开放式绕组永磁同步电机测试系统及测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明设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。
【背景技术】
[0002] 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，W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，该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一一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。
[0003] 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W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 组电机设及到运行模式的切换。如最简单的=相开放式绕组电机，其运行模式就可W在Y 形及A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W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；该就要求该测试台架系统可W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。
[0004] 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。
【发明内容】
[0005] 本发明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。
[0006] 本发明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；
[0007] 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；
[0008] 所述的手动控制板由控制电路和工作电路两部分组成：
[0009] 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、接触器线圈邸1、邸2、邸3、邸4、邸5、邸6、邸7、邸8、邸9,选择器开关S1的2个分路分 别与接触器线圈KDUKD2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、 邸7、邸8、邸9串联组成选择电路III;该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，W传递绕组 切换的触发时间信号；
[0010] 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S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=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,用于将走 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 走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 将走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 于将走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邸1、邸2、邸3、邸4、邸5、邸6、邸7、邸8、邸9 控制。
[0011] 基于本发明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：
[0012] 通过工作区域计算获得电机在各绕组状态下的工作区域：
[0013] 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TmaxO、恒功率 区起始转速nO和最高转速nmaxO;
[0014] 2)计算电机具有的绕组状态数k=
[0015] 3)令当前电机绕组状态编号i分别取1~化-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ni=n日X ，电机最高转速为
[001引 4)在第i(i= 0, 1，…，k-1)绕组状态下，电机的工作区域如下：
[0017] 当0《n<ni时，0《T《Tmaxi;式中n为电机转速，T为电机扭矩；
[0018] 当ni《n<nmaxi时，0《T《9550P/n;
[001 引 当n>nmaxi时，T= 0。
[0020] 定绕组试验；
[0021] 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W驱动电机转速n、驱动 电机扭矩T为自变量，驱动电机效率nm、驱动电机逆变器效率ni、驱动电机温度Tm、驱动电 机逆变器温度Ti为因变量的图谱；
[00过具体步骤如下：
[002引1)根据测试要达到的精度，由试验者设定测试转速间隔An和转矩间隔AT，W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；
[0024] 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；
[00巧]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);
[0026] 3)每一个工作点加载完毕后，试验者判断驱动电机扭矩T、驱动电机转速n，W及 驱动电机效率n。及温度Tm、驱动电机逆变器效率rii与温度Ti读数是否稳定？若读数稳 定，试验者记录下驱动电机在当前扭矩T、转速n下的驱动电机效率n。、逆变器效率Hi、驱 动电机温度Tm、驱动电机逆变器系统温度Ti;否则等待上述各项读数稳定后重新执行此步 骤；
[0027] 4驱动电机卸载，负载电机转速逐渐降至0 ;试验者关闭数据采集开关，直流母线 断电；计算机输出W驱动电机转速n、扭矩T为自变量，W当前绕组状态工作区域为自变量 取值范围，W驱动电机效率n。、逆变器效率Hi、驱动电机温度Tm、驱动电机逆变器系统温 度Ti为因变量的图谱；
[002引上述定绕组试验步骤2)中所述的驱动电机工作点的加载顺序为；转速n从An开 始，每挡增加An，直至当前绕组状态下的最高转速nmaxi为止；在每挡转速n下，扭矩T从 AT开始，每个测试点增加AT，直至由当前绕组状态工作区域决定的该挡转速下最大扭矩 为止。
[0029] 上述定绕组试验步骤3)中所述的驱动电机效率nm由公式=5^:^计算获 得，驱动电机逆变器效率n1由公式是?I, =I计算获得，其中；T是由扭矩传感器测得的驱 动电机扭矩，n是由旋转变压器测得的驱动电机转速，U是由电源电压传感器测得的母线电 压，Ii是由电流传感器测得的单相驱动电机电流，12是由驱动电机逆变器电流传感器测得 的单相逆变器电流，Tm是由驱动电机温度传感器测得的驱动电机温度，Ti是由驱动电机逆 变器系统温度传感器测得的驱动电机逆变器系统温度；扭矩、转速、效率读数稳定的标准是 与稳态值相差2 %W内，温度读数稳定的标准是60秒内变化0. 5°CW内。
[0030] 变绕组试验：
[0031]通过变绕组试验获得被测驱动电机在每个测试点进行绕组切换时的瞬时最大振 动加速度、瞬时最大扭矩波动、扭矩稳定时间指标。变绕组试