CN111537882A - 一种能量循环的永磁同步电机能效检测系统及应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能量循环的永磁同步电机能效检测系统及应用方法，检测系统主要由负载、控制器、能效检测电路、储能电池、开关、待测的永磁同步电机、驱动器等组成，通过对比两个等容量储能电池的荷电状态，按照预设的算法功能和应用逻辑，控制开关元件的导通和关闭，灵活调节能量流向，支持内部反馈、外部反馈等多种模式。本发明通过对永磁同步电机能效检测系统的输入及输出能量的控制，实现了能量的循环利用，达到了节能减排的效果。

Description

一种能量循环的永磁同步电机能效检测系统及应用方法
技术领域
本发明涉及电机控制及电力电子技术领域，尤其涉及一种能量循环的永磁同步电机能效检测系统及应用方法。
背景技术
永磁同步电机具有结构简单、功率密度大、可靠性高等优点，在航空航天、交通运输、医疗器械、仪器仪表、工业自动化等诸多领域得到了广泛的应用。作为重要的性能参数，永磁同步电机的能效指标十分关键，国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会联合发布的《GB 30253永磁同步电动机能效限定值及能效等级》对此做了明确规范和强制要求。能效指标已成为永磁同步电机产品研发、性能检测、质量监督等环节的重要因素。
永磁同步电机的能效检测系统一般由待测电机、负载、能效检测电路等组成。待测电机将电能转换为机械能，加载在负载上，最终转化为其他形式的能量输出或消纳。负载环节目前通常采用电子负载，以发电机的形式将机械能转化为电能，通过调节励磁、电压、电流等方式，控制电磁转矩及电磁功率，实现电动机机械负荷的调节及控制。电子负载输出的电能一般就地消耗，直接由功率器件转化为热能。现有方案存在如下不足：首先，需要配置大功率电阻等元件来消纳电能，增加了系统复杂性和运维成本；其次，需要设计专门的散热环节，例如加装散热片、风扇等冷却设备，增加了设计和运维难度；此外，电能没有回收再利用，造成了能源浪费，不利于节能减排。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能量循环的永磁同步电机能效检测系统及应用方法，使其具有能源利用率高、运维成本低、系统复杂度低的优点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种能量循环的永磁同步电机能效检测应用方法，包括如下步骤：
步骤1，通过人机界面或PC软件设置试验参数及能量循环方式，其中试验参数包括储能电池的充电门槛SOCmax、放电门槛SOCmin，能量循环方式包括内部循环、外部循环；
步骤2，获取储能电池I、II的荷电状态SOC，确定充电电池、放电电池，具体为选取荷电状态SOC高的为放电电池，荷电状态SOC低的为充电电池；
步骤3，判断放电电池是否符合放电条件，放电条件如下：
SOCdischarge＞SOCmin
其中，SOCdischarge为放电电池的荷电状态；若满足放电条件则经DC/AC环节给电机驱动器供电；否则，切开放电电池，直接从电网获取电能；
步骤4，如果能量循环方式为外部反馈，则负载产生的电能直接通过AC/DC、DC/AC环节，反馈至电网，进行步骤6；如果为内部反馈，则将负载输出的电能通过AC/DC环节存储至充电电池，进行步骤5；
步骤5，判断充电电池是否符合充电条件；充电条件如下：
SOCcharge＜SOCmax
其中，SOCcharge为充电电池的荷电状态SOC，若不符合，将该电池转为放电电池，将放电电池转为充电电池；
步骤6，检测永磁同步电机的输入、输出功率，分析并记录电机能效；
步骤7，重复步骤3，直至检测结束。
进一步的，一种能量循环的永磁同步电机能效检测系统包含：待测的永磁同步电机、驱动器、负载、控制器、能效检测电路、储能电池、开关，所述的永磁同步电机和驱动器相连接，一端连接能效检测电路，一端与开关S1、开关S7分别连接；负载和控制器相连接，一端连接能效检测电路，一端与AC/DC模块相连接；开关S1与电网相连接，开关S2分别与电网及DC/AC模块相连接，开关S3分别与DC/AC模块、储能电池I相连接、开关S4与储能电池I相连接，开关S5与储能电池II相连接，开关S6与分别与AC/DC模块、储能电池II相连接，开关S7与DC/AC模块相连接；所述的两个储能电池容量相等、特性类似，所述的能量循环方式、储能电池的充放电模式等均由开关S1～S7的导通/关闭状态来控制。
本发明的有益效果为：提供一种能量循环的永磁同步电机能效检测系统及应用方法，一方面，无需配置大功率电阻等电能消纳器件以及与之配套的散热措施，降低了系统运维成本和复杂度；另一方面，通过对输入、输出能量的控制，实现了能量的循环利用，提高了能源利用率，达到了节能减排的效果。
附图说明
图1为能量循环的永磁同步电机能效检测应用方法逻辑图。
图2为能量循环的永磁同步电机能效检测系统框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，本发明的应用方法，包括以下步骤，
步骤1，通过人机界面或PC软件设置试验参数及能量循环方式，其中试验参数包括储能电池的充电门槛SOCmax、放电门槛SOCmin，能量循环方式包括内部循环、外部循环；
步骤2，获取储能电池I、II的荷电状态SOC，确定充电电池、放电电池，具体为选取荷电状态SOC高的为放电电池，荷电状态SOC低的为充电电池；
步骤3，判断放电电池是否符合放电条件，放电条件如下：
SOCdischarge＞SOCmin
其中，SOCdischarge为放电电池的荷电状态；若满足放电条件则经DC/AC环节给电机驱动器供电；否则，切开放电电池，直接从电网获取电能；
步骤4，如果能量循环方式为外部反馈，则负载产生的电能直接通过AC/DC、DC/AC环节，反馈至电网，进行步骤6；如果为内部反馈，则将负载输出的电能通过AC/DC环节存储至充电电池，进行步骤5；
步骤5，判断充电电池是否符合充电条件；充电条件如下：
SOCcharge＜SOCmax
其中，SOCcharge为充电电池的荷电状态SOC，若不符合，将该电池转为放电电池，将放电电池转为充电电池；
步骤6，检测永磁同步电机的输入、输出功率，分析并记录电机能效；
步骤7，重复步骤3，直至检测结束。
进一步的，一种能量循环的永磁同步电机能效检测系统包含待测的永磁同步电机、驱动器、负载、控制器、能效检测电路、储能电池、开关，其中所述的两个储能电池容量相等、特性类似，以实现充放电的灵活切换，所述的能量循环方式、储能电池的充放电模式等均由开关S1～S7的导通/关闭状态来控制。
其中步骤1为参数初始化，步骤2-5为能量循环控制，步骤6为电机能效检测，步骤7为检测结束或继续迭代。
步骤1，通过人机界面或PC软件设置试验参数及能量循环方式；
试验参数包括储能电池的放电门槛、充电门槛，能量循环方式包括外部反馈、内部反馈；其中，外部反馈将负载产生的电能直接回馈至电网；内部反馈将负载产生的电能储存至电池；
步骤2，获取储能电池I、II的荷电状态SOC，选取荷电状态SOC高的为放电电池，核电状态SOC低的为充电电池；
本发明所述的能效检测系统配置了两个等容量、特性类似的储能电池；使用时，一个用作放电，一个用作充电，通过开关S3～S6进行控制；例如，若储能电池I用于放电，则S3导通、S4关闭；若其用作充电，则S3关闭、S4导通；若储能电池II用作放电，则S5导通、S6关闭；若用作充电，则S5关闭、S6导通；
步骤3，根据式1判断放电电池的是否符合放电条件；满足则经DC/AC环节给电机驱动器供电；否则，切开放电电池，直接从电网获取电能；
若储能电池I用作放电，则当放电条件满足时，S3、S7导通，S1关闭，直接给电动机供电；当条件不满足时，则S3、S7关闭，S1导通，由电网给电动机供电；
若储能电池II用作放电，则当放电条件满足时，S5、S7导通，S1关闭，直接给电动机供电；当条件不满足时，则S5、S7关闭，S1导通，由电网给电动机供电；
步骤4，如果能量循环方式为外部反馈，则负载产生的电能直接通过AC/DC、DC/AC环节，反馈至电网(一般为区域综合能源系统的微电网)，转到步骤6；如果为内部反馈，则将负载输出的电能通过AC/DC环节存储至充电电池，转到步骤5；
采用外部反馈方式时，则S2导通，S4、S6关闭，负载输出电能直接反馈电网；采用内部反馈方式时，若充电电池为电池I，则S4导通，S2、S6关闭，能量储存至电池；若充电电池为电池II，则S6导通，S2、S4关闭；
步骤5，根据式2，判断充电电池是否符合充电条件；若不符合，将该电池转为放电电池，将放电电池转为充电电池；
由于能量传输的损耗，放电速度一定大于充电速度；当充电电池达到SOC上限值时，放电电池必然已处于SOC下限值；此时，对换电池的用途，充电的转为放电，放电的转为充电，使得系统继续运行；
步骤6，检测永磁同步电机的输入、输出功率，计算并记录电机能效；
步骤7，重复步骤3，直至检测结束。
优选的，试验参数包括储能电池的充电门槛SOCmax、放电门槛SOCmin，能量循环方式包括内部循环、外部循环。
优选的，确定充、放电电池的方法为：选取SOC高的为放电电池，SOC低的为充电电池。
优选的，放电条件如下：
SOCdischarge＞SOCmin
其中，SOCdischarge为放电电池的SOC。
优选的，充电条件如下：
SOCcharge＜SOCmax
其中，SOCcharge为充电电池的SOC。
如图2，本发明的电动机能效检测系统由待测的永磁同步电机、驱动器、负载、控制器、能效检测电路、储能电池、开关等部件组成。所述的永磁同步电机和驱动器相连接，一端连接能效检测电路，一端与开关S1、开关S7分别连接；负载和控制器相连接，一端连接能效检测电路，一端与AC/DC模块相连接；开关S1与电网相连接，开关S2分别与电网及DC/AC模块相连接，开关S3分别与DC/AC模块、储能电池I相连接、开关S4与储能电池I相连接，开关S5与储能电池II相连接，开关S6与分别与AC/DC模块、储能电池II相连接，开关S7与DC/AC模块相连接；所述的两个储能电池容量相等、特性类似，所述的能量循环方式、储能电池的充放电模式等均由开关S1～S7的导通/关闭状态来控制。其中，储能电池配置了2个，其容量相等、特性类似，用于能量的存储与释放；开关配置了7个，用于控制输入、输出能量的流向和路径，具体说明如下：S1用于控制电网给待测电机控制器供能，S2控制负载输出能力回馈电网，S3控制储能电池I放电，S4控制储能电池I充电，S5控制储能电池II放电，S6控制储能电池II充电，S7控制储能电池给待测电机控制器供能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种能量循环的永磁同步电机能效检测应用方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，通过人机界面或PC软件设置试验参数及能量循环方式，其中试验参数包括储能电池的充电门槛SOCmax、放电门槛SOCmin，能量循环方式包括内部循环、外部循环；
步骤2，获取储能电池I、II的荷电状态SOC，确定充电电池、放电电池，具体为选取荷电状态SOC高的为放电电池，荷电状态SOC低的为充电电池；
步骤3，判断放电电池是否符合放电条件，放电条件如下：
SOCdischarge＞SOCmin
其中，SOCdischarge为放电电池的荷电状态；若满足放电条件则经DC/AC环节给电机驱动器供电；否则，切开放电电池，直接从电网获取电能；
步骤4，如果能量循环方式为外部反馈，则负载产生的电能直接通过AC/DC、DC/AC环节，反馈至电网，进行步骤6；如果为内部反馈，则将负载输出的电能通过AC/DC环节存储至充电电池，进行步骤5；
步骤5，判断充电电池是否符合充电条件；充电条件如下：
SOCcharge＜SOCmax
其中，SOCcharge为充电电池的荷电状态SOC，若不符合，将该电池转为放电电池，将放电电池转为充电电池；
步骤6，检测永磁同步电机的输入、输出功率，分析并记录电机能效；
步骤7，重复步骤3，直至检测结束。
2.一种能量循环的永磁同步电机能效检测系统，其特征在于，该系统包含：待测的永磁同步电机、驱动器、负载、控制器、能效检测电路、储能电池、开关，所述的永磁同步电机和驱动器相连接，一端连接能效检测电路，一端与开关S1、开关S7分别连接；负载和控制器相连接，一端连接能效检测电路，一端与AC/DC模块相连接；开关S1与电网相连接，开关S2分别与电网及DC/AC模块相连接，开关S3分别与DC/AC模块、储能电池I相连接、开关S4与储能电池I相连接，开关S5与储能电池II相连接，开关S6与分别与AC/DC模块、储能电池II相连接，开关S7与DC/AC模块相连接；所述的两个储能电池容量相等、特性类似，所述的能量循环方式、储能电池的充放电模式等均由开关S1～S7的导通/关闭状态来控制。
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