CN104897971A - 一种开关磁阻电机全域非线性电感测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电感测试技术领域，具体涉及一种开关磁阻电机全域非线性电感测试装置及测试方法；提供一种可以结合点击饱和特性和电感非线性，精确测量电机饱和、电感，减小电机性能评价误差的一种开关磁阻电机全域非线性电感测试装置及测试方法；包括测试平台（1）、被测开关磁阻电机（2）、直流电压源（3）、计算机（4）、电流传感器（5）、电压传感器（6）、步进电机（7）、步进电机控制器（8）及联动机构（9），其中测试平台（1）上设有被测开关磁阻电机（2）、直流电压源（3）、步进电机（7）及步进电机控制器（8）。

Description

一种开关磁阻电机全域非线性电感测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于电感测试技术领域，具体涉及一种开关磁阻电机全域非线性电感测试装置及测试方法。

背景技术

开关磁阻电机由于存在结构简单、控制方便、可靠性能高、成本低等优点，现已得到各行各业的重视和认可。而开关磁阻电机是一种高磁饱和工作的电机，其参数为非线性。特别是电机的电感参数，电机的电感不仅与电机转子位置有关，同时与电机绕组电流有关。传统采用的LCR表测量电机电感，忽略了电机饱和特性和电感的非线性，给电机性能评价造成了巨大误差。为此开关磁阻电机饱和电感的测量，对电机本体设计与优化，电机调速系统的整体性能显得至关重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种可以结合点击饱和特性和电感非线性，精确测量电机饱和、电感，减小电机性能评价误差的一种开关磁阻电机全域非线性电感测试装置及测试方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种开关磁阻电机全域非线性电感测试装置，包括测试平台、被测开关磁阻电机、直流电压源、计算机、电流传感器、电压传感器、步进电机、步进电机控制器及联动机构，其中测试平台上设有被测开关磁阻电机、直流电压源、步进电机及步进电机控制器，直流电源和被测开关磁阻电机之间通过两条导线连接，一条导线上设有电流传感器，另一条导线上设有开关，电流传感器和被测开关磁阻电机之间的导线上接有根导线，开关和被测开关磁阻电机之间的导线上接有另一根导线，两根导线接到电压传感器上，在电压传感器上伸出连根导线与计算机连接，电流传感器通过导线与计算机连接；所述被测开关磁阻电机通过联动机构与步进电机相连，步进电机通过导线与步进电机控制器相连。

一种开关磁阻电机全域非线性电感测试方法，包括以下步骤：

步骤一、步进电机控制器控制步进电机以固定的小角度带动开关磁阻电机转子，测量时，使开关磁阻电机转子可以固定在一个角度θ₀，直流电压源输出直流恒定电压U，U的幅值为1.2*I_n*R，I_n为电机额定电流，R为电机绕组电阻，同时使得I_m=1.2*I_n；

根据电机绕组电压方程可知：

可以解得电流函数：

步骤二，通过给定电机绕组一个阶越电压U，通过电流传感器采集绕组电流变化，采样时间为ΔT，所以电流等式可以表示为：

$I_1=\frac{U}{R}+(I_0-\frac{U}{R})e^{-\frac{R}{L}\mathrm{\ΔT}}$

其中：其中：U为电压源输出的直流电压，R为电机绕组电阻，L为此刻的电机电感，ΔT为采样时间。由此可以看出上述方程中只有电机电感L为未知量，利用计算机可以计算出电流I₀+I₁/2此刻的电机电感L数值。

步骤三，ΔT₁时间段，电流的初始值为I₁，结束值为I₂，所以电流等式可以表示为：

$I_2=\frac{U}{R}+(I_1-\frac{U}{R})e^{-\frac{R}{L}\mathrm{\ΔT}}$

利用计算机可以计算出电流I₁+I₂/2此刻的电机电感L数值；

步骤四，控制步进电机旋转一个微小固定角度θ，步进电机转子带动开关磁阻电机转子旋转一个微小固定角度θ，该位置为θ₀+θ，通过上述的操作过程和测试过程，测试该位置的输入电机绕组的电流响应，利用上述电感计算公式计算θ₀+θ位置的不同电流饱和程度的电机电感值；

步骤五，重复步骤一到步骤四测量电感变化一个周期内每个位置的电机饱和电感。

本发明的有益效果是：

1.本装置结构简单，操作方便，测试精度高；

2.本测试方法可结合点击饱和特性和电感非线性，精确测量电机饱和、电感，减小电机性能评价误差。

附图说明

图1是一种开关磁阻电机全域非线性电感测试装置示意图；

图2是开关磁阻电机绕组电压阶越的电流响应波形；

图3是有计算机绘制出的电机非线性电感曲线族。

图中：1.测试平台、2.被测开关磁阻电机、3.直流电压源、4.计算机、5.电流传感器、6.电压传感器、7.步进电机、8.步进电机控制器、9.联动机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的一种进行介绍：

如图1所示，一种开关磁阻电机全域非线性电感测试装置，包括测试平台1、被测开关磁阻电机2、直流电压源3、计算机4、电流传感器5、电压传感器6、步进电机7、步进电机控制器8及联动机构9，其中测试平台1上设有被测开关磁阻电机2、直流电压源3、步进电机7及步进电机控制器8，直流电源3和被测开关磁阻电机2之间通过两条导线连接，一条导线上设有电流传感器5，另一条导线上设有开关，电流传感器5和被测开关磁阻电机2之间的导线上接有1根导线，开关和被测开关磁阻电机2之间的导线上接有另一根导线，两根导线接到电压传感器6上，在电压传感器6上伸出连根导线与计算机4连接，电流传感器5通过导线与计算机4连接；所述被测开关磁阻电机2通过联动机构9与步进电机相连7，步进电机7通过导线与步进电机控制器8相连。

一种开关磁阻电机全域非线性电感测试方法，包括以下步骤：

步骤一、步进电机控制器8控制步进电机以固定的小角度带动开关磁阻电机转子，测量时，使开关磁阻电机转子可以固定在一个角度θ₀，直流电压源输出直流恒定电压U，U的幅值为1.2*I_n*R，I_n为电机额定电流，R为电机绕组电阻，同时使得I_m=1.2*I_n；

根据电机绕组电压方程可知：

可以解得电流函数：

步骤二，通过给定电机绕组一个阶越电压U，通过电流传感器采集绕组电流变化，采样时间为ΔT，所以电流等式可以表示为：

$I_1=\frac{U}{R}+(I_0-\frac{U}{R})e^{-\frac{R}{L}\mathrm{\ΔT}}$

其中：其中：U为电压源输出的直流电压，R为电机绕组电阻，L为此刻的电机电感，ΔT为采样时间。由此可以看出上述方程中只有电机电感L为未知量，利用计算机可以计算出电流I₀+I₁/2此刻的电机电感L数值。

步骤三，ΔT₁时间段，电流的初始值为I₁，结束值为I₂，所以电流等式可以表示为：

$I_2=\frac{U}{R}+(I_1-\frac{U}{R})e^{-\frac{R}{L}\mathrm{\ΔT}}$

利用计算机可以计算出电流I₁+I₂/2此刻的电机电感L数值；

步骤四，控制步进电机旋转一个微小固定角度θ，步进电机转子带动开关磁阻电机转子旋转一个微小固定角度θ，该位置为θ₀+θ，通过上述的操作过程和测试过程，测试该位置的输入电机绕组的电流响应，利用上述电感计算公式计算θ₀+θ位置的不同电流饱和程度的电机电感值；

步骤五，重复步骤一到步骤四测量电感变化一个周期内每个位置的电机饱和电感。

本发明使用了步进电机控制7带动被测开关磁阻电机转子旋转，步进电机控制器可以控制步进电机以固定的小角度带动开关磁阻电机转子。同时可以使开关磁阻电机转子可以固定在连续的不同角度，再对开关磁阻电机非线性电感进行测量。

本发明采用一个直流电压源3，该电压源输出直流恒定电压，通过给定电机绕组一个阶越电压U，通过电流传感器采集绕组电流变化。利用计算机进行电流采集，采集ΔT时间内绕组电流初始值和终止值，利用电感计算公式，计算出该ΔT时间内的绕组电感，该电感可以认定为该ΔT时间内绕组电流初始值的电感。通过计算机绘制电感与电机转子位置以及绕组电流的曲线族，如图3所示。

Claims (2)

1.一种开关磁阻电机全域非线性电感测试装置，其特征在于：包括测试平台（1）、被测开关磁阻电机（2）、直流电压源（3）、计算机（4）、电流传感器（5）、电压传感器（6）、步进电机（7）、步进电机控制器（8）及联动机构（9），其中测试平台（1）上设有被测开关磁阻电机（2）、直流电压源（3）、步进电机（7）及步进电机控制器（8），直流电源（3）和被测开关磁阻电机（2）之间通过两条导线连接，一条导线上设有电流传感器（5），另一条导线上设有开关，电流传感器（5）和被测开关磁阻电机（2）之间的导线上接有1根导线，开关和被测开关磁阻电机（2）之间的导线上接有另一根导线，两根导线接到电压传感器（6）上，在电压传感器（6）上伸出连根导线与计算机（4）连接，电流传感器（5）通过导线与计算机（4）连接；所述被测开关磁阻电机（2）通过联动机构（9）与步进电机相连（7），步进电机（7）通过导线与步进电机控制器（8）相连。

2.一种开关磁阻电机全域非线性电感测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、步进电机控制器（8）控制步进电机以固定的小角度带动开关磁阻电机转子，测量时，使开关磁阻电机转子可以固定在一个角度θ₀，直流电压源输出直流恒定电压U，U的幅值为1.2*I_n*R，I_n为电机额定电流，R为电机绕组电阻，同时使得I_m=1.2*I_n；

根据电机绕组电压方程可知：

可以解得电流函数：

步骤二，通过给定电机绕组一个阶越电压U，通过电流传感器采集绕组电流变化，采样时间为ΔT，所以电流等式可以表示为：

$I_1=\frac{U}{R}+(I_0-\frac{U}{R})e^{-\frac{R}{L}\mathrm{\ΔT}}$

其中：其中：U为电压源输出的直流电压，R为电机绕组电阻，L为此刻的电机电感，ΔT为采样时间。由此可以看出上述方程中只有电机电感L为未知量，利用计算机可以计算出电流（I₀+I₁）/2此刻的电机电感L数值。

步骤三，ΔT₁时间段，电流的初始值为I₁，结束值为I₂，所以电流等式可以表示为：

$I_2=\frac{U}{R}+(I_1-\frac{U}{R})e^{-\frac{R}{L}\mathrm{\ΔT}}$

利用计算机可以计算出电流（I₁+I₂）/2此刻的电机电感L数值；

步骤四，控制步进电机旋转一个微小固定角度θ，步进电机转子带动开关磁阻电机转子旋转一个微小固定角度θ，该位置为θ₀+θ，通过上述的操作过程和测试过程，测试该位置的输入电机绕组的电流响应，利用上述电感计算公式计算θ₀+θ位置的不同电流饱和程度的电机电感值；

步骤五，重复步骤一到步骤四测量电感变化一个周期内每个位置的电机饱和电感。