[發(fā)明專利]一種永磁同步電機無角度傳感器效率測試系統(tǒng)及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210095650.X
• 申請日: 2012-04-01
• 公開（公告）號: CN102645632A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發(fā)明（設計）人: 紀歷;徐龍祥
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01R31/34
• 分類號: G01R31/34;G05B19/04
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 彭英

技術領域

本發(fā)明屬于一種電機效率測試系統(tǒng)，適用于永磁同步電機的效率測試。

背景技術

目前，電機效率及損耗的測試方法國際上并不統(tǒng)一。比較權威的有美國的IEEE112標準、國際電工委員會的IEC34標準及日本JEC標準。這些方法都需要對電機進行負載試驗，因此要求測試系統(tǒng)擁有加載設備。傳統(tǒng)的加載方案有：能耗制動法；直流電機負載法；變頻發(fā)電機組回饋法等。其中能耗制動法是最為常用的方法，機械制動器、渦流制動器以及磁粉制動器都屬于能耗制動法。此類設備用于高速電機時必須安裝機械減速裝置，對于中大功率的永磁電機還需要強制冷卻裝置且測試時浪費能源。直流電機負載法是將校正過的直流電機作為被測電機的負載。這種方法同樣需要減速裝置才能用于高速電機，且直流電機與被測電機中心高度不同，對軸不便，同樣測量時浪費能源。變頻發(fā)電機組回饋法由4臺電機組成一個雙向的發(fā)電機組，既可以作為三相電源使用，也可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機組，作為負載機使用，把負載電機發(fā)出的電回饋電網(wǎng)，節(jié)約了能源，該方法在電機行業(yè)使用比較廣泛。該方法與前兩種方法比較，具有節(jié)能的優(yōu)點，但是節(jié)能的效率較低，由4臺電機組成的機組，本身的效率很難達到50%以上（4臺電機發(fā)熱損耗等），仍然有一半左右的能源浪費掉了。因此該方法只是負載調(diào)節(jié)方便了，而節(jié)電的效果不很理想。

專利ZL200720095313.5提出了一種電子內(nèi)回饋變頻電源用于電機效率測試。其思想是兩臺相同型號的電機對拖，其中一臺作被測電機，一臺作陪試電機。該電子內(nèi)回饋變頻電源通過某種控制方法使被測電機工作在電動機狀態(tài)，陪試電機工作在發(fā)電機狀態(tài)，并將陪試電機發(fā)出的電能回饋到直流母線。這種方法調(diào)節(jié)負載方便，節(jié)約能源且對電網(wǎng)沒有污染。但是該方法用于永磁同步電機效率測試時，必須要用到角度傳感器才能完成對被測電機和陪試電機的控制。這增加了系統(tǒng)的成本。此外，對于一些高速永磁同步電機，沒有合適的角度傳感器。這些都限制了這種方法的應用。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種精確、節(jié)能。對電網(wǎng)無污染且無需角度傳感器的永磁同步電機的效率測試系統(tǒng)及其控制方法。

技術方案：為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術方案：一種永磁同步電機無角度傳感器效率測試系統(tǒng)，包括控制模塊、功率分析儀、整流模塊、直流母線排、主逆變模塊、輔逆變模塊、陪試電機、轉矩儀、和被測電機，其中：所述整流模塊，通過整流器將三相交流電轉變成直流電，并輸入到直流母線排；所述直流母線排，將直流電分別輸送到主逆變模塊和輔逆變模塊；所述主逆變模塊和輔逆變模塊，將直流電轉成交流電后分別輸送到被測電機和陪試電機；所述陪試電機和被測電機通過轉矩儀連接；所述功率分析儀用于采集被測電機輸出功率；所述控制模塊，收集轉矩儀采集的信號，并控制主逆變模塊和輔逆變模塊，從而使被測電機能同步跟蹤陪試電機的輸出負載轉矩和電流，保持穩(wěn)定運行。

作為優(yōu)選，所述主逆變模塊和輔逆變模塊均采用三相全橋式逆變器。

作為優(yōu)選，所述主逆變模塊與被測電機之間還設有濾波器。

本發(fā)明解決的另個問題是提供一種上述永磁同步電機無角度傳感器效率測試系統(tǒng)的控制方法，它包括以下步驟：（1）初始位置調(diào)整，定義被測電機直軸為d1、交軸為q1；陪試電機直軸為d2、交軸為q2；主逆變器和輔逆變器均給定一個與定子A軸方向相同且大小恒定的電流矢量，使得d1軸與d2軸分別對齊被測電機與陪試電機的定子A軸；并設立假定旋轉坐標系，定義被測電機的轉矩軸為δ1、勵磁軸為γ1；陪試電機的轉矩軸為δ2、勵磁軸為γ2，并假定旋轉坐標系不是同步旋轉坐標系，它是定向于已知的轉子估計位置，并且可以按照確定的控制規(guī)律自行調(diào)整的坐標系；（2）啟動電機，在控制模塊中先通過開環(huán)控制算法啟動被測電機至一定的轉速；該過程中僅對陪試電機的δ2，γ2軸進行電流閉環(huán)控制，并將δ2、γ2軸電流的參考值都設置為零，從而使得該過程陪試電機不輸出負載轉矩；（3）效率測試，對陪試電機進行轉矩、電流雙閉環(huán)控制，該過程γ2軸電流參考值設置為零，而δ2軸電流根據(jù)轉矩儀反饋值與給定陪試電機的負載轉矩間的誤差來調(diào)節(jié)；而被測電機進行轉速和電流雙閉環(huán)控制，該過程中被測電機δ1軸與q1軸對齊，且被測電機的輸出轉矩根據(jù)給定轉速與實際轉速的誤差進行調(diào)整。此時通過功率分析儀得出被測電機輸入功率，以及由轉矩儀得到的輸出功率，從而得到被測電機在任何可調(diào)轉速和負載下的效率。