CN103176057B - 永磁同步电机绕组自感和绕组间互感的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种永磁同步电机绕组自感和绕组间互感的测试方法，在非测试单元的电机单元AB相绕组间，加入直流电源输入1，使这一回路产生电流为的恒定直流电流，同时，在非测试单元的电机单元AC相绕组间，加入直流电源输入2，使这一回路产生电流为的恒定直流电流。本发明利用多相多单元永磁同步电机多单元的绕组结构特点结合交流静态法测试电机一相绕组自感及其与单元内其他绕组互感时，采用其他单元通入两个回路的直流电流来固定转子位置。通过改变通入直流电流的大小和方向来改变所固定的转子位置，可测试出电机处于任意一个位置时，一相绕组自感及其与单元内其他绕组互感。在测试的同时不对测试单元造成影响，省去了外加转子堵转装置。

Description

永磁同步电机绕组自感和绕组间互感的测试方法

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机绕组自感和绕组间互感的测试方法，属于电机电感测试方法技术领域。

背景技术

目前，对于永磁同步电机电感的测试方法有很多，比如直流电桥法测试、磁链法测试、静转矩法测试，还有交流静态法测试等等。其中，交流静态法测试能相对方便而准确测试出电机绕组的电感，而且测试方法易于实现。但是利用交流静态法测量电感也存在一些问题，比如一般情况下，利用交流静态法测量多相多单元永磁同步电机绕组时需要外加堵转装置将电机的转子固定，无形中增加了测试所需的设备条件。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，即目前采用交流静态法测试多相多单元永磁同步电机的电感时，需要外加堵转设备的问题，进而提供一种永磁同步电机绕组自感和绕组间互感的测试方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种永磁同步电机绕组自感和绕组间互感的测试方法，步骤如下：

步骤一：在非测试单元的电机单元AB相绕组间，加入直流电源输入1，所述直流电源输入1用于提供电流为I₁的恒定直流电流，同时，在非测试单元的电机单元AC相绕组间，加入直流电源输入2，所述直流电源输入2用于提供电流为I₂的恒定直流电流，以产生使转子固定的电磁力矩；

步骤二，将要测试的电机单元的A相引出线接到变频器的单相输出端，给电机A相通预定频率的交流电，通过调压器调节电压为额定电压，记录当前时刻的测试数据，所述测试数据包括电机单元的A、B、C三相绕组的端电压、A相电流及A相功率；根据所述测试数据计算多相多单元永磁同步电机处于所加电流I₁和I₂所固定这一位置的A相绕组自感和AB相及AC相绕组间的互感；

步骤三，停止通电，改变非测试单元输入电流I₁和I₂的大小，然后重复步骤一、步骤二两个步骤，从而测试出电机转子处于不同位置时的A相绕组的自感和AB及AC相绕组间的互感。

本发明的优点是：利用多相多单元永磁同步电机多单元的绕组结构特点结合交流静态法测试电机一相绕组自感及其与单元内其他绕组互感时，采用其他单元通入两个回路的直流电流来固定转子位置。通过改变通入直流电流的大小和方向来改变所固定的转子位置，可测试出电机处于任意一个位置时，一相绕组自感及其与单元内其他绕组互感。在测试的同时不对测试单元造成影响，从而省去了外加转子堵转装置。

采用本发明方法实现多相多单元电机电感的测试过程中，电机的机壳和轴伸都不用特殊固定，也不需要外部设备。具有结构简单、性能稳定、数据可靠等一系列优点，可以满足一般性的永磁同步电机电感测试需要。

附图说明

图1为本发明方法测试绕组自感及互感时非测试电机单元的电路连接图；

图2为本发明方法的待测试电机单元电感测试的电路连接图；

图3为本发明方法的非测试电机单元合成电流矢量示意图；

图4为本明的多相多单元永磁同步电机的结构示意图。

图4中1A，1B，1m表示第一个独立运行单元的m1相对称交流绕组；2A，2B，2m表示第二个独立运行单元的m1相对称交流绕组；3A，3B，3m表示第三个独立运行单元的m1相对称交流绕组；NA，NB，Nm表示第N个独立运行单元的m1相对称交流绕组。其中，m1为大于等于3的整数。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图1～图4所示，本实施例所涉及的一种永磁同步电机绕组自感和绕组间互感的测试方法，步骤如下：

步骤一：在非测试单元的电机单元AB相绕组间，加入直流电源输入1，使这一回路产生电流为I₁的恒定直流电流。同时，在非测试单元的电机单元AC相绕组间，加入直流电源输入2，使这一回路产生电流为I₂的恒定直流电流。用以产生使转子固定的电磁力矩。其非测试单元的电机单元电气连接图如图1所示。

步骤二，将要测试的电机单元的A相引出线接到变频器的单相输出端，测试电路图如图2所示。给电机A相通频率为其额定频率的交流电，通过调压器调节电压为额定电压，记录此时的测试电机单元的A、B、C三相绕组的端电压，A相电流及A相功率。根据这些数据计算多相多单元永磁同步电机处于所加电流I₁和I₂所固定这一位置的A相绕组自感和AB相及AC相绕组间的互感。

步骤三，停止通电。改变非测试单元输入电流I₁和I₂的大小，然后重复一，二两个步骤，即可测试出电机转子处于不同位置时的A相绕组的自感和AB及AC相绕组间的互感。

多单元永磁同步电机电磁固定原理：

在一个单元通入直流电流，一个单元通入交流电流时，系统的运动方程如下式

$T_{\mathrm{iDC}}+T_{\mathrm{iAC}}=J\frac{d^2{\mathrm{\θ}}_r}{{\mathrm{dt}}^2}+D\frac{{\mathrm{d\θ}}_r}{\mathrm{dt}}$

T_iDC为通入直流电流对系统产生的定位力矩，T_iAC为通入交流电流对系统产生的脉振力矩。

J为转动部分的转动惯量，D为摩擦及风阻阻力矩系数。

根据电机产生转矩的原理

T_e＝C_TΦ₀Isinθ_r

其中，C_T为转矩系数，Φ₀为永磁体产生的磁通最大值

则可将T_iDC表示为位置角θ_r的函数，T_iAC表示为位置角θ_r与时间t的函数，系统运动方程可化简为

$C_T{\mathrm{\Φ}}_0{i}_{\mathrm{DC}}\sin {\mathrm{\θ}}_r+C_T{\mathrm{\Φ}}_0{i}_{\mathrm{AC}\left(t\right)}\sin {\mathrm{\θ}}_r=J\frac{d^2{\mathrm{\θ}}_r}{{\mathrm{dt}}^2}+D\frac{{\mathrm{d\θ}}_r}{\mathrm{dt}}$

按照步骤一中的单元电机电气连接方法，非测试单元产生用于固定电机转子的电磁力矩是由I₁和I₂共同作用产生的，其作用可表示为合成电流矢量与永磁体作用的形式。合成电流矢量I_DC的示意图由图3所示。

此时，系统运动方程是一个常系数非齐次线性微分方程，通过求解，这个方程表示的系统运动方程的稳定性条件为

$\left|I_{\mathrm{DC}}\right|>i_{\mathrm{AC}}{(1+\frac{J^2{\mathrm{\ω}}^2}{{4D}^2})}^{\frac{1}{2}}$

其中ω为交流电流角频率。

则只要满足系统运动方程的稳定性条件，电机的转子就可看做是固定在某一位置的。

永磁同步电机绕组自感及互感在本发明测试方法下的计算：

只有一个单元工作时，多单元永磁同步电机绕组的电压方程可写成如下矩阵形式：

$u=r\·i+\frac{\mathrm{d\ψ}}{\mathrm{dt}}---\left(1\right)$

其中，u＝[u_1Au_1Bu_1Cu_2Au_2B…u_nC]，i＝[i_1Ai_1Bi_1Ci_2Ai_2B…i_nC]，ψ＝L·i，

$L=\left[\begin{array}{ccccccc}{L}_{1A1A}& L_{1A1B}& L_{1A1C}& L_{1A2A}& L_{1A2B}& ...& L_{1\mathrm{AnC}}\\ L_{1B1A}& L_{1B1B}& L_{1B1C}& L_{1B2A}& L_{1B2B}& ...& L_{1\mathrm{BnC}}\\ L_{1C1A}& L_{1C1B}& L_{1C1C}& L_{1C2A}& L_{1C2B}& ...& L_{1\mathrm{CnC}}\\ L_{2A1A}& L_{2A1B}& L_{2A1C}& L_{2A2A}& L_{2A2B}& ...& L_{2\mathrm{AnC}}\\ L_{2B1A}& L_{2B1B}& L_{2B1C}& L_{2B2A}& L_{2B2B}& ...& L_{2\mathrm{BnC}}\\ .& .& .& .& .& & .\\ .& .& .& .& .& & .\\ .& .& .& .& .& & .\\ L_{\mathrm{nC}1A}& L_{\mathrm{nC}1B}& L_{\mathrm{nC}1C}& L_{\mathrm{nC}2A}& L_{\mathrm{nC}2B}& ...& L_{\mathrm{nCnC}}\end{array}\right]$

则第j个绕组的电压方程为

$u_j=r_j\·i_j+\frac{{\mathrm{d\ψ}}_j}{\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

其中， ${\mathrm{\ψ}}_j=L_{1j}{i}_1+L_{2j}{i}_2+L_{\mathrm{jj}}{i}_j+L_{\mathrm{nj}}{i}_n=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{\mathrm{kj}}{i}_k,$ L_jj为第j个绕组的自感，L_kj第k个绕组与第j个绕组的互感。

实际上，绕组的自感和互感都是转子位置角θ_r的函数，因此公式(2)又可以写成如下形式：

$u_j=r_j\·i_j+\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(\frac{{\mathrm{dL}}_{\mathrm{kj}}}{{\mathrm{d\θ}}_r}\·\frac{{\mathrm{d\θ}}_r}{\mathrm{dt}}+L_{\mathrm{kj}}\frac{{\mathrm{di}}_k}{\mathrm{dt}})---\left(3\right)$

利用静测法测定绕组电感参数时，固定电机转子不动，此时则公式(3)可简化为

$u_j=r_j\·i_j+\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{\mathrm{kj}}\frac{{\mathrm{di}}_k}{\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

此时，在第j个绕组中通入正弦交流电流i_j，而其他绕组均开路。则第j个绕组和第k个绕组的电压方程可写为

$u_j=r_j\·i_j+L_{\mathrm{jj}}\frac{{\mathrm{di}}_j}{\mathrm{dt}}$

$u_k=L_{\mathrm{kj}}\frac{{\mathrm{di}}_j}{\mathrm{dt}}$

将上式写成复数形式

U_j＝r_j·I_j+jωL_jjI_j

U_k＝jωL_kjI_j

其中，U_j，U_k，I_j均为相应电压和电流的有效值，ω为正弦交流电流的角频率。

则当电机转子固定在某一个转子位置角θ_r时，第j个绕组的自感为

$L_{\mathrm{jj}}=\frac{1}{\mathrm{\ω}}\sqrt{{\left(\frac{U_j}{I_j}\right)}^2-r_j^2}$

实际测量中，通过测量绕组铜损P和电流I_j，可求得绕组的电阻如下

$r_j=\frac{P}{I_j^2}$

则第j个绕组的自感可表示为

$L_{\mathrm{jj}}=\frac{1}{\mathrm{\ω}}\sqrt{{\left(\frac{U_j}{I_j}\right)}^2-{\left(\frac{P}{I_j^2}\right)}^2}$

第j个绕组与第k个绕组的互感为

$L_{\mathrm{kj}}=\frac{1}{\mathrm{\ω}}\frac{U_k}{I_j}$

按照上述公式，在第j个绕组中通入正弦交流电流i_j，而其他绕组均开路的情况下，测量出第j个绕组的电流，第j个绕组的电压，第j个绕组的功率以及第k个绕组的电压即可计算出第j个绕组的自感与第k个绕组与第j个绕组的互感。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种永磁同步电机绕组自感和绕组间互感的测试方法，其特征在于，

步骤一：在非测试单元的电机单元AB相绕组间，加入直流电源输入1，所述直流电源输入1用于提供电流为I₁的恒定直流电流，同时，在非测试单元的电机单元AC相绕组间，加入直流电源输入2，所述直流电源输入2用于提供电流为I₂的恒定直流电流，以产生使转子固定的电磁力矩；

步骤二，将要测试的电机单元的A相引出线接到变频器的单相输出端，给电机A相通预定频率的交流电，通过调压器调节电压为额定电压，记录当前时刻的测试数据，所述测试数据包括电机单元的A、B、C三相绕组的端电压、A相电流及A相功率；根据所述测试数据计算多相多单元永磁同步电机处于所加电流I₁和I₂所固定这一位置的A相绕组自感和AB相及AC相绕组间的互感；

步骤三，停止通电，改变非测试单元输入电流I₁和I₂的大小，然后重复步骤一、步骤二两个步骤，从而测试出电机转子处于不同位置时的A相绕组的自感和AB及AC相绕组间的互感。