专利名称：基于电压积分法测试永磁电机电抗参数的装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电机电抗参数的测试装置，特别涉及一种基于电压积分法测试电机电抗参数的装置。
背景技术：
目前用于测量稀土永磁电机交、直轴电抗参数的测试主要有直接负载法、直流衰减法、以及各种辨识方法，但都存在着很多不足，如直接负载法存在测试量较多的麻烦和功角测试的困难；直流衰减法则需要用到计算机采样和系统辨识技术，过程也较复杂。同时，上述方法仅局限于利用实验室有限的元器件搭建的基础上，并没有涉及到可重复性和精度，专门应用于实际工程上的测试仪器未见报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明基于电压积分法的永磁电机电抗测试原理，提供了一种操作简单、测量精度高、测量范围大、适应性强的永磁电机电抗参数测试装置。
本发明的实现原理如下1、电压积分法基本原理对永磁同步电机电抗参数的测量，也就是对电感的测量。当电感中流过的电流为I时，产生的磁链为Ψ，则电感为L=ψI...(1)]]>为了测出电感中的磁链，可将电感通过电阻R短路，并对电阻两端电压积分，则电感中的磁链为ψ=∫0∞udt=∫0∞Ridt...(2)]]>所以L=(∫0∞udt)/I0...(3)]]>这里I0为电流初始值，u为回路中电阻上的电压值。这样电感的测量就转化为对电压的积分。电压积分法的电路原理如图1所示。
测量前，将开关S合上，调节R2、R2和R4使电桥平衡，积分器读数为零，这时满足RR2=R3R4---(4)]]>
R为电感自身的电阻。然后将开关打开，电桥构成一个直流衰减回路，用电压积分器积分两端的直流衰减电压，得到读数Ψ，Ψ满足以下关系∫0∞i(R+R2+R3+R4)dt=LI0...(5)]]>所以L=(R+R2+R3+R4)Ψ(R2+R4)I0...(6)]]>2、交、直轴同步电抗Xq、Xd的测量原理测量永磁同步电机交、直轴参数时，其电枢绕组的连接法如图2、图3所示。在dq0坐标系下，经理论推导得X=ω1L2...(7)]]>式中ω1——永磁同步电机的实际运行时的电角频率；当测量直轴电抗时，X为直轴电抗值，当测量交轴电抗时，X为交轴电抗值。
本发明装置包括数字磁通计、无感电阻、整流桥、滑线变阻箱、空气开关、电流表。无感电阻组成网络，其中每四个相等阻值的无感电阻组成一个电阻网络来作为一个测量档，且测量档的大小与无感电阻阻值相同，例如，四个0.1Ω无感电阻组成的电阻网络作为0.1Ω测量档。当被测电机的定子电阻阻值不超过2.74Ω时，利用三个电阻网络形成的测量档(即0.1Ω档、0.5Ω档、2Ω档)来测量，每档内的电阻通过空气开关的不同方式组合(即S4、S3、S2、S1匹配)来实现。
在0.1Ω档无感电阻网络中，空气开关S1一端与R1一端、R2一端相连接，另一端与0.1Ω档无感电阻网络输入端、R4一端、S2一端相连，S2另一端与R3一端，out2相连，S3一端与R4另一端、S4一端相连，S3另一端与R2另一端相连，S4另一端与R3另一端、R1另一端、out1相连。
在0.5Ω档无感电阻网络中，S5一端与R5一端、R6一端相连，S5另一端与S6一端、R8一端、0.5Ω档无感电阻网络输入端相连接，S6另一端与out4、R7一端相连，S7一端与R8另一端相连，S7另一端与R5另一端、R7另一端、out3相连，R6另一端与out5相连。
在2Ω档无感电阻网络中，空气开关S8一端与2Ω档无感电阻网络输入端、R12一端、S9一端相连接，S8另一端与R10一端、R9一端相连，S9另一端与输出out7、R11一端相连接，S10一端与R12另一端、S11一端相连，S10另一端与R10另一端连接，S11另一端与R9另一端、R11另一端、输出out6相连。
测量时，可以选择不同的输出(out1或out2)，再调节滑线变阻箱实现装置内电桥的平衡，然后根据公式(6)计算电感值。当定子电阻阻值超过2.74Ω时，实现装置内电桥的平衡则直接改用30Ω滑线变阻箱和1Ω微调变阻器。同时，为了计算和调节平衡方便，使R3和R4具有相同的温度系数和阻值。由于不同电机定子电阻阻值不同，故采用多个电阻网络分档测量，每个电阻网络测量一档，各档之间的切换通过换档开关实现。在测试过程中，既有一决定直轴(测直轴参数时)或交轴(测交轴参数时)饱和的恒定直流电流I1，又有一考虑交叉饱和的交轴(测直轴参数时)或直轴(测交轴参数时)恒定直流电流I2，这些直流电流都可以随意调节，因此，它能测得电机在任意工作状况(任意交、直轴电流)下参数变化的规律，如图12，图13所示。
与原有的永磁电机电抗参数测试方法相比，本发明具有操作简单、测量精度高、测试范围大，适应性强等优点。同时，考虑饱和及交叉饱和因素，将电机与实际运行状态很好的结合起来。
图1是电压积分法永磁电机电抗参数测试原理图；图2是测量交轴电抗参数时判断电枢合成磁动势轴线方向与转子直轴重合的电枢连接图；图3是测量直轴电抗参数时判断电枢合成磁动势轴线方向与转子直轴重合的电枢连接图；图4是本发明装置结构的主视图；图5是本发明装置结构的右视图；图6是本发明装置结构的左视图；图7是电阻网络线路图；图8是电阻网络分档原理图；图9是测量直轴电抗参数时的线路接线图；图10是测量交轴电抗参数时的线路接线图；图11是表示测试方法的流程图；图12是计及交轴电流对直轴电抗参数影响后所测得某样机的直轴电抗参数变化规律；图13是计及直轴电流对交轴电抗参数影响后所测得某样机的交轴电抗参数变化规律；其中，表I为直(或交)轴回路中供电电源电压表，表II为直(或交)轴回路中电流表，表III为直(或交)轴耦合回路中电流表，表IV为交(或直)轴衰减回路中电流表，表V为直(或交)轴衰减回路中数字电压表。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。本发明装置包括磁通计、积分器、无感电阻、整流桥、滑线变阻箱、空气开关、电流表。
本发明装置采用箱式结构，如图4～图6所示。电阻网络分档原理图如图8所示。其中微调滑线变阻器阻值为1Ω，电流为20A，滑线变阻箱阻值为30Ω，电流为10A测试时，根据被测电机的定子电阻值选择无感电阻网络测试档及空气开关，并将无感电阻网络输入端与滑线变阻箱一端相连，同时将滑线变阻箱另一端与所选测试档的无感电阻网络输出端相连接。其中0.1Ω、0.5Ω、2Ω档无感电阻网络中，通过对空气开关S1～S11的逻辑组合可以得到不同的输出电阻值，详见表1。
表1
注若x＝1，则outx表示为out1，依次类推。
例如电机定子直流电阻为0.18Ω，应首先在选档接线柱中选中0.1Ω档无感电阻网络，然后将无感电阻网络输入端子与滑线变阻箱一端相连接，同时将0.1Ω档无感电阻网络输出端子out2与滑线变阻箱另一端连接上(滑线变阻箱一端接被试电机定子绕组，另一端接电源负极)，最后将该档空气开关(S4S3S2S1)打到0001，即合上S4。
例如电机定子直流电阻为0.29Ω，应首先在选档接线柱中选中0.1Ω档无感电阻网络，然后将无感电阻网络输入端子与滑线变阻箱一端相连接，同时将0.1Ω档无感电阻网络输出端子out1与滑线变阻箱另一端连接上(滑线变阻箱一端接被试电机定子绕组，另一端接电源负极)，最后将该档空气开关(S4S3S2S1)打到0100，即合上S3。
例如电机定子直流电阻为0.45Ω，应首先在选档接线柱中选中0.5Ω档无感电阻网络，然后将无感电阻网络输入端子与滑线变阻箱一端相连接，同时将0.5Ω档无感电阻网络输出端子out3与滑线变阻箱另一端连接上(滑线变阻箱一端接被试电机定子绕组，另一端接电源负极)，最后将该档空气开关(S7S6S5)打到001，即合上S5。
例如电机定子直流电阻为0.62Ω，应首先在选档接线柱中选中0.5Ω档无感电阻网络，然后将无感电阻网络输入端子与滑线变阻箱一端相连接，同时将0.5Ω档无感电阻网络输出端子out4与滑线变阻箱另一端连接上(滑线变阻箱一端接被试电机定子绕组，另一端接电源负极)，最后将该档空气开关(S7S6S5)打到101，即合上S7、S5。
例如电机定子直流电阻为1.12Ω，应首先在选档接线柱中选中0.5Ω档无感电阻网络，然后将无感电阻网络输入端子与滑线变阻箱一端相连接，同时将0.5Ω档无感电阻网络输出端子out5与滑线变阻箱另一端连接上(滑线变阻箱一端接被试电机定子绕组，另一端接电源负极)，最后将该档空气开关(S7S6S5)打到110，即合上S7、S6。
例如电机定子直流电阻为1.32Ω，应首先在选档接线柱中选中2Ω档无感电阻网络，然后将无感电阻网络输入端子与滑线变阻箱一端相连接，同时将2Ω档无感电阻网络输出端子out6与滑线变阻箱另一端连接上(滑线变阻箱一端接被试电机定子绕组，另一端接电源负极)，最后将该档空气开关(S11S10S9S8)打到0110，即合上S10、S9。
例如电机定子直流电阻为2.13Ω，应首先在选档接线柱中选中2Ω档无感电阻网络，然后将无感电阻网络输入端子与滑线变阻箱一端相连接，同时将2Ω档无感电阻网络输出端子out7与滑线变阻箱另一端连接上(滑线变阻箱一端接被试电机定子绕组，另一端接电源负极)，最后将该档空气开关(S11S10S9S8)打到1001，即合上S11、S8。
在测试永磁电机电抗参数时，首先是转子直轴或交轴与电枢合成磁动势轴线方向重合的判断01。具体如下测试交轴电抗时，将被测永磁电机的B、C两相电枢绕组串联，同A相绕组分别接到检流计的两端，慢慢转动电机转子，直到检流计指针在转动转子瞬间几乎不发生偏转为止，这时可认为接入的电枢绕组合成磁动势方向与转子直轴重合，如图7所示；测试直轴电抗时，将被测永磁电机的B，C两相电枢绕组分别接到检流计的两端，将A相绕组悬空。慢慢转动电机转子，直到检流计指针在转动转子瞬间几乎不发生偏转为止，这时可认为接入的电枢绕组合成磁动势方向与转子直轴重合，如图8所示。
测试过程流程图如图11所示。在确定好转子轴位置之后，根据被测电机定子电阻选择变阻器的工作范围后将线路连接好，如图9、图10所示，开关S动作之前处于闭合状态02；接通电源，通入电流，调节滑线变阻箱使电压表指示为零，观察积分器数值是否变化03；若达到平衡，则按下积分器的复位键，断开开关S，记录此时积分器的读数04；根据读数计算对应的电抗参数值05。
权利要求
1.一种基于电压积分法测试永磁电机电抗参数的装置，其特征在于该装置包括数字磁通计、无感电阻、滑线变阻箱、空气开关、电流表，其特征在于无感电阻组成网络，数字磁通计用于测量电路中的磁通，电流表用于测量电流，每档内的电阻通过空气开关的不同方式组合在0.1Ω档无感电阻网络中，空气开关S1一端与R1一端、R2一端相连接，另一端与0.1Ω档无感电阻网络输入端、R4一端、S2一端相连，S2另一端与R3一端，out2相连，S3一端与R4另一端、S4一端相连，S3另一端与R2另一端相连，S4另一端与R3另一端、R1另一端、out1相连；在0.5Ω档无感电阻网络中，S5一端与R5一端、R6一端相连，S5另一端与S6一端、R8一端、0.5Ω档无感电阻网络输入端相连接，S6另一端与out4、R7一端相连，S7一端与R8另一端相连，S7另一端与R5另一端、R7另一端、out3相连，R6另一端与out5相连；在2Ω档无感电阻网络中，空气开关S8一端与2Ω档无感电阻网络输入端、R12一端、S9一端相连接，S8另一端与R10一端、R9一端相连，S9另一端与输出out7、R11一端相连接，S10一端与R12另一端、S11一端相连，S10另一端与R10另一端连接，S11另一端与R9另一端、R11另一端、输出out6相连。
2.如权利要求1所述的一种基于电压积分法测试永磁电机电抗参数的装置，其特征在于所述电阻网络由四个相等阻值的无感电阻组成作为一个测量档，且测量档的大小与无感电阻阻值相同。
3.如权利要求1所述的一种基于电压积分法测试永磁电机电抗参数的装置，其特征在于应用本测试装置测试永磁电机电抗参数时，首先是转子直轴或交轴与电枢合成磁动势轴线方向重合的判断；在确定好转子轴位置之后，根据被测电机定子电阻选择变阻器的工作范围后将线路连接好，开关S动作之前处于闭合状态；接通电源，通入电流，调节滑线变阻箱使电压表指示为零，观察积分器数值是否变化；若达到平衡，则按下积分器的复位键，断开开关S，记录此时积分器的读数；根据读数计算对应的电抗参数值。
全文摘要
一种基于电压积分法测试电机电抗参数的装置，包括数字磁通计、无感电阻、整流桥、滑线变阻箱、空气开关、电流表。无感电阻组成网络，其中每四个相等阻值的无感电阻组成一个电阻网络来作为一个测量档，且测量档的大小与无感电阻阻值相同，例如，四个0.1Ω无感电阻组成的电阻网络作为0.1Ω测量档。当被测电机的定子电阻阻值不超过2.74Ω时，利用三个电阻网络形成的测量档(即0.1Ω档、0.5Ω档、2Ω档)来测量，每档内的电阻通过空气开关的不同方式组合(即S4、S3、S2、S1匹配)来实现。本装置具有操作简单、测量精度高、测试范围大，适应性强等优点。同时，考虑饱和及交叉饱和因素，将电机与实际运行状态很好的结合起来。
文档编号G01R31/34GK1710439SQ20051004654
公开日2005年12月21日 申请日期2005年5月30日 优先权日2005年5月30日
发明者唐任远, 姜代维, 张立伟, 许雪峰 申请人:沈阳工业大学