CN203275603U - 电机耐久性测试系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电机耐久性测试系统，包括：——待测电机，为三相交流永磁同步电机，其三相绕组连接在一起。——环境舱，舱内的温度可调，用于放置待测电机。——冷却机组，用于为待测电机的绕组散热。——测功机，为交流测功机，用于拖动待测电机旋转。—变频器，将固定频率的交流电转变为频率可调的交流电后作为测功机的工作电源；当测功机作为电动机工作时，该工作电源的频率用来调节测功机的转轴的转速。—联轴器，将待测电机的转轴与测功机的转轴相连接，保证两根轴的转速一致。本申请具有结构简单、成本低廉、稳定性高、易于安装维护的特点。

Description

电机耐久性测试系统

技术领域

本申请涉及一种对新能源汽车（混合动力汽车、纯电动汽车等）的电机进行耐久性测试的系统。

背景技术

驱动电机是新能源汽车的核心部件，通常采用三相交流电机，优选为永磁同步电机。电机的使用寿命和可靠性直接关系着整车的寿命和安全，因此在新能源汽车的驱动电机开发过程中，对其进行耐久性测试是必不可少的。电机的耐久性测试是基于电机在实际路况中的运行状况，进行等效强化实验，来加速电机的老化。所述等效强化实验包括电机在高温环境运行的耐久性实验、电机在高低温环境交替循环运行的耐久性实验等。在所述等效强化实验结束后评估电机的整体性能，判断电机是否还能正常使用。

请参阅图1，这是现有的一种电机耐久性测试系统，包括：

——待测电机10，为三相交流电机。

——环境舱11，舱内温度可调，待测电机10就放置在环境舱11内。

——安装支架12（可选），用于固定待测电机10。

——冷却机组13，用于为待测电机10的绕组散热，例如采用水冷技术。

——转矩传感器15，设置在待测电机10的转轴上，用于测量待测电机10的转轴的转矩并显示和/或记录。

——电机控制器19，将直流电逆变为交流电后作为待测电机10的工作电源，还控制着待测电机10的转轴的输出转矩。

——测功机20，为交流测功机。其本质是在三相交流电机的基础上增加了测力计和测速发电机。

——联轴器30，将待测电机10的转轴与测功机20的转轴相连接，保证两根轴的转速一致。

——测功机控制器29，将直流电逆变为交流电后作为测功机20的工作电源，还控制着测功机20的转轴的输出转速。

——整流单元31，用于将交流电变换为直流电。然后一路为测功机控制器29供电，另一路传递给直流电池模拟器32。

——直流电池模拟器32，用于将固定值的直流电压、电流变换为在一定范围内可调的直流电压、电流，并为电机控制器19供电。所述电机耐久性测试系统在测试不同型号的待测电机10时，这些待测电机10的电压等级可能相差很大，因此需要有该直流电池模拟器32，以便适应不同电压等级的待测电机10的供电需求。

图1所示的电机耐久性测试系统的工作原理为：测功机控制器29对测功机20采用转速控制模式，驱动测功机20的转轴输出恒定的转速。由于测功机20的转轴与待测电机10的转轴通过联轴器30相连接，因而待测电机10的转轴也被带动着维持恒定的转速。电机控制器19对待测电机10采用转矩控制模式，通过调整待测电机10的三相电流来改变待测电机10的输出转矩，而待测电机10的三相电流大小又直接影响其绕组温度，三相电流越大，绕组温度越高。当环境舱11调整为预设的环境温度，且待测电机10的绕组温度也达到预设值时，即可进行待测电机10的耐久性测试。

在测试过程中，提升或降低待测电机10的绕组温度有如下技术手段或其结合：

第一种，通过电机控制器19改变输出给待测电机10的三相电流来改变待测电机10的绕组温度。

第二种，通过开启或关闭冷却机组13、调整冷却液的流量、调整冷却液的温度或其任意组合来改变待测电机10的绕组温度。

所述待测电机10和测功机20均有两种工作模式：电动机、发动机。且其中一个工作于电动机模式消耗电能，则另一个就工作于发电机模式产生电能；反之亦然。因此，整个电机耐久性测试系统中的电能可以循环利用。补充的电能可由整流单元31从交流端得到。所述整流单元31是可再生的，即包含逆变电路。如需输出电能，也可由该可再生的整流单元31向交流端输出。

上述电机耐久性测试系统的结构复杂，因而出故障概率较大、稳定性差、需要频繁地进行修理和维护。这使得其造价和维护保养费用高昂，且不能满足时间进度的需求。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低廉的电机耐久性测试系统。为此，本申请还要提供相应的测试方法。

为解决上述技术问题，本申请电机耐久性测试系统包括：

——待测电机，为三相交流永磁同步电机，其三相绕组短接在一起；

——环境舱，舱内的温度可调，用于放置待测电机；

——冷却机组，采用冷却液为待测电机的绕组散热；

——测功机，为交流测功机；

——变频器，将固定频率的交流电转变为频率可调的交流电后作为测功机的工作电源，该工作电源的频率用来调节测功机的转轴的转速；

——联轴器，将待测电机的转轴与测功机的转轴相连接，保证两根轴的转速一致。

进一步地，所述电机耐久性测试系统还包括：

——三相电感，在待测电机的三相绕组上串联一个三相可调电感。

进一步地，所述待测电机为三相短路的发电机，所述测功机为电动机。

进一步地，待测电机的转轴的转速越大，其三相电流或铁耗就越大，绕组温度就越高；反之亦然。

进一步地，冷却机组中的冷却液温度越高，绕组温度越高；反之亦然。

进一步地，冷却机组中的冷却液流量越低，绕组温度越高；反之亦然。

进一步地，所述三相可调电感的电感值越大，三相绕组的短路电流就越小，绕组温度就越低；反之亦然。

本申请电机耐久性测试系统的结构简单、成本低廉、稳定性高、易于安装维护。对应的测试方法调节便捷、易于实现。

附图说明

图1是现有的电机耐久性测试系统的结构示意图；

图2是本申请电机耐久性测试系统的第一实施例的结构示意图；

图3是本申请电机耐久性测试系统的第二实施例的结构示意图。

图中附图标记说明：

10为待测电机；11为环境舱；12为安装支架；13为冷却机组；15为扭矩传感器；16为三相电感；19为电机控制器；20为测功机；21为变频器；30为联轴器；31为整流单元；32为直流电池模拟器。

具体实施方式

请参阅图2，本申请电机耐久性测试系统的第一实施例包括：

——待测电机10，为三相交流永磁同步电机。所述待测电机10的三相绕组短接在一起，呈现三相全部短路状态。通常在待测电机10内部都集成有用于测量绕组温度的温度传感器。

——环境舱11，舱内的温度可以调节。待测电机10就放置在环境舱11内。

——安装支架12（可选），用于固定待测电机10。

——冷却机组13，用于为待测电机10的绕组散热，例如采用水冷技术，冷却液不限定为水。冷却液的温度和流速均可由冷却机组13进行调节。

——测功机20，为交流测功机。

——变频器21，将固定频率的交流电转变为频率可调的交流电后作为测功机20的工作电源。该工作电源的频率用来调节测功机20的转轴的转速。

——联轴器30，将待测电机10的转轴与测功机20的转轴相连接，保证两根轴的转速一致。

图2所示的电机耐久性测试系统的工作原理为：首先，变频器21对测功机20采用转速控制模式，驱动测功机20的转轴输出恒定的转速。由于测功机20的转轴与待测电机10的转轴通过联轴器30相连接，因而待测电机10的转轴也被带动着维持恒定的转速。然后，当待测电机10的三相绕组连接在一起呈短路状态时，其定子的三相绕组将产生非常大的感应电流。此时待测电机10的感应电动势与三相电流的相角呈90度，输出功率接近于零，因此输出转矩也相当小且无法调节，电能几乎全部转化为热能，促使待测电机10的绕组温度迅速上升。只要待测电机10的转轴的转速恒定，那么其三相绕组的短路电流就不变，也无法调节。此时只有通过冷却机组13调节冷却液的温度和/或流量来控制待测电机10的绕组温度。在待测电机10的转轴的转速、冷却液温度、和冷却液流量都一定的情况下运行一段时间后，待测电机10的绕组温度会达到平衡趋于一个稳定值。当环境舱11调整为预设的环境温度，且待测电机10的绕组温度也达到预设值时，即可进行待测电机10的耐久性测试。

其中，环境舱11的温度调节，冷却机组13的开启时间以及对冷却液的温度和流量的调节可以放在任意步骤。一般情况下，先调节环境舱11a的温度，并开启冷却机组13以防止待测电机10a的绕组温度过高，是较为常见的。

本申请中，待测电机10始终工作于三相绕组连接在一起的发电机模式。由于三相绕组短路，其并未对外输出电能，而是将电能几乎全部转换为热能，因此称之为短路模式。相对应地，测功机20就始终工作于电动机模式。

在测试过程中，待测电机10的绕组温度与如下因素有关联：

第一，冷却液的流量和温度一定时，待测电机10的转轴的转速越大，其三相电流就越大，绕组温度就越高；但当待测电机10的转轴的转速上升到某一个值以后继续上升，其三相电流将趋于一个恒定值，而此时待测电机10的铁耗（iron loss）就越大，绕组温度就越高；反之亦然。

第二，待测电机10的转轴的转速一定时，冷却液温度越高，绕组温度越高；反之亦然。冷却液流量越低，绕组温度越高；反之亦然。

请参阅图3，这是本申请电机耐久性测试系统的第二实施例。其仅在图2所示的第一实施例的基础上在待测电机10的三相绕组上串联一个三相可调电感16，相当于在待测电机10的三相绕组上各串联一个可调电感。

该第二实施例的工作原理与第一实施例完全一样。所增加了三相电感16只是提供了另一种调节待测电机10的绕组温度的手段。其实现原理为：通过调整三相电感16的电感值，即可改变待测电机10的三相电流，从而改变其绕组温度。串联的三相电感16越大，三相绕组的短路电流就越小，绕组温度就越低；反之亦然。

与现有的三相交流电测试系统相比，本申请具有如下特点：

其一，由于不需要对待测电机10的输出转矩进行控制，因而省略了电机控制器19和转矩传感器15，整套测试系统的结构更为简单，投入成本更低。现有的电机耐久性测试系统中，电机控制器19对待测电机10通过输出电流的方式进行转矩控制，其中涉及到多个物理量之间的变换，因而结构复杂，故障率高。本申请的电机耐久性测试系统中，待测电机10的三相绕组短路，由测功机20带动转轴转动而产生短路电流，这种控制方式的运行状态单一，无需外部供电，转矩很小也无需调节，因而故障率极低，稳定性好。

其二，电机耐久性测试的关键环节是要让待测电机10的绕组温度达到预设值。现有的电机耐久性测试系统中，待测电机10在输出转矩（机械能）的同时产生热能。而本申请的电机耐久性测试系统中，将待测电机10的三相绕组连接在一起而形成三相全部短路状态。这样待测电机10输出功率极小，而短路电流却极大，电能几乎全部转换为热能，因而绕组温度上升很快。

其三，增加了三相电感16作为调节待测电机10的绕组温度的新手段。

其四，对测功机20和变频器21的性能要求较低，可以采用普通高速变频电机及通用变频器。现有的电机耐久性测试系统中，电机控制器19对待测电机10采用转矩控制。而需要实现待测电机10的输出转矩在较大范围内的精确控制，就必然要求测功机20具有较大的转矩承受范围。在转轴的转速一定的情况下，测功机20的转矩越大，功率也就越大。因此，要求测功机20的各项性能参数，如功率、转速、转矩等都必须完全覆盖待测电机10的同类参数才能正常测试。本申请的电机耐久性测试系统中，只需由变频器21改变交流电频率即可调节测功机20的转速，因而极大地降低了设备要求。

以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电机耐久性测试系统，其特征是，包括：

——待测电机，为三相交流永磁同步电机，其三相绕组短接在一起；

——环境舱，舱内的温度可调，用于放置待测电机；

——冷却机组，采用冷却液为待测电机的绕组散热；

——测功机，为交流测功机；

——变频器，将固定频率的交流电转变为频率可调的交流电后作为测功机的工作电源；当测功机作为电动机工作时，该工作电源的频率用来调节测功机的转轴的转速；

——联轴器，将待测电机的转轴与测功机的转轴相连接，保证两根轴的转速一致。

2.根据权利要求1所述的电机耐久性测试系统，其特征是，还包括：

——三相电感，在待测电机的三相绕组上串联一个三相可调电感。

3.根据权利要求1或2所述的电机耐久性测试系统，其特征是，所述待测电机为三相短路的发电机，所述测功机为电动机。

4.根据权利要求1或2所述的电机耐久性测试系统，其特征是，待测电机的转轴的转速越大，其三相电流或铁耗就越大，绕组温度就越高；反之亦然。

5.根据权利要求1或2所述的电机耐久性测试系统，其特征是，冷却机组中的冷却液温度越高，绕组温度越高；反之亦然。

6.根据权利要求1或2所述的电机耐久性测试系统，其特征是，冷却机组中的冷却液流量越低，绕组温度越高；反之亦然。

7.根据权利要求2所述的电机耐久性测试系统，其特征是，所述三相可调电感的电感值越大，三相绕组的短路电流就越小，绕组温度就越低；反之亦然。

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