CN101452055B - 超低电压三相交流感应电机测试方法及装置 - Google Patents

超低电压三相交流感应电机测试方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种超低电压三相交流感应电机参数的测试方法及装置，采用DC-AC逆变系统驱动电机，由ECU控制器采用VVVF控制算法，以恒压频比的方式实现对电机的调速；由数据处理模块对实时采样获取的电机端电压和相电流进行存储、显示处理，并通过FFT计算出电机的输入功率；并由蓄电池提供电源；通过对三相交流感应电机进行空载、堵转和压频特性等实验，进行参数测量；提供了电机参数的测量、电气性能的测试、磁性材料优劣的辨识方法。该装置包括由DC-AC逆变器、逆变驱动器、ECU控制器、测量模块、数据处理模块和触摸屏组成的硬件平台；具有结构简单、性能可靠的特点。

Description

超低电压三相交流感应电机测试方法及装置
技术领域
本发明涉及电机参数的测试方法及其装置，特别涉及一种数字式的超低电压三相交流感应电机参数测试方法及装置。
背景技术
感应电动机由于结构简单，转子上无绕组，维修成本低，而使用寿命长；因此使用的场合很多，几乎使用在日常生活、工厂设备、港口码头、油田煤矿等各个领域。随着混合动力汽车的不断发展，感应电机在汽车上的应用成为一种趋势，逐渐得到推广。而应于车辆上的主要是大电流超低电压三相交流感应电机(电压低于8V，电流最高为150A左右)，但是，汽车级的应用对于感应电机本身及其驱动都提出更高的要求，国内对于车用大电流超低电压三相交流感应电机的设计、制造和检测都存在极大的空白，更无成熟的参数及性能测试设备。
发明内容
针对车用三相交流感应电机的设计、制造和检测都存在极大的空白之不足，本发明的目的在于提供一种测试方法简单，性能可靠的超低电压三相交流感应电机参数的测试方法及其测试装置。
本发明的目的是这样实现的：超低电压三相交流感应电机参数测试方法，其特征在于，采用DC-AC逆变系统驱动超低电压三相交流感应电机，由ECU控制器采用VVVF控制算法，以恒压频比的方式实现对超低电压三相交流感应电机的调速；由数据处理模块对实时采样获取的电机端电压和相电流进行存储、显示处理，并通过FFT计算出电机的输入功率；并由蓄电池提供电源；
由空载实验测得超低电压三相交流感应电机的端电压、相电流，并计算出输入功率，即为超低电压三相交流感应电机的空载损耗P10；
由堵转实验测得超低电压三相交流感应电机的端电压、相电流，并计算出输入功率，即为超低电压三相交流感应电机的堵转损耗P1s；
根据空载和堵转实验中测得电机的端电压，相电流以及电机的输入功率算出电机的励磁参数：定子电抗Xl、励磁电抗Xm和励磁电阻Rm；短路参数：短路阻抗Zs、短路电阻Rs和短路电抗Xs。
其中参数设置、测量、数据处理和显示，通过人际交互界面的触摸屏对ECU控制器软件中的参数进行更改和设置；由测量模块实时测量并获取超低电压三相交流感应电机运行过程中的端电压和相电流，数据处理模块对获取的端电压和相电流根据实际需要进行数字化处理、存储、计算和显示。
实现本发明所述方法的超低电压三相交流感应电机参数的测试装置，其特征在于，包括由DC-AC逆变器、逆变驱动器、ECU控制器、测量模块、数据处理模块和触摸屏组成的硬件平台；ECU控制器通过逆变驱动器与DC-AC逆变器相连；DC-AC逆变器有用于连接三相交流感应电机的三相端头；DC-AC逆变器的一输出端经过测量模块与数据处理模块相连；数据处理模块还分别与ECU控制器和触摸屏采用通信的方式相连；该测试装置由12V直流电源供电。
本发明具有如下有益效果：本发明测试装置采用现有成熟的逆变驱动器、ECU控制器，以及数据处理模块等功能模块，通过VVVF算法对电机实现调速控制；针对车用超低电压三相交流感应电机的大电流低电压、较高的动态或稳态工作特性，通过对三相交流感应电机进行空载、堵转和压频特性等实验，通过实验进行参数测量；提供了电机参数的测量、电气性能的测试、磁性材料优劣的辨识方法。填补了车用超低电压三相交流感应电机设计、制造和检测中存在的空白，具有测试方法简单、性能可靠的优点。
附图说明
图1是本发明超低电压三相交流感应电机参数的测试装置的原理方框图；
图2是本发明超低电压三相交流感应电机参数的测试装置的V/F控制原理图；
图3是超低电压三相交流感应电机的等效电路图；
图4是按本发明方法测试的实际V/F曲线图；
图5是按本发明方法测试的实际I/F曲线图；
图6是本发明方法的流程图；
图7是本发明超低电压三相交流感应电机参数的测试装置的方法原理图。
具体实施方式
一种超低电压三相交流感应电机参数测试方法，采用DC-AC逆变系统驱动超低电压三相交流感应电机，由ECU控制器采用VVVF控制算法，以恒压频比的方式实现对超低电压三相交流感应电机的调速；由数据处理模块对实时采样获取的电机端电压和相电流进行存储、显示处理，并通过FFT计算出电机的输入功率；并由蓄电池提供电源；
由空载实验测得超低电压三相交流感应电机的端电压、相电流，并计算出输入功率，即为超低电压三相交流感应电机的空载损耗P10；
由堵转实验测得超低电压三相交流感应电机的端电压、相电流，并计算出输入功率，即为超低电压三相交流感应电机的堵转损耗P1s；
根据空载和堵转实验中测得电机的端电压，相电流以及电机的输入功率算出电机的励磁参数为：定子电抗Xl、励磁电抗Xm和励磁电阻Rm；短路参数为：短路阻抗Zs、短路电阻Rs和短路电抗Xs。
其中，参数设置、测量、数据处理和显示，通过人际交互界面的触摸屏对ECU控制器软件中的参数进行更改和设置；由测量模块实时测量并获取超低电压三相交流感应电机运行过程中的端电压和相电流，数据处理模块对获取的端电压和相电流根据实际需要进行数字化处理、存储、计算和显示。
实现上述方法的超低电压三相交流感应电机参数的测试装置，由硬件平台、软件和外部结构组成。硬件平台如图1所示虚线内部分，由DC-AC逆变器1、逆变驱动器2、ECU控制器3、测量模块4、数据处理模块5和触摸屏6共六个部分组成，系统由12V蓄电池或12V直流稳压装置供电。ECU控制器3通过逆变驱动器2与DC-AC逆变器1相连；DC-AC逆变器1有三相输出端，DC-AC逆变器1的输入端接12V直流电源；测量模块4与逆变驱动器2相连；数据处理模块5与测量模块4、触摸屏6相连并采用通信的方式与ECU控制器3相连。所述DC-AC逆变器1采用六个MOSFET组成三相桥；逆变驱动器2可采用TLE7189，ECU控制器3(中央处理器)可采用56F8346，测量模块4采用电压和电流传感采样电路，数据处理模块5采用微芯公司的16位PIC微处理器和DSP，触摸屏6采用分辨率为320*240的LCD显示器作为人机交互的输入和显示装置。
本发明采用DC-AC逆变系统驱动交流感应电机(ACIM)，ACIM为低压大电流的感应电机，load为负载，由蓄电池提供Udc。ECU控制器3的软件部份采用现有的VVVF控制算法，以恒压频比的方式实现对交流感应电机的调速(ACIM)，其控制原理如图2所示，横轴为电机工作频率，纵轴为电机工作电压，其中Motor Base Point为电机工作的额定点，Base Voltage和Base Frequence分别为电机的额定电压和额定频率，Boost Voltage和Boost Frequence分别是电机的推进电压和推进频率，Start Voltage为电机的启动电压。数据处理模块5对实时采样获取的电机端电压和相电流进行存储、显示等处理，并通过FFT(快速傅立叶变换)计算出电机的输入功率。
本发明超低电压三相交流感应电机参数的测试装置，用于超低电压三相交流感应电机的空载实验、堵转实验和压频特性试验。参见图6和图7，其工作原理如下：
1、参数设置、测量、数据处理和显示：
如图1所示，可通过人际交互界面的触摸屏6对ECU控制器3软件(如图2)中的相关参数进行更改和设置。测量模块4实时测量并获取电机运行过程中的端电压和相电流，数据处理模块5对获取的端电压和相电流根据实际需要进行数字化处理、存储、计算和显示。
2、空载和堵转实验
超低电压三相交流感应电机的等效电路如图3所示。根据传统的测定三相感应电机参数的方法，需要对电机分别进行空载和堵转实验。
实验方法和步骤：
①在空载实验中，将被测超低电压三相交流感应电机三相输入端与该装置三相输出端相连，让电机不带任何负载下由本装置驱动运行。需要通过图1中的触摸屏6设置并逐步降低图2中的Base Voltage到0.3倍Base Voltage左右，测15-20个点的端电压、相电流并计算出输入功率来完成空载实验。
②在堵转实验中，将被测超低电压三相交流感应电机三相输入端与该装置三相输出端相连，电机轴与磁粉离合器的负载电机相连，将磁粉离合器的电压加至最大，以使被测电机的转子在该装置驱动下无法转动形成堵转。需要通过触摸屏6设置降低额定电压(图2Base Voltage)，从0.5倍额定电压开始逐渐降低，测量8-10个电压点的端电压、相电流并计算出输入功率来完成堵转实验。
③根据空载和堵转实验中测得电机的端电压，相电流以及电机的输入功率算出电机的励磁参数：Xl、Xm、Rm和短路参数：短路阻抗Zs、短路电阻Rs和短路电抗Xs。
④空载和堵转时的输入功率分别为电机的空载损耗P10和堵转损耗P1s。
3、压频特性试验
实验方法和步骤：
①在该试验中，将被测超低电压三相交流感应电机三相输入端与该装置三相输出端相连，让电机不带任何负载下由本装置驱动运行。通过触摸屏6更改软件设置的压频曲线参数，如图2中Base Voltage、Base Frequence、Boost Voltage、Boost Frequence以及运行频率Frequence，以将每个频率(Frequence)下的电压升高或降低一定比率(±5％～±20％)，得到若干条V/F曲线。
②测得每条V/F曲线下从Boost Frequence开始每隔五个频率(图2Frequence)点的端电压和相电流。
③在实验过程中，可以用示波器电流表监测电机相电流波形，如果电流波形为标准的正弦波形而未发生波形畸变，则电机通过测试，其磁性材料满足要求。
③根据实验数据可得到如图4和图5所示的压频曲线和相电流频率曲线。
本发明驱动装置连接三相感应电机的输入端，感应电机轴连接负载。采用VVVF控制算法对电机实现调速控制，VVVF控制算法的主要特点是可以在开环控制下实现对电机的调速。

Claims (3)

1.超低电压三相交流感应电机参数测试方法，其特征在于，采用DC-AC逆变系统驱动超低电压三相交流感应电机，由ECU控制器采用VVVF控制算法，以恒压频比的方式实现对超低电压三相交流感应电机的调速；由数据处理模块对实时采样获取的电机端电压和相电流进行存储、显示处理，并通过FFT计算出电机的输入功率；并由蓄电池提供电源；
由空载实验测得超低电压三相交流感应电机的端电压、相电流，并计算出输入功率，即为超低电压三相交流感应电机的空载损耗P10；
由堵转实验测得超低电压三相交流感应电机的端电压、相电流，并计算出输入功率，即为超低电压三相交流感应电机的堵转损耗P1s；
根据空载和堵转实验中测得电机的端电压、相电流以及电机的输入功率算出电机的励磁参数：定子电抗X1、励磁电抗Xm、励磁电阻Rm；以及短路参数：短路阻抗Zs、短路电阻Rs和短路电抗Xs。
2.根据权利要求1所述的超低电压三相交流感应电机参数测试方法，其特征在于，参数设置、测量、数据处理和显示，通过人际交互界面的触摸屏对ECU控制器软件中的参数进行更改和设置；由测量模块实时测量并获取超低电压三相交流感应电机运行过程中的端电压和相电流，数据处理模块对获取的端电压和相电流根据实际需要进行数字化处理、存储、计算和显示。
3.实现权利要求1所述方法的超低电压三相交流感应电机参数的测试装置，其特征在于，包括由DC-AC逆变器(1)、逆变驱动器(2)、ECU控制器(3)、测量模块(4)、数据处理模块(5)和触摸屏(6)组成的硬件平台；ECU控制器(3)通过逆变驱动器(2)与DC-AC逆变器(1)相连；DC-AC逆变器(1)有用于连接三相交流感应电机的三相端头；DC-AC逆变器(1)的一输出端经过测量模块(4)与数据处理模块(5)相连；数据处理模块(5)还分别与ECU控制器(3)和触摸屏(6)采用通信的方式相连；该测试装置由12V直流电源供电；
所述DC-AC逆变器(1)采用六个MOSFET组成三相桥；逆变驱动器(2)采用TLE7189，ECU控制器(3)采用56F8346，测量模块(4)采用电压和电流传感采样电路，数据处理模块(5)采用微芯公司的16位PIC微处理器和DSP，触摸屏(6)采用分辨率为320*240的LCD显示器作为人机交互的输入和显示装置。
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