交流電機(jī)的效率和損耗 Map 圖

測(cè)試臺(tái)pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
用于效率和損失 Map 圖的測(cè)試臺(tái)如下圖所示，測(cè)試臺(tái)包括以下主要部件。 被測(cè)電機(jī) (MUT)： 是一臺(tái)內(nèi)部永磁電機(jī) (IPM)pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
電機(jī)控制器： 是一個(gè)帶有專用 模擬/數(shù)字 接口的 dSpace 板pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
驅(qū)動(dòng)電機(jī)(DM) ：是一個(gè)由雙向轉(zhuǎn)換器進(jìn)行速度控制的永磁電機(jī)。雙向轉(zhuǎn)換器的度參考由 dSpace 板模擬 DAC (數(shù)模轉(zhuǎn)換器) 輸出提供。另外一個(gè)方案是采用 CAN 或 RS422 接口。pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
　　扭矩傳感器采用的是 HBM T40 扭矩傳感器，其可以進(jìn)行扭矩和轉(zhuǎn)速測(cè)量。扭矩傳感器通過聯(lián)軸器和被測(cè)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連。pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
　　相電流通過高精度, 外部 LEM 傳感器測(cè)量，其信號(hào)通過 HBM 數(shù)據(jù)記錄儀以 2M/s 的采樣率采集。LEM分流的壓降通過BNC電纜發(fā)送到Gen3i。 pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
　　被測(cè)電機(jī) 線-線電壓 通過 Gen3i 記錄儀 以2M/s 采樣率直接測(cè)量。所獲得的電壓是施加到機(jī)器的實(shí)際的PWM脈沖。pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
　　除了由 T40 扭矩傳感器提供轉(zhuǎn)子位置外，還使用電機(jī)控制器增量編碼器提供的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。外部分離卡 接收編碼器脈沖并發(fā)送到電機(jī)控制器和 Gen3i。pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
　　電機(jī)溫度通過三個(gè) 熱電偶 進(jìn)行測(cè)量。熱電偶被可編程隔離放大器讀取，并輸出到 Gen3i 低速采集板卡。  pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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效率和損耗 Map 圖 認(rèn)證過程pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
我們的想法是創(chuàng)建如下所示的 扭矩-轉(zhuǎn)速 網(wǎng)格圖。pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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　　速度范圍 (ωmax-ωmin) 被分成多個(gè)等間距 Δω，合理的數(shù)量為 10 到 20。每個(gè)速度，扭矩變化也同樣按合理的點(diǎn)10到20，分成步進(jìn) ΔT 。結(jié)果就獲得了 扭矩-轉(zhuǎn)速 網(wǎng)格圖，包含 N = n x m 個(gè)點(diǎn)。pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
　　驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過速度控制提供每個(gè)操作點(diǎn)的速度，同時(shí)被測(cè)電機(jī)通過扭矩控制的。每個(gè)操作速度，扭矩的變化（ Tmin 和 Tmax）步進(jìn)如下圖所示。pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
如圖所示，一個(gè)操作點(diǎn)持續(xù)了3秒。電機(jī)控制器產(chǎn)生了一個(gè) TTL 信號(hào)給 HBM 數(shù)據(jù)記錄儀，當(dāng)上升沿觸發(fā)被檢測(cè)到，數(shù)據(jù)記錄儀存儲(chǔ)了一秒的數(shù)據(jù)。按照所選操作點(diǎn)的數(shù)量，完整的過程持續(xù)了10到20分鐘。 測(cè)試后計(jì)算pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
　　一旦測(cè)試完成后, Gen3i 存儲(chǔ)的大數(shù)據(jù)文件可被分成 N 個(gè)數(shù)據(jù)文件，一個(gè)文件對(duì)應(yīng)一個(gè)觸發(fā)，也就是 扭矩-速度 網(wǎng)格圖上的一個(gè)操作點(diǎn)。對(duì)于每個(gè)操作點(diǎn)，Gen3i 執(zhí)行以下計(jì)算:pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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輸入電功率  pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
　　其中 vαβ 和 iαβ 是在靜止參考系上的電壓和電流(α,β) , T 是從電角度得到的電周期（周期）。pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
　　這里必須提到，所獲取的電壓和電流沒有采用濾波。pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
銅損（焦耳） 　　平均定子電阻 Rs,avg 平均計(jì)算公式為 　　其中 Rs,base (Ω) 是基準(zhǔn)溫度的定子電阻  (as example, θbase=20 °C)pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
　　是平均定子溫度可以計(jì)算作為 k  測(cè)量定子溫度的平均值。pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
　　平均電阻可以考慮趨膚效應(yīng)進(jìn)行修正pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
機(jī)械軸功率pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
　　這里 Tm 是測(cè)量的扭矩， ωm 是測(cè)定的速度。  pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
鐵損和機(jī)械損失 　　其中 PMec 是機(jī)械損失，其是和速度相關(guān)的，必須提前知道。pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
　　為了避免由被測(cè)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)影響 (速度產(chǎn)生的結(jié)果), 所有的功率值被存儲(chǔ)為一個(gè)間隔周期（包含多個(gè)機(jī)械轉(zhuǎn)）計(jì)算出的平均值。pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
　　對(duì)應(yīng)于鐵損和總損失（鐵+機(jī)械）的扭矩 　　采用 (7)計(jì)算出的扭矩應(yīng)該是估算的扭矩 (從電機(jī)控制器獲得) 和真實(shí)軸扭矩之間的差別。采用 (7)計(jì)算出的扭矩由 Gen3i提供，其是一個(gè)間隔周期的平均值。pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
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被測(cè)電機(jī)效率和逆變器效率 　　這里  是輸入的逆變器功率，其必須被平均以消除直流母線電壓和電流波動(dòng)。pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
　　除了效率和損失 map 圖，Gen3i 計(jì)算和存儲(chǔ)的以下物理量對(duì)于被測(cè)電機(jī)的分析是非常有用的:pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
(A) (d,q) 轉(zhuǎn)子幀磁鏈pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
　　磁鏈?zhǔn)紫仍陟o態(tài) (a,b) 幀按照反電動(dòng)勢(shì)電壓時(shí)間積分來計(jì)算: 　　對(duì)于每個(gè)電周期（循環(huán)），為避免計(jì)算的磁鏈分量漂移，偏移校正是必要的。一旦 (a,b) 分量被計(jì)算，采用旋轉(zhuǎn)變換可以非常簡(jiǎn)單地獲得(d,q) 分量，磁鏈也可以被計(jì)算。  pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
　　是通過測(cè)得的機(jī)械位置計(jì)算出的電氣位置，極對(duì)數(shù)和偏移量必須已知.pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
　　由于定子磁鏈分量采用真實(shí)的電機(jī)電壓和定子電阻計(jì)算。假設(shè)計(jì)算的精度非常高。在這個(gè)案例中，定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E在(d,q) 面的精度就會(huì)非常高，并且可以和磁學(xué)模型的結(jié)果進(jìn)行比較。pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
(B) (d,q) 定子電流和電壓pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
　　(d,q) 定子幀電壓和電流分量可以從 (α,β) 分量，采用旋轉(zhuǎn)變換 (8) 計(jì)算出。因?yàn)?(d,q) 電壓分量會(huì)受到 PWM 波影響，他們的平均值從每個(gè)電周期中提取。pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
　　在 (d,q) 面的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E對(duì)與基速下檢查 MTPA 矢量是非常有用的。pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
(C) 估算氣隙轉(zhuǎn)矩pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司
氣隙扭矩可以通過 Gen3i 采用 　　氣隙扭矩可以采用磁通分量計(jì)算，磁通分量已經(jīng)通過真實(shí)電機(jī)的 PWM 電壓和定子電阻計(jì)算出，并考慮了測(cè)得的定子溫度平均值?？梢钥闯?，這種方法估算出的氣隙扭矩是非常優(yōu)異的。pUG廣州南創(chuàng)電子科技有限公司