一种永磁同步电机无角度传感器效率测试系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机无角度传感器效率测试系统及控制方法，本发明专利技术通过两台电机对拖的方式进行电机效率测试负载试验。测试中，通过无传感器控制方法使得陪试电机工作在第四象限，并将其发出的电能回馈至直流母线处。对于中大功率的永磁电机来说极大地节约了效率测试所消耗的能源，并不会对电网产生污染；而且采用闭环控制调节陪试电机的转矩，因而调节范围宽，稳定可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种电机效率测试系统，适用于永磁同步电机的效率测试。
技术介绍
目前，电机效率及损耗的测试方法国际上并不统一。比较权威的有美国的IEEE112标准、国际电工委员会的IEC34标准及日本JEC标准。这些方法都需要对电机进行负载试验，因此要求测试系统拥有加载设备。传统的加载方案有能耗制动法；直流电机负载法；变频发电机组回馈法等。其中能耗制动法是最为常用的方法，机械制动器、涡流制动器以及磁粉制动器都属于能耗制动法。此类设备用于高速电机时必须安装机械减速装置，对于中大功率的永磁电机还需要强制冷却装置且测试时浪费能源。直流电机负载法是将校正过的直流电机作为被测电机的负载。这种方法同样需要减速装置才能用于高速电机，且直流电机与被测电机中心高度不同，对轴不便，同样测量时浪费能源。变频发电机组回馈法由4台电机组成一个双向的发电机组，既可以作为三相电源使用，也可以通过调节发电机组，作为负载机使用，把负载电机发出的电回馈电网，节约了能源，该方法在电机行业使用比较广泛。该方法与前两种方法比较，具有节能的优点，但是节能的效率较低，由4台电机组成的机组，本身的效率很难达到50%以上(4台电机发热损耗等)，仍然有一半左右的能源浪费掉了。因此该方法只是负载调节方便了，而节电的效果不很理想。专利ZL200720095313. 5提出了一种电子内回馈变频电源用于电机效率测试。其思想是两台相同型号的电机对拖，其中一台作被测电机，一台作陪试电机。该电子内回馈变频电源通过某种控制方法使被测电机工作在电动机状态，陪试电机工作在发电机状态，并将陪试电机发出的电能回馈到直流母线。这种方法调节负载方便，节约能源且对电网没有污染。但是该方法用于永磁同步电机效率测试时，必须要用到角度传感器才能完成对被测电机和陪试电机的控制。这增加了系统的成本。此外，对于一些高速永磁同步电机，没有合适的角度传感器。这些都限制了这种方法的应用。
技术实现思路
专利技术目的针对上述现有存在的问题和不足，本专利技术的目的是提供一种精确、节能。对电网无污染且无需角度传感器的永磁同步电机的效率测试系统及其控制方法。技术方案为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案一种永磁同步电机无角度传感器效率测试系统，包括控制模块、功率分析仪、整流模块、直流母线排、主逆变模块、辅逆变模块、陪试电机、转矩仪、和被测电机，其中所述整流模块，通过整流器将三相交流电转变成直流电，并输入到直流母线排；所述直流母线排，将直流电分别输送到主逆变模块和辅逆变模块；所述主逆变模块和辅逆变模块，将直流电转成交流电后分别输送到被测电机和陪试电机；所述陪试电机和被测电机通过转矩仪连接；所述功率分析仪用于采集被测电机输出功率；所述控制模块，收集转矩仪采集的信号，并控制主逆变模块和辅逆变模块，从而使被测电机能同步跟踪陪试电机的输出负载转矩和电流，保持稳定运行。作为优选，所述主逆变模块和辅逆变模块均采用三相全桥式逆变器。作为优选，所述主逆变模块与被测电机之间还设有滤波器。本专利技术解决的另个问题是提供一种上述永磁同步电机无角度传感器效率测试系统的控制方法，它包括以下步骤(1)初始位置调整，定义被测电机直轴为dl、交轴为ql ;陪试电机直轴为d2、交轴为q2 ;主逆变器和辅逆变器均给定一个与定子J轴方向相同且大小恒定的电流矢量，使得dl轴与d2轴分别对齐被测电机与陪试电机的定子J轴；并设立假定旋转坐标系，定义被测电机的转矩轴为S I、励磁轴为Y I;陪试电机的转矩轴为S 2、励磁轴为Y 2，并假定旋转坐标系不是同步旋转坐标系，它是定向于已知的转子估计位置，并且可以按照确定的控制规律自行调整的坐标系；(2)启动电机，在控制模块中先通过开环控制算法启动被测电机至一定的转速；该过程中仅对陪试电机的S 2，Y 2轴进行电流闭环控制，并将62、Y2轴电流的参考值都设置为零，从而使得该过程陪试电机不输出负载转矩；(3)效率测试，对陪试电机进行转矩、电流双闭环控制，该过程Y 2轴电流参考值设置为零， 而S 2轴电流根据转矩仪反馈值与给定陪试电机的负载转矩间的误差来调节；而被测电机进行转速和电流双闭环控制，该过程中被测电机S I轴与ql轴对齐，且被测电机的输出转矩根据给定转速与实际转速的误差进行调整。此时通过功率分析仪得出被测电机输入功率，以及由转矩仪得到的输出功率，从而得到被测电机在任何可调转速和负载下的效率。有益效果与现有技术相比，本专利技术具有以下优点1、省去了减速装置，由于使用的是两台型号相同的高速永磁电机，两者具有相同的额定转速，无需减速装置，节省了测试系统的成本。2、节约能源。由于陪试电机将发出的电能全部回馈至直流母线处，运行时市电仅仅提供两台电机损耗的功率。对于中大功率的永磁电机来说极大地节约了效率测试所消耗的能源。此外这种直流回馈不会对电网产生污染。3、负载调节方便。可以使用闭环控制调节陪试电机的转矩，调节范围宽，稳定可靠。4、无需角度传感器，节省了系统成本。而且使其能够运用于如高速等无法安装角度传感器的场合。附图说明图I为本专利技术所述永磁同步电机无角度传感器效率测试系统结构示意 图2为本专利技术所述电机启动过程中被测电机与陪试电机的无角度传感器控制方法的系统框 图3为本专利技术所述电机效率测试时被测电机与陪试电机的无角度传感器控制方法的系统框图。其中，控制模块I、整流模块2、交流电3、功率分析仪4、辅逆变模块5、主逆变模块6、陪试电机7、转矩仪8、直流母线排9、被测电机10、滤波器11、PI控制器12、坐标变换13、反坐标变换14、控制增益15。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。如图I所示，一种永磁同步电机无角度传感器效率测试系统的硬件结构，包括控制模块I、功率分析仪4、整流模块2、直流母线排9、主逆变模块5、辅逆变模块4、陪试电机7、转矩仪8、和被测电机10，整流模块2的输入端根据电机额定电压联接三相或单相交流电3，其输出端联接直流母线排9的输入端，而直流母线排9的输出分别联接主逆变模块4和辅逆变模块5，然后主逆变模块5通过滤波器11联接被测电机10，而辅逆变模块4则与陪试电机7连接，而被测电机与陪试电机通过转矩仪8连接。控制模块I块用于控制主逆变模块和辅逆变器，并收集转矩仪8采集的信号。功率分析仪4接被测电机10的输入端。其中所述整流模块2，通过整流器将交流电转变成直流电，并输入到直流母线排9 ;所述直流母线排9，将直流电分别输送到主逆变模块和辅逆变器；所述主逆变模块和辅逆变器，将直流电转成交流电后分别输送到被测电机10和陪试电机7 ;所述陪试电机7和被测电机10通过转矩仪8连接；所述功率分析仪4用于采集被测电机10输出功率；所述控制模块1，收集转矩仪8采集的信号，并控制主逆变模块和辅逆变器，从而使被测电机10能同步跟踪陪试电机7的输出负载转矩和电流，保持稳定运行。 系统的工作原理是两台相同型号的永磁同步电机通过高速转矩仪8联接在一起，其中一台作为被测电机10，一台作陪试电机7。市电通过整流单元变为直流电存储于直流母线之上。直流母线同时连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机无角度传感器效率测试系统，其特征在于包括控制模块、功率分析仪、整流模块、直流母线排、主逆变模块、辅逆变模块、陪试电机、转矩仪、和被测电机，其中 所述整流模块，通过整流器将三相交流电转变成直流电，并输入到直流母线排； 所述直流母线排，将直流电分别输送到主逆变模块和辅逆变模块； 所述主逆变模块和辅逆变模块，将直流电转成交流电后分别输送到被测电机和陪试电机； 所述陪试电机和被测电机通过转矩仪连接；所述功率分析仪用于采集被测电机 输出功率； 所述控制模块，收集转矩仪采集的信号，并控制主逆变模块和辅逆变模块，从而使被测电机能同步跟踪陪试电机的输出负载转矩和电流，保持稳定运行。2.根据权利要求I所述永磁同步电机无角度传感器效率测试系统，其特征在于所述主逆变模块和辅逆变模块均采用三相全桥式逆变器。3.根据权利要求I所述永磁同步电机无角度传感器效率测试系统，其特征在于所述主逆变模块与被测电机之间还设有滤波器。4.一种权利要求I所述永磁同步电机无角度传感器效率测试系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤 (1)初始位置调整，定义被测电机直轴为dl、交轴为ql;陪...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪历，徐龙祥，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：