开放式绕组永磁同步电机测试系统及测试方法技术方案

本发明专利技术涉及一种开放式绕组永磁同步电机测试系统及测试方法，该系统包括通过扭矩传感器同轴连接的永磁同步负载电机和被测开放式绕组驱动电机的常规测试系统，在被测开放式绕组驱动电机壳体上增设的压电式加速度传感器、温度传感器、驱动电机逆变器壳体上的驱动电机逆变器温度传感器、并联在驱动电机逆变器上的手动控制板，所述的扭矩传感器、旋转变压器、驱动电机温度传感器和驱动电机逆变器温度传感器、压电式加速度传感器、驱动电机电流传感器和驱动电机逆变器电流传感器、电源电压传感器分别与数据采集卡通讯连接。可对开放式绕组电机的绕组状态进行实时、动态切换，可实现切换过程中电机的振动及扭矩波动、电机和逆变器系统的温升进行测量。

【技术实现步骤摘要】
开放式绕组永磁同步电机测试系统及测试方法
本专利技术涉及一种开放式绕组永磁同步电机的测试台架装置及基于该测试装置测试开放式绕组永磁同步电机工作性能的方法。
技术介绍
近年来，混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车等新能源车辆正在蓬勃发展。在新能源车辆中，以电动机为动力源的电驱动技术得到了广泛的应用，也对车用动力电机提出了更为严格的要求，这就促使了各种新型电机和电驱动技术的诞生。由永磁同步电机发展而来的一种新型电机——开放式绕组永磁同步电机就是其中之一。该电机具有永磁同步电机的全部优点，而且比永磁同步电机控制灵活、调速范围大，更适合驱动车辆的要求。然而，目前国内外对开放式绕组电机的测试台架系统和测试方法还很不成熟。除了对电机测试台架可以实时调节并测量电机的扭矩、转速的基本功能要求之外，开放式绕组电机涉及到运行模式的切换。如最简单的三相开放式绕组电机，其运行模式就可以在Y形及Δ形之间切换。在切换过程中，将产生电机本体的振动及转矩波动；而传统的电机测试台架系统无法对该振动及转矩波动进行有效的测试。此外，开放式绕组电机运行模式切换的重要条件之一就是电机及逆变器的运行效率，所以针对开放式绕组电机的测试台架系统应能实时地对当前电机及逆变器效率进行准确测量。而且，开放式绕组电机采用的是双逆变器系统，其功率元器件数量是普通永磁同步电机的2倍，其发热情况也需要进行针对而细致的测试；电机不同运行模式之间电机本体和逆变器系统的发热情况也需要进行对比；这就要求该测试台架系统可以对电机本体和逆变器系统的温升进行测试和记录。另外，由于目前量产的开放式绕组电机较少，测试台架系统应对各种外形、功率、绕组数不同的开放式绕组电机具有一定的通用性；测试台架应可使用普通电机控制器对开放式绕组电机进行控制。综上所述，现有的电机测试台架系统无法满足对开放式绕组永磁同步电机进行有效而全面的测试，需要针对此类电机重新开发一种测试台架系统及测试方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为克服目前对开放式绕组电机的测试台架系统和测试方法存在的技术缺陷，提出一种对各种外形、功率、绕组数不同的开放式绕组电机具有一定的通用性的开放式绕组永磁同步电机测试系统及测试方法。本专利技术开放式绕组永磁同步电机测试系统，包括分别通过负载电机支架、驱动电机支架设置在一台架两端的永磁同步负载电机和被测开放式绕组驱动电机、通过扭矩传感器支承设置在永磁同步负载电机和被测开放式绕组驱动电机之间的扭矩传感器，扭矩传感器的轴两端分别通过双膜片弹性联轴器与被测开放式绕组驱动电机的输出轴和永磁同步负载电机的输出轴相连，套置在永磁同步负载电机输出轴上的旋转变压器，永磁同步负载电机和被测开放式绕组驱动电机分别通过负载电机逆变器和驱动电机逆变器并联在直流母线上，连接在负载电机逆变器上的负载电机控制器、连接在驱动电机逆变器上的驱动电机控制器、设置在连接被测开放式绕组驱动电机和驱动电机逆变器电路间的驱动电机电流传感器、设置在连接驱动电机逆变器和直流母线电路间的驱动电机逆变器电流传感器、设置在直流母线上的电源电压传感器、计算机和与其通过串行总线相连的数据采集卡；还包括设置在所述的被测开放式绕组驱动电机壳体上的压电式加速度传感器、驱动电机温度传感器、设置在驱动电机逆变器壳体上的驱动电机逆变器温度传感器、并联在驱动电机逆变器上的手动控制板，所述的扭矩传感器、旋转变压器、驱动电机温度传感器和驱动电机逆变器温度传感器、压电式加速度传感器、驱动电机电流传感器和驱动电机逆变器电流传感器、电源电压传感器分别与数据采集卡通讯连接；所述的手动控制板由控制电路和工作电路两部分组成：控制电路包括低压直流电源DY、触发传感器CG1、总开关K1、选择器开关S1、S2、S3、接触器线圈KD1、KD2、KD3、KD4、KD5、KD6、KD7、KD8、KD9，选择器开关S1的2个分路分别与接触器线圈KD1、KD2串联组成选择电路Ⅰ，选择器开关S2的3个分路分别与接触器线圈KD3、KD4、KD5串联组成选择电路Ⅱ，选择器开关S3的4个分路分别与接触器线圈KD6、KD7、KD8、KD9串联组成选择电路Ⅲ；这3个选择电路并联后与低压直流电源DY、总开关K1、触发传感器CG1串联；触发传感器CG1的接口h与所述的数据采集卡通讯连接，以传递绕组切换的触发时间信号；工作电路由9个回路组成，回路1中串联有接触器动合触点KM1，用于将三相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路2中串联有接触器动合触点KM2，用于将三相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；回路3中串联有接触器动合触点KM3，用于将五相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路4中串联有接触器动合触点KM4，用于将五相开放式绕组电机切换为过渡绕组状态；回路5中串联有接触器动合触点KM5，用于将五相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；回路6中串联有接触器动合触点KM6，用于将七相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路7中串联有接触器动合触点KM7，用于将七相开放式绕组电机切换为第一过渡绕组状态；回路8中串联有接触器动合触点KM8，用于将七相开放式绕组电机切换为第二过渡绕组状态；回路9中串联有接触器动合触点KM9，用于将七相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；各回路的端口分别与驱动电机逆变器相对应的相桥臂中点相连接；工作电路中的接触器动合触点KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8、KM9分别由控制电路中的接触器线圈KD1、KD2、KD3、KD4、KD5、KD6、KD7、KD8、KD9控制。基于本专利技术测试系统的开放式绕组永磁同步电机的测试方法，包括工作区域计算、定绕组试验和变绕组试验，具体作法如下：通过工作区域计算获得电机在各绕组状态下的工作区域：1)读取电机相数m、最大功率P、电机在星形绕组状态下的最大转矩Tmax0、恒功率区起始转速n0和最高转速nmax0；2)计算电机具有的绕组状态数3)令当前电机绕组状态编号i分别取1～(k-1)，则第i绕组状态下的电机最大扭矩为电机恒功率区起始转速为电机最高转速为4)在第i(i＝0,1,…,k-1)绕组状态下，电机的工作区域如下：当0≤n<ni时，0≤T≤Tmaxi；式中n为电机转速，T为电机扭矩；当ni≤n<nmaxi时，0≤T≤9550P/n；当n≥nmaxi时，T＝0。定绕组试验：通过定绕组试验获得在电机工作区域内每个测试点被测驱动电机的效率、驱动电机逆变器系统的效率、被测驱动电机的工作温度和驱动电机逆变器系统的工作温度指标；在每个绕组状态下的定绕组试验完成后，就会得到该绕组状态下的以驱动电机转速n、驱动电机扭矩T为自变量，驱动电机效率ηm、驱动电机逆变器效率ηi、驱动电机温度Tm、驱动电机逆变器温度Ti为因变量的图谱；具体步骤如下：1)根据测试要达到的精度，由试验者设定测试转速间隔Δn和转矩间隔ΔT，以确定各个测试工作点的转矩、转速；将程序烧入驱动电机和负载电机控制器；通过手动控制板将电机置于需要测试的绕组状态，接通直流母线电源，打开数据采集终端机，打开数据采集开关；2)按顺序加载驱动电机的工作点；每一个工作点加载完毕后都执行步骤3)；3)每一个工作点加载完毕后，试验者判断驱动电机扭矩T、驱动电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开放式绕组永磁同步电机测试系统，包括分别通过负载电机支架(2)、驱动电机支架(7)设置在一台架(23)两端的永磁同步负载电机(1)和被测开放式绕组驱动电机(8)、通过扭矩传感器支承(6)设置在永磁同步负载电机(1)和被测开放式绕组驱动电机(8)之间的扭矩传感器(5)，扭矩传感器(5)的轴两端分别通过双膜片弹性联轴器(4)与被测开放式绕组驱动电机(8)的输出轴和永磁同步负载电机(1)的输出轴相连，套置在永磁同步负载电机(1)输出轴上的旋转变压器(3)，永磁同步负载电机(1)和被测开放式绕组驱动电机(8)分别通过负载电机逆变器(21)和驱动电机逆变器(15)并联在直流母线(22)上，连接在负载电机逆变器(21)上的负载电机控制器(20)、连接在驱动电机逆变器(15)上的驱动电机控制器(14)、设置在连接被测开放式绕组驱动电机(8)和驱动电机逆变器(15)电路间的驱动电机电流传感器(13)、设置在连接驱动电机逆变器(15)和直流母线(22)电路间的驱动电机逆变器电流传感器(18)、设置在直流母线(22)上的电源电压传感器(17)、计算机(11)和与其通过通用串行总线相连的数据采集卡(12)；其特征在于：还包括设置在所述的被测开放式绕组驱动电机(8)壳体上的压电式加速度传感器(9)、驱动电机温度传感器(10)、设置在驱动电机逆变器(15)壳体上的驱动电机逆变器温度传感器(16)、并联在驱动电机逆变器(15)上的手动控制板(19)，所述的扭矩传感器(5)、旋转变压器(3)、驱动电机温度传感器(10)和驱动电机逆变器温度传感器(16)、压电式加速度传感器(9)、驱动电机电流传感器(13)和驱动电机逆变器电流传感器(18)、电源电压传感器(17)分别与数据采集卡(12)通讯连接；所述的手动控制板(19)由控制电路和工作电路两部分组成：控制电路包括低压直流电源DY、触发传感器CG1、总开关K1、选择器开关S1、S2、S3、接触器线圈KD1、KD2、KD3、KD4、KD5、KD6、KD7、KD8、KD9，选择器开关S1的2个分路分别与接触器线圈KD1、KD2串联组成选择电路Ⅰ，选择器开关S2的3个分路分别与接触器线圈KD3、KD4、KD5串联组成选择电路Ⅱ，选择器开关S3的4个分路分别与接触器线圈KD6、KD7、KD8、KD9串联组成选择电路Ⅲ；这3个选择电路并联后与低压直流电源DY、总开关K1、触发传感器CG1串联；触发传感器CG1的接口h与所述的数据采集卡(12)通讯连接，以传递绕组切换的触发时间信号；工作电路由9个回路组成，回路1中串联有接触器动合触点KM1，用于将三相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路2中串联有接触器动合触点KM2，用于将三相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；回路3中串联有接触器动合触点KM3，用于将五相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路4中串联有接触器动合触点KM4，用于将五相开放式绕组电机切换为过渡绕组状态；回路5中串联有接触器动合触点KM5，用于将五相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；回路6中串联有接触器动合触点KM6，用于将七相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路7中串联有接触器动合触点KM7，用于将七相开放式绕组电机切换为第一过渡绕组状态；回路8中串联有接触器动合触点KM8，用于将七相开放式绕组电机切换为第二过渡绕组状态；回路9中串联有接触器动合触点KM9，用于将七相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；各回路的端口分别与驱动电机逆变器(15)相对应的相桥臂中点相连接；工作电路中的接触器动合触点KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8、KM9分别由控制电路中的接触器线圈KD1、KD2、KD3、KD4、KD5、KD6、KD7、KD8、KD9控制。...

【技术特征摘要】
1.一种开放式绕组永磁同步电机测试系统，包括分别通过负载电机支架(2)、驱动电机支架(7)设置在一台架(23)两端的永磁同步负载电机(1)和被测开放式绕组驱动电机(8)、通过扭矩传感器支承(6)设置在永磁同步负载电机(1)和被测开放式绕组驱动电机(8)之间的扭矩传感器(5)，扭矩传感器(5)的轴两端分别通过双膜片弹性联轴器(4)与被测开放式绕组驱动电机(8)的输出轴和永磁同步负载电机(1)的输出轴相连，套置在永磁同步负载电机(1)输出轴上的旋转变压器(3)，永磁同步负载电机(1)和被测开放式绕组驱动电机(8)分别通过负载电机逆变器(21)和驱动电机逆变器(15)并联在直流母线(22)上，连接在负载电机逆变器(21)上的负载电机控制器(20)、连接在驱动电机逆变器(15)上的驱动电机控制器(14)、设置在连接被测开放式绕组驱动电机(8)和驱动电机逆变器(15)电路间的驱动电机电流传感器(13)、设置在连接驱动电机逆变器(15)和直流母线(22)电路间的驱动电机逆变器电流传感器(18)、设置在直流母线(22)上的电源电压传感器(17)、计算机(11)和与其通过通用串行总线相连的数据采集卡(12)；其特征在于：还包括设置在所述的被测开放式绕组驱动电机(8)壳体上的压电式加速度传感器(9)、驱动电机温度传感器(10)、设置在驱动电机逆变器(15)壳体上的驱动电机逆变器温度传感器(16)、并联在驱动电机逆变器(15)上的手动控制板(19)，所述的扭矩传感器(5)、旋转变压器(3)、驱动电机温度传感器(10)和驱动电机逆变器温度传感器(16)、压电式加速度传感器(9)、驱动电机电流传感器(13)和驱动电机逆变器电流传感器(18)、电源电压传感器(17)分别与数据采集卡(12)通讯连接；所述的手动控制板(19)由控制电路和工作电路两部分组成：控制电路包括低压直流电源DY、触发传感器CG1、总开关K1、选择器开关S1、S2、S3、接触器线圈KD1、KD2、KD3、KD4、KD5、KD6、KD7、KD8、KD9，选择器开关S1的2个分路分别与接触器线圈KD1、KD2串联组成选择电路Ⅰ，选择器开关S2的3个分路分别与接触器线圈KD3、KD4、KD5串联组成选择电路Ⅱ，选择器开关S3的4个分路分别与接触器线圈KD6、KD7、KD8、KD9串联组成选择电路Ⅲ；这3个选择电路并联后与低压直流电源DY、总开关K1、触发传感器CG1串联；触发传感器CG1的接口h与所述的数据采集卡(12)通讯连接，以传递绕组切换的触发时间信号；工作电路由9个回路组成，回路1中串联有接触器动合触点KM1，用于将三相开放式绕组驱动电机切换为最大转矩绕组状态；回路2中串联有接触器动合触点KM2，用于将三相开放式绕组驱动电机切换为最高转速绕组状态；回路3中串联有接触器动合触点KM3，用于将五相开放式绕组驱动电机切换为最大转矩绕组状态；回路4中串联有接触器动合触点KM4，用于将五相开放式绕组驱动电机切换为过渡绕组状态；回路5中串联有接触器动合触点KM5，用于将五相开放式绕组驱动电机切换为最高转速绕组状态；回路6中串联有接触器动合触点KM6，用于将七相开放式绕组驱动电机切换为最大转矩绕组状态；回路7中串联有接触器动合触点KM7，用于将七相开放式绕组驱动电机切换为第一过渡绕组状态；回路8中串联有接触器动合触点KM8，用于将七相开放式绕组驱动电机切换为第二过渡绕组状态；回路9中串联有接触器动合触点KM9，用于将七相开放式绕组驱动电机切换为最高转速绕组状态；各回路的端口分别与驱动电机逆变器(15)相对应的相桥臂中点相连接；工作电路中的接触器动合触点KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8、KM9分别由控制电路中的接触器线圈KD1、KD2、KD3、KD4、KD5、KD6、KD7、KD8、KD9控制。2.一种基于权利要求1所述测试系统的开放式绕组永磁同步电机的测试方法，包括工作区域计算、定绕组试验和变绕组试验，具体作法如下：通过工作区域计算获得电机在各绕组状态下的工作区域：1)读取电机相数m、最大功率P、电机在星形绕组状态下的最大转矩Tmax0、恒功率区起始转速n0和最高转速nmax0；2)计算电机具有的绕组状态数3)令当前电机绕组状态编号i分别取1～(k-1)，则第i绕组状态下的电机最大扭矩为电机恒功率区起始转速为电机最高转速为4)在第i(i＝0,1,...,k-1)绕组状态下，电机的工作区域如下：当0≤n＜ni时，0≤T≤Tmaxi；式中n为电机转速，T为电机扭矩；当ni≤n＜nmaxi时，当n≥nmaxi时，T＝0；定绕组试验：通过定绕组试验获得在电机工作区域内每个测试点被测开放式绕组驱动电机的效率、驱动电机逆变器的效率、被测开放式绕组驱动电机的工作温度和驱动电机逆变器的工作温度指标；在每个绕组状态下的定绕组试验完成后，就会得到该绕组状态下的以驱动电机转速n、驱动电机扭矩T为自变量，驱动电机效率ηm...

【专利技术属性】
技术研发人员：许楠，贾一帆，初亮，郭建华，赵迪，李育宽，管国民，王严伟，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22