电的永磁同步电动机，测定直轴同步电抗L_d和交轴同步电抗L_q。

2、根据权利要求1所述的表面式永磁同步电动机电抗参数测试方法，其特征在于：所述的测试流程步骤，测试电流的大小取电机的空载电流值，由于永磁磁场已经存在，一般测得的是电感参数的饱和值；若小电流供电，则测得的是轻载或接近空载的电感参数；若额定电流供电，则测得的是额定负载时的电感参数。

3、根据权利要求1或2所述的表面式永磁同步电动机电抗参数测试方法，其特征在于：所述的测试流程步骤，由于转子静止不动，电机的冷却恶化，试验时应力求准确、快速。

4、根据权利要求1所述的表面式永磁同步电动机电抗参数测试方法，其特征在于：所述的分析试验数据步骤，电抗参数表达式可以转化为 $X=\sqrt{Z^2-R^2}=\sqrt{{\left(\frac{U}{I}\right)}^2-R^2},$

X＝ωL＝2πfL，

$L=\frac{1}{2\mathrm{\πf}}\sqrt{{\left(\frac{U}{I}\right)}^2-R^2}$ 得到。

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