CN110412466A - 测量高转速永磁电动机运转参数的结构和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量高转速永磁电动机运转参数的结构和方法，结构包括包括被测电机和被拖电机；被测电机连接输入电源；被拖电机连接负载电阻；第一定子和第二定子同轴且安装于机座内；第一转子和第二转子同轴且通过转轴单轴连接安装；第一定子与第一转子所配合的轴向中心位置和第二定子与第二转子所配合的轴向中心位置一致；被测电机的输入端和被拖电机的输出端均安装有功率表。测量方法为读取功率表读数计算相关参数。本发明测试费用更低，方式方法更通用，可以获得更高的测量精度，操作更简单。
Description
技术领域
本发明涉及电动机参数测量技术，具体涉及一种测量高转速永磁电动机运转参数的结构和方法。
背景技术
现有技术中采用的测试电动机效率的方法，一般是用磁滞测功机、磁粉测功机、伺服电机等作为负载装置，以电动机的转轴输出力矩驱动负载力矩，使负载装置旋转，测定负载的阻抗力矩和转速，计算出负载功率即电动机的输出功率，从而计算出电动机的效率值。
在电动机与负载装置之间通常以联轴器、扭矩传感器联接，并从扭矩传感器上读取电机的转速、扭矩等数据，从而计算出电动机的输出功率、铁耗、风摩损耗及负载损耗。
以上电机效率测试方法需要使用联轴器、扭矩传感器等硬件设施，受限于联轴器、扭矩传感器的机械强度，可测的电机转速范围受到限制，通常最高转速仅能达到2万转每分钟；此外，受限于扭矩传感器的精度，力矩的测试精度和测量范围受到一定影响，即使高精度的扭矩传感器并配置软件精密算法优化，所得的数据也会与真实的结果存在较大偏差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种测量高转速永磁电动机运转参数的结构和方法。
本发明所采用的技术方案如下：
一种测量高转速永磁电动机运转参数的结构，包括被测电机和被拖电机；所述被测电机包括第一定子和第一转子；所述被拖电机包括第二定子和第二转子；所述被测电机连接输入电源；所述被拖电机连接负载电阻；所述第一定子和所述第二定子同轴且均安装于机座内；所述第一转子和第二转子同轴且均通过转轴单轴连接安装；所述第一定子与所述第一转子所配合的轴向中心位置和所述第二定子与所述第二转子所配合的轴向中心位置一致；所述被测电机的输入端和所述被拖电机的输出端均安装有功率表。
其进一步的技术方案为：所述功率表包括第一功率表、第二功率表和第三功率表；所述负载电阻包括第一滑动变阻器、第二滑动变阻器和第三滑动变阻器；所述第一功率表的定圈两端分别连接所述第一滑动变阻器的第一端和所述被拖电机的第一输出相；所述第一功率表的动圈两端分别连接所述被拖电机的第一输出相和第二输出相；所述第二功率表的定圈两端分别连接所述第一滑动变阻器的第二端和所述被拖电机的第二输出相；所述第二功率表的动圈两端分别连接所述被拖电机的第二输出相和第三输出相；所述第一滑动变阻器的第二端连接所述第三滑动变阻器的第一端；所述第三滑动变阻器的第二端连接所述被拖电机的第三输出相；所述第二滑动变阻器的两端分别连接所述被拖电机的第一输出相和第三输出相；所述第三功率表的定圈两端分别连接输入电源的第一输出端和所述被测电机的第一输入端；所述第三功率表的动圈两端分别连接输入电源的第一输出端和输入电源的第二输出端。
其进一步的技术方案为：所述第一定子和所述第二定子的同心度为0～0.1mm；所述第一转子和所述第二转子的同心度为0～0.1mm。
其进一步的技术方案为：所述被测电机和所述被拖电机采用星形或者三角形的连接方式电气连接。
其进一步的技术方案为：所述被测电机和所述被拖电机为两个结构相同且镜像安装的电机。
其进一步的技术方案为：所述被测电机和所述被拖电机为转子或定子侧装备有永磁体的电机。
一种基于如上任何一项所述的测量高转速永磁电动机运转参数的结构的测量方法，电动机运转参数包括负载总损耗，测量负载总损耗的方法为：
以所述被拖电机作为发电机，以所述被测电机作为电动机，所述被拖电机连接负载电阻，测量所述被测电机的输入功率P1；
以所述被拖电机作为发电机，以所述被测电机作为电动机，所述被拖电机连接负载电阻，测量所述被拖电机的输出功率PL；
负载总损耗为：∑P＝(P1-PL)/2。
一种基于如上任何一项所述的测量高转速永磁电动机运转参数的结构的测量方法，电动机运转参数包括空载铁损，测量空载铁损的方法为：
以所述被拖电机作为发电机，以所述被测电机作为电动机，所述被拖电机的输出端开路，测量所述被测电机的输入功率P0；
以所述被拖电机作为发电机，以所述被测电机作为电动机，拆除所述被拖电机的所述第二定子，测量所述被测电机的输入功率P0′；
空载铁损为：Pfe＝P0-P0′。
一种基于如上任何一项所述的测量高转速永磁电动机运转参数的结构的测量方法，电动机运转参数包括风摩损耗，测量风摩损耗的方法为：
以所述被拖电机作为发电机，以所述被测电机作为电动机，所述被拖电机的输出端开路，测量所述被测电机的输入功率P0；
以所述被拖电机作为发电机，以所述被测电机作为电动机，拆除所述被拖电机的所述第二定子，测量所述被测电机的输入功率P0′；
空载铁损为：Pfe＝P0-P0′；
风摩损耗为：Pbf＝(P0′-Pfe)/2＝P0/2-Pfe。
一种基于如上任何一项所述的测量高转速永磁电动机运转参数的结构的测量方法，电动机运转参数包括电机效率，电机效率的测量方法为：
以所述被拖电机作为发电机，以所述被测电机作为电动机，所述被拖电机连接负载电阻，测量所述被测电机的输入功率P1；
以所述被拖电机作为发电机，以所述被测电机作为电动机，所述被拖电机连接负载电阻，测量所述被拖电机的输出功率PL；
以所述被拖电机作为发电机，以所述被测电机作为电动机，测量所述被测电机的输出功率或所述被拖电机的输入功率，所述被测电机的输出功率和所述被拖电机的输入功率相等，均为P2；
电机效率为：η＝P2/P1＝(P1+PL)/(2*P1)。
本发明的有益效果如下：
1.本发明所述的测量结构中，被测电机和被拖电机共用一根转轴，省去了现有技术的测功系统中所需的联轴器，从而消除了因联轴器机械强度和抗离心力作用而发生断裂的风险；
2.由于本发明所述的测量结构无需扭矩传感器，从而转速范围可以达到每分钟15万转以上；
3.由于本发明所述的测量结构无需扭矩传感器，测试费用更低，方式方法更通用；
4由于本发明所述的测量结构无需磁滞测功机、磁粉测功机、伺服电机等阻抗力矩装置，不用进行繁琐的力矩标定；
5.本发明以无源电气元件为负载，可以获得更高的测量精度；
6.本发明中的被测电机和被拖电机结构相同且镜像安装，可以任意调换被测电机与发电机的运转模式，互换工作方式，操作更简单。
7.本发明中所述的测量方法同样可用于低转速电机的测试，同样无需扭矩传感器、联轴器等复杂精密的元件或装置。
附图说明
图1为本发明的测量结构示意图。
图2为本发明的机电能量转换原理图。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
图1为本发明的测量结构示意图。如图1所示，测量高转速永磁电动机运转参数的结构包括被测电机101和被拖电机102。被测电机101和被拖电机102是转子或定子侧装备有永磁体的电机，可以是永磁有刷直流电机、永磁无刷直流电机、永磁同步电机等等。
其中被测电机101和被拖电机102为两个结构相同且镜像安装的电机，在本文所涉及的实施例中，被测电机101以电动机方式工作，被拖电机102以发电机方式工作。同样的，也可以使被测电机101以发电机的方式工作，被拖电机102以电动机的方式工作，只要改变负载和功率表的连接方式即可，操作简单。
被测电机101包括第一定子3和第一转子5。被拖电机102包括第二定子4和第二转子6。
被测电机101和被拖电机102通过转轴1单轴连接安装、同轴镜像配置。
具体的有：
第一定子3和第二定子4均安装于机座2内。机座2可拆分或组合为一个整体。第一定子3和第二定子4同轴。第一定子3和第二定子4的同心度为0～0.1mm。在本文中，同心度定义为两个圆的中心误差。第一定子3和第二定子4的同心度为0～0.1mm时，电机效率测试准确度最高。
第一转子5和第二转子6安装于转轴1之上。转轴1可拆分或组合为一个整体。第一转子5和第二转子6同轴。第一转子5和第二转子6的同心度为0～0.1mm。第一转子5和第二转子6的同心度为0～0.01mm时，电机效率测试准确度高。
第一定子3与第一转子5所配合的轴向中心位置和第二定子4与第二转子6所配合的的轴向中心位置保持一致。
被测电机101连接输入电源。具体的，被测电机101的第一定子3的输入端连接输入电源。被拖电机102连接负载电阻，具体的，被拖电机102有三相输出端。负载电阻包括第一滑动变阻器10、第二滑动变阻器11和第三滑动变阻器12。如图1所示，测量高转速永磁电动机运转参数的结构还包括第一功率表7、第二功率表8和第三功率表9。由公知常识可知，功率表包括定圈和动圈，通过定圈的电流就是被测电路的电流，动圈支路两端的电压就是被测电路两端的电压。
第一功率表7的定圈两端分别连接第一滑动变阻器10的第一端和被拖电机102的第一输出相。第一功率表7的动圈两端分别连接被拖电机102的第一输出相和第二输出相。第二功率表8的定圈两端分别连接第一滑动变阻器10的第二端和被拖电机102的第二输出相。第二功率表8的动圈两端分别连接被拖电机102的第二输出相和第三输出相。第一滑动变阻器10的第二端连接第三滑动变阻器12的第一端。第三滑动变阻器12的第二端连接被拖电机102的第三输出相。第二滑动变阻器11的两端分别连接被拖电机102的第一输出相和第三输出相。第一滑动变阻器10的滑动端连接第一滑动变阻器10的第一端。第二滑动变阻器11的滑动端连接第二滑动变阻器11的第一端。第三滑动变阻器12的滑动端连接第三滑动变阻器12的第一端。第三功率表9的定圈两端分别连接输入电源的第一输出端和被测电机101的第一输入端。第三功率表9的动圈两端分别连接输入电源的第一输出端和输入电源的第二端。
本发明还公开了测量高转速永磁电动机运转参数的方法。电机运转参数包括负载总损耗、空载铁损、风摩损耗和/或电机效率。
图2为本发明的机电能量转换原理图。结合图1、图2所示有：
当电动机运转参数为负载总损耗时，测量负载总损耗的方法为：
以被测电机101为电动机，以被拖电机102作为发电机，被拖电机102连接负载电阻，测量被测电机101的输入功率P1。基于以上测量结构，调整三个滑动变阻器的阻值，使三个滑动变阻器的阻值不为零，被测电机101的输入功率P1由连接于被测电机101的第一定子3输入端的第三功率表9的读数测量。
以被测电机101为电动机，以被拖电机102作为发电机，被拖电机102连接负载电阻，测量被拖电机102的输出功率PL。基于以上测量结构，调整三个滑动变阻器的阻值，使三个滑动变阻器的阻值不为零，被拖电机102的输出功率PL由连接于被拖电机102的输出端的第一功率表7和第二功率表8读数相加计算所得。
负载总损耗为：∑P＝(P1-PL)/2。
当电动机运转参数为空载铁损，测量空载铁损的方法为：
以被测电机101为电动机，以被拖电机102作为发电机，被拖电机102的输出端开路，测量被测电机101的输入功率。基于以上测量结构，拆掉三个滑动变阻器，使得被拖电机102的输出端开路，被测电机101的输入功率P0由连接于被测电机101的第一定子3输入端的第三功率表9的读数测量。
以被测电机101为电动机，以被拖电机102作为发电机，拆除被拖电机102的第二定子4后，测量被测电机101的输入功率P0′。基于以上测量结构，被测电机101的输入功率P0′由连接于被测电机101的第一定子3输入端的第三功率表9的读数测量。
空载铁损为：Pfe＝P0-P0′。
当电动机运转参数为风摩损耗时，测量风摩损耗的方法为：
以被测电机101为电动机，以被拖电机102作为发电机，被拖电机102的输出端开路，测量被测电机101的输入功率。基于以上测量结构，拆掉三个滑动变阻器，使得被拖电机102的输出端开路，被测电机101的输入功率P0由连接于被测电机101的第一定子3输入端的第三功率表9的读数测量。
以被测电机101为电动机，以被拖电机102作为发电机，拆除被拖电机102的第二定子4后，测量被测电机101的输入功率P0′。基于以上测量结构，被测电机101的输入功率P0′由连接于被测电机101的第一定子3输入端的第三功率表9的读数测量。
空载铁损为：Pfe＝P0-P0′。
风摩损耗为：Pbf＝(P0′-Pfe)/2＝P0/2-Pfe。
当电动机运转参数为电机效率，电机效率的测量方法为：
以被测电机101为电动机，以被拖电机102作为发电机，被拖电机102连接负载电阻，测量被测电机101的输入功率P1。基于以上测量结构，调整三个滑动变阻器的阻值，使三个滑动变阻器的阻值不为零，被测电机101的输入功率P1由连接于被测电机101的第一定子3输入端的第三功率表9的读数测量。
以被测电机101为电动机，以被拖电机102作为发电机，被拖电机102连接负载电阻，测量被拖电机102的输出功率PL。基于以上测量结构，调整三个滑动变阻器的阻值，使三个滑动变阻器的阻值不为零，被拖电机102的输出功率PL由连接于被拖电机102的输出端的第一功率表7和第二功率表8读数相加计算所得。
以被拖电机102作为发电机，以被测电机101作为电动机，被拖电机102连接负载电阻，测量被测电机101的输出功率或被拖电机102的输入功率，被测电机101的输出功率和被拖电机102的输入功率相等，均为P2，
电机效率为：η＝P2/P1＝(P1+PL)/(2*P1)。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。
Claims (10)
1.一种测量高转速永磁电动机运转参数的结构，其特征在于：包括被测电机(101)和被拖电机(102)；所述被测电机(101)包括第一定子(3)和第一转子(5)；所述被拖电机(102)包括第二定子(4)和第二转子(6)；所述被测电机(101)连接输入电源；所述被拖电机(102)连接负载电阻；所述第一定子(3)和所述第二定子(4)同轴且均安装于机座(2)内；所述第一转子(5)和第二转子(6)同轴且均通过转轴(1)单轴连接安装；所述第一定子(3)与所述第一转子(5)所配合的轴向中心位置和所述第二定子(4)与所述第二转子(6)所配合的轴向中心位置一致；所述被测电机(101)的输入端和所述被拖电机(102)的输出端均安装有功率表。
2.如权利要求1所述的测量高转速永磁电动机运转参数的结构，其特征在于：所述功率表包括第一功率表(7)、第二功率表(8)和第三功率表(9)；所述负载电阻包括第一滑动变阻器(10)、第二滑动变阻器(11)和第三滑动变阻器(12)；所述第一功率表(7)的定圈两端分别连接所述第一滑动变阻器(10)的第一端和所述被拖电机(102)的第一输出相；所述第一功率表(7)的动圈两端分别连接所述被拖电机(102)的第一输出相和第二输出相；所述第二功率表(8)的定圈两端分别连接所述第一滑动变阻器(10)的第二端和所述被拖电机(102)的第二输出相；所述第二功率表(8)的动圈两端分别连接所述被拖电机(102)的第二输出相和第三输出相；所述第一滑动变阻器(10)的第二端连接所述第三滑动变阻器(12)的第一端；所述第三滑动变阻器(12)的第二端连接所述被拖电机(102)的第三输出相；所述第二滑动变阻器(11)的两端分别连接所述被拖电机(102)的第一输出相和第三输出相；所述第三功率表(9)的定圈两端分别连接输入电源的第一输出端和所述被测电机(101)的第一输入端；所述第三功率表(9)的动圈两端分别连接输入电源的第一输出端和输入电源的第二输出端。
3.根据权利要求1所述的测量高转速永磁电动机运转参数的结构，其特征在于：所述第一定子(3)和所述第二定子(4)的同心度为0～0.1mm；所述第一转子(5)和所述第二转子(6)的同心度为0～0.1mm。
4.根据权利要求1所述的测量高转速永磁电动机运转参数的结构，其特征在于：所述被测电机(101)和所述被拖电机(102)均采用星形或者三角形的连接方式电气连接。
5.根据权利要求1所述的测量高转速永磁电动机运转参数的结构，其特征在于：所述被测电机(101)和所述被拖电机(102)为两个结构相同且镜像安装的电机。
6.根据权利要求1所述的测量高转速永磁电动机运转参数的结构，其特征在于：所述被测电机(101)和所述被拖电机(102)为转子或定子侧装备有永磁体的电机。
7.一种基于权利要求1～6任何一项所述的测量高转速永磁电动机运转参数的结构的测量方法，其特征在于，电动机运转参数包括负载总损耗，测量负载总损耗的方法为：
以所述被拖电机(102)作为发电机，以所述被测电机(101)作为电动机，所述被拖电机(102)连接负载电阻，测量所述被测电机(101)的输入功率P1；
以所述被拖电机(102)作为发电机，以所述被测电机(101)作为电动机，所述被拖电机(102)连接负载电阻，测量所述被拖电机(102)的输出功率PL；
负载总损耗为：∑P＝(P1-PL)/2。
8.一种基于权利要求1～6任何一项所述的测量高转速永磁电动机运转参数的结构的测量方法，其特征在于，电动机运转参数包括空载铁损，测量空载铁损的方法为：
以所述被拖电机(102)作为发电机，以所述被测电机(101)作为电动机，所述被拖电机(102)的输出端开路，测量所述被测电机(101)的输入功率P0；
以所述被拖电机(102)作为发电机，以所述被测电机(101)作为电动机，拆除所述被拖电机(102)的所述第二定子(4)，测量所述被测电机(101)的输入功率P0′；
空载铁损为：Pfe＝P0-P0′。
9.一种基于权利要求1～6任何一项所述的测量高转速永磁电动机运转参数的结构的测量方法，其特征在于，电动机运转参数包括风摩损耗，测量风摩损耗的方法为：
以所述被拖电机(102)作为发电机，以所述被测电机(101)作为电动机，所述被拖电机(102)的输出端开路，测量所述被测电机(101)的输入功率P0；
以所述被拖电机(102)作为发电机，以所述被测电机(101)作为电动机，拆除所述被拖电机(102)的所述第二定子(4)，测量所述被测电机(101)的输入功率P0′；
空载铁损为：Pfe＝P0-P0′；
风摩损耗为：Pbf＝(P0′-Pfe)/2＝P0/2-Pfe。
10.一种基于权利要求1～6任何一项所述的测量高转速永磁电动机运转参数的结构的测量方法，其特征在于，电动机运转参数包括电机效率，电机效率的测量方法为：
以所述被拖电机(102)作为发电机，以所述被测电机(101)作为电动机，所述被拖电机(102)连接负载电阻，测量所述被测电机(101)的输入功率P1；
以所述被拖电机(102)作为发电机，以所述被测电机(101)作为电动机，所述被拖电机(102)连接负载电阻，测量所述被拖电机(102)的输出功率PL；
以所述被拖电机(102)作为发电机，以所述被测电机(101)作为电动机，测量所述被测电机(101)的输出功率或所述被拖电机(102)的输入功率，所述被测电机(101)的输出功率和所述被拖电机(102)的输入功率相等，均为P2；
电机效率为：η＝P2/P1＝(P1+PL)/(2*P1)。
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