CN109581221B - 一种pwm激励源永磁电机效率的精确测试方法 - Google Patents

一种pwm激励源永磁电机效率的精确测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法，包括：当正弦波电源给永磁电机供电时：永磁电机接入预定负载，计算得到正弦波负载损耗；永磁电机未接预定负载，计算得到正弦波空载损耗；当PWM波电源给永磁电机供电时：永磁电机接入预定负载，计算得到PWM波负载损耗；永磁电机未接预定负载，计算得到PWM波空载损耗；根据正弦波负载损耗、PWM波负载损耗、正弦波空载损耗和PWM波空载损耗计算永磁电机在PWM波电源供电时的效率，作为PWM激励源永磁电机效率。本发明提取PWM波电源为电机供电下的谐波损耗，将该谐波损耗加到正弦波损耗中，能够精确计算PWM激励源永磁电机效率。

Description

一种PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法
技术领域
本发明涉及电机参数测量技术领域，尤其涉及一种PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法。
背景技术
随着电力电子技术的迅速发展，PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)供电电机被广泛使用在新能源汽车行业，对电机效率敏感的行业迫切，需要精准测试PWM供电电机效率，然而，由于PWM供电电机中的电压和电流谐波在电机中产生的附加铁耗和绕组附加损耗是导致PWM供电电机效率不准确的主要因素。
目前，通过采集电机输入输出侧功率对比计算效率或计算电机损耗法间接测区电机效率，相比于前者，后者的测试计算更加接近真实电机效率。
然而，在PWM供电电机中，计算电机损耗法间接测区电机效率往往由于没有考虑PWM供电电机中的电压和电流谐波在电机中产生的附加铁耗和绕组附加损耗，导致PWM供电电机效率的测量不准确。
因此，提供一种PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法，解决目前PWM供电电机效率的测量不准确的问题。
根据本发明的一个方面，提供一种PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法，包括：
当正弦波电源给永磁电机供电时：
永磁电机接入预定负载，检测永磁电机在预定转速下工作时的负载恒定机械损耗和正弦波负载输入功率，并根据负载恒定机械损耗和正弦波负载输入功率计算得到正弦波负载损耗；
永磁电机未接预定负载，检测永磁电机在预定转速下工作时的空载恒定机械损耗和正弦波空载输入功率，并根据空载恒定机械损耗和正弦波空载输入功率计算得到正弦波空载损耗；
当PWM波电源给永磁电机供电时：
永磁电机接入预定负载，检测永磁电机在预定转速下工作时的负载恒定机械损耗和PWM波负载输入功率，并根据负载恒定机械损耗和PWM波负载输入功率计算得到PWM波负载损耗；
永磁电机未接预定负载，检测永磁电机在预定转速下工作时的空载恒定机械损耗和PWM波空载输入功率，并根据空载恒定机械损耗和PWM波空载输入功率计算得到PWM波空载损耗；
根据正弦波负载损耗、PWM波负载损耗、正弦波空载损耗和PWM波空载损耗获取永磁电机在PWM波电源供电时的PWM波总损耗，
根据PWM波总损耗和PWM波负载输入功率计算永磁电机在PWM波电源供电时的效率，作为PWM激励源永磁电机效率。
进一步地，PWM波电源包括直流电源和永磁电机与直流电源之间通过电线连接的PWM波发生器。
进一步地，永磁电机在预定转速下工作时的负载恒定机械损耗通过以下方式获取：
永磁电机接入预定负载，利用假转子空载试验测量预定转速下的负载风摩损耗值和负载轴承摩擦损耗值；
根据负载风摩损耗值和负载轴承摩擦损耗值计算永磁电机在预定转速下工作时的负载恒定机械损耗。
进一步地，永磁电机在正弦波电源供电时预定转速下的空载恒定机械损耗通过以下方式获取：
永磁电机未接预定负载，利用假转子空载试验测量预定转速下的空载风摩损耗值和空载轴承摩擦损耗值；
根据空载风摩损耗值和空载轴承摩擦损耗值计算永磁电机在预定转速下工作时的空载恒定机械损耗。
进一步地，通过以下公式计算正弦波负载损耗：
Pch_load_sin＝PN-Pcon
其中，Pch_load_sin为正弦波负载损耗，PN为正弦波电源下测取正弦波负载输入功率，Pcon为、负载恒定机械损耗；
通过以下公式计算正弦波空载损耗：
Pch_sin＝P0-Pnoload-con
其中，Pch_sin为正弦波空载损耗，P0为正弦波电源下测取正弦波空载输入功率，Pnoload-con为空载恒定机械损耗；
通过以下公式计算PWM波负载损耗：
Pch_load_PWM＝P'N-Pcon
其中，Pch_load_PWM为PWM波负载损耗，P'N为PWM波电源下测取PWM波负载输入功率，Pcon为负载恒定机械损耗；
通过以下公式计算PWM波空载损耗：
Pch_PWM＝P'0-Pnoload-con
其中，Pch_PWM为PWM波空载损耗，P'0为PWM波电源下测取PWM波空载输入功率，Pnoload-con为空载恒定机械损耗。
进一步地，上述PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法，还包括：根据正弦波负载损耗和PWM波负载损耗获取负载谐波损耗，并根据正弦波空载损耗和PWM波空载损耗获取空载谐波损耗，并根据负载谐波损耗、空载谐波损耗和正弦波负载损耗获取永磁电机在PWM波电源供电时的PWM波总损耗。
进一步地，通过以下公式计算负载谐波损耗：
Pload_H_W＝Pch_load_PWM-Pch_load_sin
其中，Pload_H_W为负载谐波损耗，Pch_load_sin为正弦波负载损耗，Pch_load_PWM为PWM波负载损耗。
进一步地，通过以下公式计算空载谐波损耗：
PH_W_noload＝Pch_PWM-Pch_sin
其中，PH_W_noload空载谐波损耗，Pch_sin为正弦波空载损耗，Pch_PWM为PWM波空载损耗。进一步地，通过以下公式计算PWM波总损耗：
Pall＝Pload_H_W+PH_W_noload+Pch_load_sin
其中，Pall为PWM波电源下电机的PWM波总损耗，Pch_load_sin为正弦波负载损耗，Pload_H_W为负载谐波损耗，PH_W_noload空载谐波损耗。
进一步地，通过以下公式计算永磁电机在PWM波电源供电时的效率：
η＝1-Pall/P'N
其中，η为永磁电机的效率，Pall为PWM波总损耗，P'N为PWM波负载输入功率。
本发明与现有技术相比具有以下的优点：
1.本发明的PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法提取PWM波电源为电机供电下的谐波损耗，将该谐波损耗加到正弦波损耗中，使得PWM波总损耗更加准确地接近真实值，能够精确计算PWM激励源永磁电机效率。
2.本发明的PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法提取PWM波电源为电机供电下的谐波损耗，能够为电机CAE仿真试验的损耗添加谐波损耗提供依据，使得电机CAE仿真试验更加精准。
附图说明
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法步骤图；
图2为在正弦波电源供电下进行负载测试时，永磁电机与正弦波电源的连接结构示意图；
图3为在正弦波电源供电下进行空载测试时，永磁电机与正弦波电源的连接结构示意图；
图4为在PWM波电源供电下进行负载测试时，永磁电机与PWM波电源的连接结构示意图；
图5为在PWM波电源供电下进行空载测试时，永磁电机与PWM波电源的连接结构示意图，
在附图中，1-电机，2-正弦波电源，3-负载，4-PWM波发生器，5-直流电源。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
图1是本发明的PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法步骤图，参见图1，本发明提供的PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法，包括：
S110，当正弦波电源给永磁电机供电时：
S111，永磁电机接入预定负载，检测永磁电机在预定转速下工作时的负载恒定机械损耗和正弦波负载输入功率，并根据负载恒定机械损耗和正弦波负载输入功率计算得到正弦波负载损耗；
具体地，永磁电机接入预定负载，正弦波电源供电下测试电机温升；
电机温升测试完毕，对永磁电机在正弦波电源供电时预定转速下进行负载测试。
S112，永磁电机未接预定负载，检测永磁电机在预定转速下工作时的空载恒定机械损耗和正弦波空载输入功率，并根据空载恒定机械损耗和正弦波空载输入功率计算得到正弦波空载损耗；
具体地，永磁电机未接预定负载，正弦波电源供电下测试电机温升；
电机温升测试完毕，对永磁电机在正弦波电源供电时预定转速下进行空载测试。
S120，当PWM波电源给永磁电机供电时：
S121，永磁电机接入预定负载，检测永磁电机在预定转速下工作时的负载恒定机械损耗和PWM波负载输入功率，并根据负载恒定机械损耗和PWM波负载输入功率计算得到PWM波负载损耗；
具体地，永磁电机接入预定负载，PWM波电源供电下测试电机温升；
电机温升测试完毕，对永磁电机在PWM波电源供电时预定转速下进行负载测试。
其中，正弦波电源供电时与PWM波电源供电时进行负载测试的预定转速和预定负载相同。
S122，永磁电机未接预定负载，检测永磁电机在预定转速下工作时的空载恒定机械损耗和PWM波空载输入功率，并根据空载恒定机械损耗和PWM波空载输入功率计算得到PWM波空载损耗；
具体地，永磁电机未接预定负载，PWM波电源供电下测试电机温升；
电机温升测试完毕，对永磁电机在PWM波电源供电时预定转速下进行空载测试。
其中，正弦波电源供电时与PWM波电源供电时进行空载测试的预定转速相同，与正弦波电源供电时进行负载测试的预定转速和PWM波电源供电时进行负载测试的预定转速也相同。
S130，根据正弦波负载损耗、PWM波负载损耗、正弦波空载损耗和PWM波空载损耗获取永磁电机在PWM波电源供电时的PWM波总损耗，
S140，根据PWM波总损耗和PWM波负载输入功率计算永磁电机在PWM波电源供电时的效率，作为PWM激励源永磁电机效率。
在这里，步骤S110和步骤S120没有先后顺序，其中，步骤S110的子步骤S111和子步骤S112也没有先后顺序，同时，步骤S120的子步骤S121和子步骤S122也没有先后顺序。
本发明的PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法提取PWM波电源为电机供电下的谐波损耗，将该谐波损耗加到正弦波损耗中，使得PWM波总损耗更加准确地接近真实值，能够精确计算PWM激励源永磁电机效率。
本发明的PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法提取PWM波电源为电机供电下的谐波损耗，能够为电机CAE仿真试验的损耗添加谐波损耗提供依据，使得电机CAE仿真试验更加精准。
参见图2和图3，永磁电机在正弦波电源供电时，永磁电机与正弦波电源通过电线连接。
参见图4和图5，永磁电机在PWM波电源供电时，PWM波电源包括直流电源和永磁电机与直流电源之间通过电线连接的PWM波发生器，永磁电机与PWM波发生器通过电线连接，PWM波发生器与直流电源通过电线连接。
进一步地，永磁电机在预定转速下工作时的负载恒定机械损耗通过以下方式获取：
永磁电机接入预定负载，利用假转子空载试验测量预定转速下的负载风摩损耗值和负载轴承摩擦损耗值；
根据负载风摩损耗值和负载轴承摩擦损耗值计算永磁电机在预定转速下工作时的负载恒定机械损耗。
其中，假转子空载试验具体过程如下：永磁电机未接入负载和电源，在永磁电机的转轴上安装一个能够使永磁电机在预定转速下旋转的工具，该工具称为假转子。
进一步地，永磁电机在正弦波电源供电时预定转速下的正弦波空载损耗通过以下方式获取：
永磁电机未接预定负载，利用假转子空载试验测量预定转速下的空载风摩损耗值和空载轴承摩擦损耗值；
根据空载风摩损耗值和空载轴承摩擦损耗值计算永磁电机在预定转速下工作时的空载恒定机械损耗。
进一步地，通过以下公式计算正弦波负载损耗：
Pch_load_sin＝PN-Pcon
其中，Pch_load_sin为正弦波负载损耗，PN为正弦波电源下测取正弦波负载输入功率，Pcon为负载恒定机械损耗；
通过以下公式计算正弦波空载损耗：
Pch_sin＝P0-Pnoload-con
其中，Pch_sin为正弦波空载损耗，P0为正弦波电源下测取正弦波空载输入功率，Pnoload-con为空载恒定机械损耗；
通过以下公式计算PWM波负载损耗：
Pch_load_PWM＝P'N-Pcon
其中，Pch_load_PWM为PWM波负载损耗，P'N为PWM波电源下测取PWM波负载输入功率，Pcon为负载恒定机械损耗；
通过以下公式计算PWM波空载损耗：
Pch_PWM＝P'0-Pnoload-con
其中，Pch_PWM为PWM波空载损耗，P'0为PWM波电源下测取PWM波空载输入功率，Pnoload-con为空载恒定机械损耗。
进一步地，上述PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法，还包括：根据正弦波负载损耗和PWM波负载损耗获取负载谐波损耗，并根据正弦波空载损耗和PWM波空载损耗获取空载谐波损耗，并根据负载谐波损耗、空载谐波损耗和正弦波负载损耗获取永磁电机在PWM波电源供电时的PWM波总损耗。
进一步地，通过以下公式计算负载谐波损耗：
Pload_H_W＝Pch_load_PWM-Pch_load_sin
其中，Pload_H_W为负载谐波损耗，Pch_load_sin为正弦波负载损耗，Pch_load_PWM为PWM波负载损耗。
进一步地，通过以下公式计算空载谐波损耗：
PH_W_noload＝Pch_PWM-Pch_sin
其中，PH_W_noload空载谐波损耗，Pch_sin为正弦波空载损耗，Pch_PWM为PWM波空载损耗。进一步地，通过以下公式计算PWM波总损耗：
Pall＝Pload_H_W+PH_W_noload+Pch_load_sin
其中，Pall为PWM波电源下电机的PWM波总损耗，Pch_load_sin为正弦波负载损耗，Pload_H_W为负载谐波损耗，PH_W_noload空载谐波损耗。
进一步地，通过以下公式计算永磁电机在PWM波电源供电时的效率：
η＝1-Pall/P'N
其中，η为永磁电机的效率，Pall为PWM波总损耗，P'N为PWM波负载输入功率。
由于在PWM波电源作为激励源下，会产生谐波损耗，此损耗掺杂在绕组铜耗与铁耗中难以分离，将空载与负载总损耗中的非掺杂谐波损耗部分(即恒定损耗)分离，剩下的为掺杂谐波损耗的可变损耗，在同等测试条件下，正弦波的可变损耗与PWM波的可变损耗之差为谐波损耗，此损耗为PWM电源供电下特有，因此，在PWM电源供电下计算电机效率时，需加入谐波损耗部分，使得PWM激励源永磁电机的效率计算更加真实可靠。
对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法，其特征在于，包括：
当正弦波电源给永磁电机供电时：
永磁电机接入预定负载，检测永磁电机在预定转速下工作时的负载恒定机械损耗和正弦波负载输入功率，并根据负载恒定机械损耗和正弦波负载输入功率计算得到正弦波负载损耗；
永磁电机未接预定负载，检测永磁电机在预定转速下工作时的空载恒定机械损耗和正弦波空载输入功率，并根据空载恒定机械损耗和正弦波空载输入功率计算得到正弦波空载损耗；
当PWM波电源给永磁电机供电时：
永磁电机接入预定负载，检测永磁电机在预定转速下工作时的负载恒定机械损耗和PWM波负载输入功率，并根据负载恒定机械损耗和PWM波负载输入功率计算得到PWM波负载损耗；
永磁电机未接预定负载，检测永磁电机在预定转速下工作时的空载恒定机械损耗和PWM波空载输入功率，并根据空载恒定机械损耗和PWM波空载输入功率计算得到PWM波空载损耗；
根据正弦波负载损耗、PWM波负载损耗、正弦波空载损耗和PWM波空载损耗获取永磁电机在PWM波电源供电时的PWM波总损耗，
根据PWM波总损耗和PWM波负载输入功率计算永磁电机在PWM波电源供电时的效率，作为PWM激励源永磁电机效率；
通过以下公式计算正弦波负载损耗：
Pch_load_sin＝PN-Pcon
其中，Pch_load_sin为正弦波负载损耗，PN为正弦波电源下测取正弦波负载输入功率，Pcon为负载恒定机械损耗；
通过以下公式计算正弦波空载损耗：
Pch_sin＝P0-Pnoload-con
其中，Pch_sin为正弦波空载损耗，P0为正弦波电源下测取正弦波空载输入功率，Pnoload-con为空载恒定机械损耗；
通过以下公式计算PWM波负载损耗：
Pch_load_PWM＝P'N-Pcon
其中，Pch_load_PWM为PWM波负载损耗，P′N为PWM波电源下测取PWM波负载输入功率，Pcon为负载恒定机械损耗；
通过以下公式计算PWM波空载损耗：
Pch_PWM＝P′0-Pnoload-con
其中，Pch_PWM为PWM波空载损耗，P′0为PWM波电源下测取PWM波空载输入功率，Pnoload-con为空载恒定机械损耗
还包括：根据正弦波负载损耗和PWM波负载损耗获取负载谐波损耗，并根据正弦波空载损耗和PWM波空载损耗获取空载谐波损耗，并根据负载谐波损耗、空载谐波损耗和正弦波负载损耗获取永磁电机在PWM波电源供电时的PWM波总损耗；
通过以下公式计算负载谐波损耗：
Pload_H_W＝Pch_load_PWM-Pch_load_sin
其中，Pload_H_W为负载谐波损耗，Pch_load_sin为正弦波负载损耗，Pch_load_PWM为PWM波负载损耗。
2.根据权利要求1所述的PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法，其特征在于，PWM波电源包括直流电源和永磁电机与直流电源之间通过电线连接的PWM波发生器。
3.根据权利要求2所述的PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法，其特征在于，永磁电机在预定转速下工作时的负载恒定机械损耗通过以下方式获取：
永磁电机接入预定负载，利用假转子空载试验测量预定转速下的负载风摩损耗值和负载轴承摩擦损耗值；
根据负载风摩损耗值和负载轴承摩擦损耗值计算永磁电机在预定转速下工作时的负载恒定机械损耗。
4.根据权利要求3所述的PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法，其特征在于，永磁电机在正弦波电源供电时预定转速下的空载恒定机械损耗通过以下方式获取：
永磁电机未接预定负载，利用假转子空载试验测量预定转速下的空载风摩损耗值和空载轴承摩擦损耗值；
根据空载风摩损耗值和空载轴承摩擦损耗值计算永磁电机在预定转速下工作时的空载恒定机械损耗。
5.根据权利要求4所述的PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法，其特征在于，通过以下公式计算空载谐波损耗：
PH_W_noload＝Pch_PWM-Pch_sin
其中，PH_W_noload空载谐波损耗，Pch_sin为正弦波空载损耗，Pch_PWM为PWM波空载损耗。
6.根据权利要求5所述的PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法，其特征在于，通过以下公式计算PWM波总损耗：
Pall＝Pload_H_W+PH_W_noload+Pch_load_sin
其中，Pall为PWM波电源下电机的PWM波总损耗，Pch_load_sin为正弦波负载损耗，Pload_H_W为负载谐波损耗，PH_W_noload空载谐波损耗。
7.根据权利要求6所述的PWM激励源永磁电机效率的精确测试方法，其特征在于，通过以下公式计算永磁电机在PWM波电源供电时的效率：
η＝1-Pall/P′N
其中，η为永磁电机的效率，Pall为PWM波总损耗，P′N为PWM波负载输入功率。
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