一种不对称六相永磁同步电机绕组自感与互感测试方法

1.本发明属于电机测试技术领域，涉及一种不对称六相永磁同步电机绕组自感与互感测试方法，特别是一种考虑电机运行状态的不对称六相永磁同步电机绕组自感与互感测试方法。


背景技术：

2.目前，对于永磁同步电机电感的测试方法有很多，比如直流电桥法测试、磁链法测试、静转矩法测试，还有交流静态法测试等等。其中，交流静态法测试能相对方便而准确测试出电机绕组的电感，而且测试方法易于实现。但是利用传统的交流静态法测量电感也存在一些问题，比如一般情况下，利用交流静态法测量永磁同步电机绕组电感时需要外加堵转装置将电机的转子固定，无形中增加了测试所需的设备条件，且在交流静态测试过程中无法考虑到电机实际的运行状态。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种能够考虑电机运行状态的不对称六相永磁同步电机绕组自感与互感测试方法，以交流静态法为基础完成电机绕组自感和互感的测试，不需要另外加装机械固定装置，并且能够考虑到电机运行状态中电磁场对电感测试结果的影响。
4.为解决上述技术问题，本发明的一种不对称六相永磁同步电机绕组自感与互感测试方法，包括以下步骤：选定任意相绕组作为a相，与a相逆时针相差120
°
的作为b相，与a相顺时针相差120
°
的作为c相，依次与a相、b相和c相相差30
°
的分别为u相、v相和w相；
5.步骤一：在电机ab相绕组间，加入直流电源输入1，直流电源输入1提供电流为i1的恒定直流电流，同时，在电机ac相绕组间，加入直流电源输入2，直流电源输入2提供电流为i2的恒定直流电流，以产生使转子固定的电磁力矩，同时模拟电机运行时的电机内电磁场分布。
6.步骤二：将电机u相绕组引出线接到变频器的单相输出端，给电机u相通预定频率的交流电，通过调压器调节电压为额定电压，记录当前时刻的测试数据，测试数据包括电机uvw三相绕组的端电压、u相绕组电流及u相绕组电功率；
7.步骤三：u相绕组停止通电，改变i1和i2的大小或者同时改变i1和i2的大小和方向，然后重复步骤一、步骤二，电流i1和i2满足i1+i2＝iq，iq为电机运行时电流综合矢量的交轴电流值，共改变重复执行设定次数，测试得到电机转子处于不同位置时的u相绕组自感，记为电机的绕组自感参考量l
uu1
；
8.步骤四：u相绕组重新开始通电，在电机cv相绕组间，加入直流电源输入1，直流电源输入1提供电流为i3的恒定直流电流，同时，在电机cw相绕组间，加入直流电源输入2，直流电源输入2提供电流为i4的恒定直流电流，以产生使转子固定的电磁力矩，同时模拟电机运行时的电机内电磁场分布；
9.步骤五：将电机u相绕组引出线接到变频器的单相输出端，给电机u相绕组通预定频率的交流电，通过调压器调节电压为额定电压，记录当前时刻的测试数据，测试数据包括电机uab三相绕组的端电压、u相绕组电流及u相绕组电功率；
10.步骤六：u相绕组停止通电，改变i3和i4的大小或者同时改变i3和i4的大小和方向，然后重复步骤四、步骤五，电流i3和i4满足i3+i4＝iq，iq为电机运行时电流综合矢量的交轴电流值，共改变重复执行设定次数，测试得到电机转子处于不同位置时的u相绕组自感，u相绕组自感记为电机的绕组自感参考量l
uu2
；
11.步骤七：根据永磁同步电机的实际驱动方式、步骤三和步骤六中绕组自感参考量l
uu1
和绕组自感参考量l
uu2
以及步骤二和步骤五获得的测试数据得到考虑电机运行状态的绕组自感，近相邻绕组间互感，远相邻绕组间互感，相隔绕组间互感测试结果。
12.进一步的，步骤三中u相绕组自感l
uu1
为：
[0013][0014]
其中，ω为正弦交流电流的角频率，u
u1
、i
u1
分别为根据步骤二测试数据得到的u相绕组的电压有效值和电流有效值，p为绕组铜损。
[0015]
进一步的，步骤六中u相绕组自感l
uu2
为：
[0016][0017]
其中，ω为正弦交流电流的角频率，u
u2
、i
u2
分别为根据步骤五测试数据得到的u相绕组的电压有效值和电流有效值，p为绕组铜损
[0018]
进一步的，步骤七中考虑电机运行状态的绕组自感为：
[0019]
ls＝al
uu1
+bl
uu2
[0020]
其中，ls为考虑电机运行状态的绕组自感，a为不对称六相永磁同步电机采用空间矢量控制控制策略时上下桥臂相隔相导通模式的占比，b为不对称六相永磁同步电机采用空间矢量控制控制策略时上下桥臂相邻相导通模式的占比。
[0021]
进一步的，步骤七中考虑电机运行状态的近相邻绕组间互感为：
[0022][0023]
其中，ω为正弦交流电流的角频率，l
m1
为考虑电机运行状态的近相邻绕组间互感，ua和i
u2
为根据步骤五测试数据得到的a相绕组电压有效值和u相绕组电流有效值。
[0024]
进一步的，步骤七中考虑电机运行状态的远相邻绕组间互感为：
[0025][0026]
其中，ω为正弦交流电流的角频率，l
m2
为考虑电机运行状态的远相邻绕组间互感，ub和i
u2
为根据步骤五测试数据得到的b相绕组电压有效值和u相绕组电流有效值。
[0027]
进一步的，步骤七中考虑电机运行状态的相隔绕组间互感为：
[0028][0029]
其中，ω为正弦交流电流的角频率，l
m3
为考虑电机运行状态的相隔绕组间互感，uv和uw为根据步骤二测试数据得到的v相和w相绕组电压有效值，i
u1
为根据步骤二测试数据得到的u相绕组的电流有效值。
[0030]
本发明的有益效果：本发明利用不对称六相永磁同步电机多绕组结构特点结合交流静态法测试电机绕组自感及其与相邻绕组互感和相隔绕组互感。采用本方法测试电机绕组自感和互感，可以在考虑电机运行状态的情况下测试出电机处于任意一个位置时，一相绕组自感及其与相邻绕组互感和相隔绕组互感。既省去了外加转子堵转装置，又能提高电机自感和互感的测试精度，使其更接近电机运行状态下电机自感和互感的真实值。采用本发明方法实现电机电感的测试过程中，电机的机壳和轴伸都不用特殊固定，也不需要外部设备。具有结构简单、性能稳定、数据可靠等一系列优点，可以满足一般性电机电感测试需要。
附图说明
[0031]
图1为本发明方法步骤一所述的电路连接图；
[0032]
图2为本发明方法步骤二所述的电路连接图；
[0033]
图3为本发明方法步骤四所述的电路连接图；
[0034]
图4为本发明方法步骤五所述的电路连接图；
[0035]
图5为本明的不对称六相永磁同步电机的结构示意图。其中abc三相对称，各相相差120度电角度；uvw三相对称，各相相差120度电角度；a相和u相之间相差30度电角度。
具体实施方式
[0036]
下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明。
[0037]
实施例一：
[0038]
本发明一种不对称六相永磁同步电机绕组自感与互感测试方法，步骤如下：
[0039]
步骤一：在电机ab相绕组间，加入直流电源输入1，所述直流电源输入1用于提供电流为i1的恒定直流电流，同时，在电机ac相绕组间，加入直流电源输入2，所述直流电源输入2用于提供电流为i2的恒定直流电流，以产生使转子固定的电磁力矩，同时模拟电机运行时的电机内电磁场分布。
[0040]
步骤二：将要电机u相引出线接到变频器的单相输出端，给电机u相通预定频率的交流电，通过调压器调节电压为额定电压，记录当前时刻的测试数据，所述测试数据包括电机uvw三相绕组的端电压、u相电流及u相电功率。
[0041]
步骤三：停止通电，改变输入电流i1和i2的方向和大小，且电流i1和i2满足i1+i2＝iq(iq为电机运行时电流综合矢量的交轴电流值)然后重复步骤一、步骤二两个步骤，从而测试出电机转子处于不同位置时的u相绕组的自感以及uv相绕组间的互感和uw相绕组间的互感，此时的u相绕组自感记为电机的绕组自感参考量1，uv相绕组间的互感和uw相绕组间的互感的平均值记为相隔绕组间互感。
[0042]
步骤四：重新开始通电，在电机cv相绕组间，加入直流电源输入1，所述直流电源输
入1用于提供电流为i3的恒定直流电流，同时，在电机cw相绕组间，加入直流电源输入2，所述直流电源输入2用于提供电流为i4的恒定直流电流，以产生使转子固定的电磁力矩，同时模拟电机运行时的电机内电磁场分布。
[0043]
步骤五：将要电机u相引出线接到变频器的单相输出端，给电机u相通预定频率的交流电，通过调压器调节电压为额定电压，记录当前时刻的测试数据，所述测试数据包括电机uab三相绕组的端电压、u相电流及u相电功率。
[0044]
步骤六：停止通电，改变输入电流i3和i4的方向和大小，且电流i3和i4满足i3+i4＝iq(iq为电机运行时电流综合矢量的交轴电流值)，然后重复步骤四、步骤五两个步骤，从而测试出电机转子处于不同位置时的u相绕组的自感以及ua相绕组间的互感和ub相绕组间的互感，此时的u相绕组自感记为电机的绕组自感参考量2，ua相绕组间互感记为近相邻绕组间互感，ub相绕组间互感记为远相邻绕组间互感。
[0045]
步骤七：根据永磁同步电机的实际驱动方式以及步骤三和步骤六中的绕组自感参考量1和绕组自感参考量2，可以得到考虑电机运行状态的绕组自感，近相邻绕组间互感，远相邻绕组间互感，相隔绕组间互感测试结果。
[0046]
实施例二：
[0047]
如图1～图5所示，本实施例所涉及的一种永磁同步电机绕组自感和绕组间互感的测试方法，步骤如下：
[0048]
步骤一：在电机ab相绕组间，加入直流电源输入1，所述直流电源输入1用于提供电流为i1的恒定直流电流，同时，在电机ac相绕组间，加入直流电源输入2，所述直流电源输入2用于提供电流为i2的恒定直流电流，以产生使转子固定的电磁力矩，同时模拟电机运行时的电机内电磁场分布；其具体的电气连接如图1所示。
[0049]
步骤二：将要电机u相引出线接到变频器的单相输出端，给电机u相通预定频率的交流电，通过调压器调节电压为额定电压，记录当前时刻的测试数据，所述测试数据包括电机uvw三相绕组的端电压、u相电流及u相电功率。其具体的电气连接如图2所示。
[0050]
步骤三：停止通电，改变输入电流i1和i2的方向和大小，且电流i1和i2满足i1+i2＝iq(iq为电机运行时电流综合矢量的交轴电流值)然后重复步骤一、步骤二两个步骤，从而测试出电机转子处于不同位置时的u相绕组的自感以及uv相绕组间的互感和uw相绕组间的互感，此时的u相绕组自感记为电机的绕组自感参考量l
uu1
，uv相绕组间的互感l
uv
和uw相绕组间的互感l
uw
的平均值记为相隔绕组间互感l
m3
。
[0051]
永磁同步电机绕组自感及互感在本发明测试方法下的计算：
[0052]
对称五相永磁同步电机绕组的电压方程可写成如下矩阵形式：
[0053][0054]
其中，u＝[u
a u
b u
c u
d ue]，i＝[i
a i
b i
c i
d ie]，ψ＝l
·
i，
[0055]
[0056]
则第j个绕组的电压方程为
[0057][0058]
其中，l
jj
为第j个绕组的自感，l
kj
第k个绕组与第j个绕组的互感。
[0059]
实际上，绕组的自感和互感都是转子位置角θr的函数，因此公式(2)又可以写成如下形式：
[0060][0061]
利用静测法测定绕组电感参数时，固定电机转子不动，此时则公式(3)可简化为
[0062][0063]
此时，在第j个绕组中通入正弦交流电流ij，第k个绕组开路时。则第j个绕组和第k个绕组的电压方程可写为
[0064][0065][0066]
将上式写成复数形式
[0067]
uj＝rj·
ij+jωl
jj
ij[0068]
uk＝jωl
kj
ij[0069]
其中，uj，uk，ij均为相应电压和电流的有效值，ω为正弦交流电流的角频率。
[0070]
则当电机转子固定在某一个转子位置角θr时，第j个绕组的自感为
[0071][0072]
实际测量中，通过测量绕组铜损p和电流ij，可求得绕组的电阻如下
[0073][0074]
则第j个绕组的自感可表示为
[0075][0076]
第j个绕组与第k个绕组的互感为
[0077][0078]
按照上述公式，在第j个绕组中通入正弦交流电流ij，而第k个绕组开路的情况下，测量出第j个绕组的电流，第j个绕组的电压，第j个绕组的功率以及第k个绕组的电压即可计算出第j个绕组的自感与第k个绕组与第j个绕组的互感。
[0079]
步骤四：重新开始通电，在电机cv相绕组间，加入直流电源输入1，所述直流电源输入1用于提供电流为i3的恒定直流电流，同时，在电机cw相绕组间，加入直流电源输入2，所述直流电源输入2用于提供电流为i4的恒定直流电流，以产生使转子固定的电磁力矩，同时模拟电机运行时的电机内电磁场分布。其具体的电气连接如图3所示。
[0080]
步骤五：将要电机u相引出线接到变频器的单相输出端，给电机u相通预定频率的交流电，通过调压器调节电压为额定电压，记录当前时刻的测试数据，所述测试数据包括电机uab三相绕组的端电压、u相电流及u相电功率。其具体的电气连接如图4所示。
[0081]
步骤六：停止通电，改变输入电流i3和i4的方向和大小，且电流i3和i4满足i3+i4＝iq(iq为电机运行时电流综合矢量的交轴电流值)，然后重复步骤四、步骤五两个步骤，从而测试出电机转子处于不同位置时的u相绕组的自感以及ua相绕组间的互感和ub相绕组间的互感，此时的u相绕组自感记为电机的绕组自感参考量l
uu2
，ua相绕组间互感记为近相邻绕组间互感l
ua
，ub相绕组间互感记为远相邻绕组间互感l
ub
。
[0082]
步骤七：根据永磁同步电机的实际驱动方式以及步骤三和步骤六中的绕组自感参考量1和绕组自感参考量2，可以得到考虑电机运行状态的绕组自感，相邻绕组间互感，相隔绕组间互感测试结果。具体计算公式如下：
[0083]
ls＝al
uu1
+bl
uu2
[0084]
其中，ls为考虑电机运行状态的不对称六相永磁同步电机绕组自感的测试结果，a为不对称六相永磁同步电机采用空间矢量控制控制策略时上下桥臂相隔相导通模式的占比，b为不对称六相永磁同步电机采用空间矢量控制控制策略时上下桥臂相邻相导通模式的占比。
[0085][0086]
其中，l
m3
为考虑电机运行状态的不对称六相永磁同步电机相隔绕组互感的测试结果，uv，uw和i
u1
为步骤二中的测试结果。
[0087][0088]
其中，l
m1
为考虑电机运行状态的不对称六相永磁同步电机近相邻绕组互感的测试结果，ua和i
u2
为步骤五中的测试结果。
[0089][0090]
其中，l
m2
为考虑电机运行状态的不对称六相永磁同步电机远相邻绕组互感的测试结果，ub和i
u2
为步骤五中的测试结果。
[0091]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明
整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。