大功率同步电机电磁转矩测试方法及装置

本技术涉及同步电机测试，尤其涉及一种大功率同步电机电磁转矩测试方法及装置。

背景技术：

1、同步电机由于具有高效率、高功率密度、结构简单等特点而被广泛应用于工业领域，尤其是大功率同步电机越来越成为电机行业的新宠，这对电机设计制造和测试等提出更高要求。

2、相关技术方案中，电机试验测试方法一般是采取陪试电机拖动的方式，但是这种动态的测试方法会产生电磁转矩幅值及相位失真的问题，而且所需陪试电机的最大转矩、最大转速、功率都须大于被试电机，该测试方法还需要与陪试电机配套的能耗装置或者将能量回馈电网的装置。对于小功率测试系统来说，可以用涡流测功机或者磁粉测功机替代陪试电机及相关的能耗装置。但是对于数十千瓦以上的中等或大功率测试系统而言，无法使用涡流测功机或者磁粉测功机替代陪试电机，而兆瓦级大功率陪试电机难以获得并且成本高昂。此外，常规的大功率电机试验方法耗能严重，而且会导致工作现场环境恶劣。以10兆瓦电机为例，陪试电机功率需要超过10兆瓦，另外还需要10兆瓦全功率的控制器和全功率的电源，即使测试系统采用能量回收单元仍会产生大量损耗，若产生20%的损耗则有2000千瓦，这会产生极大的能源浪费并导致工作现场环境剧烈温升。

技术实现思路

1、本技术的目的在于一种大功率同步电机电磁转矩测试装置，能够实现低能耗、低成本和高精确度的大功率同步电机电磁转矩的测试。

2、基于上述目的，本技术提供一种大功率同步电机电磁转矩测试装置，测试装置包括可控直流电源、分度装置、转矩传感器、电流控制模块和数据处理模块，其中，

3、电流控制模块设定多组不同电流幅值的第一三相电流数据组，每一组第一三相电流数据组具有相同的电流幅值，且具有多个不同的被试电机的电流矢量相位角，根据三相电流公式将每一组第一三相电流数据组基于不同的电流矢量相位角计算，得到每一个电流幅值所对应的多组第一直流电流；

4、分度装置固定被试电机的转子且不能转动，对应每一个电流幅值，可控直流电源对被试电机的定子绕组分别输入每一组第一直流电流，转矩传感器采集基于各个电流矢量相位角下的电磁转矩，输出至数据处理模块，数据处理模块获取每一个电流幅值下的最大电磁转矩以及最大电磁转矩所对应的最佳电流矢量相位角，进而获取每一个电流幅值所对应的最佳电流矢量相位角；

5、电流控制模块设定多组不同电流幅值的第二三相电流数据组，其中，电流控制模块控制电流幅值不变，分度装置带动被试电机的转子转动，电流控制模块获取在被试电机的静止状态下每一次转动时的转子位置角度，并根据电流幅值所对应的最佳电流矢量相位角和各次转动时转子改变的电角度确定一组电流矢量相位角，基于该组电流矢量相位角和电流幅值确定一组第二三相电流数据组，并根据三相电流公式计算得到对应的多组第二直流电流，可控直流电源对被试电机的定子绕组分别输入每一组第二直流电流，转矩传感器采集基于该组各个电流矢量相位角下的电磁转矩，并输出至数据处理模块，数据处理模块拟合得到该电流幅值对应的电磁转矩-转子位置曲线，改变第二三相电流数据组的电流幅值，得到不同电流幅值所对应的电磁转矩-转子位置曲线。

6、进一步的，电流控制模块设定第一电流幅值，将电流矢量相位角从0到360度按照第一角度步长依次增加，依次得到多个电流矢量相位角，根据第一电流幅值和多个电流矢量相位角得到对应的第一组第一三相电流数据组，根据三相电流公式基于电流幅值和各个电流矢量相位角进行计算，得到第一电流幅值对应的多组第一直流电流；

7、可控直流电源对被试电机的定子绕组分别输入每一组第一直流电流，转矩传感器采集基于各个电流矢量相位角下的电磁转矩，并发送至数据处理模块；

8、数据处理模块根据获取的基于各个电流矢量相位角下的电磁转矩，拟合得到第一电流幅值对应的第一电磁转矩与电流矢量相位角关系曲线，在第一电磁转矩与电流矢量相位角关系曲线中确定最大电磁转矩，以及最大电磁转矩所对应的第一最佳电流矢量相位角，进而确定第一电流幅值对应的第一最佳电流矢量相位角；

9、电流控制模块控制第一电流幅值按照预设幅值步长递增第二电流幅值，数据处理模块得到第二电流幅值对应的第二最佳电流矢量相位角，以此类推，数据处理模块获取每一个电流幅值所对应的最佳电流矢量相位角。

10、进一步的，电流控制模块根据三相电流公式，计算得到通入被试电机的定子绕组a相的第一a相直流电流ia1m、b相的第一b相直流电流ib1m以及c相的第一c相直流电流ic1m为：

11、ia1m=ism× cosφ；

12、ib1m=ism× cos(φ-2/3π)；

13、ic1m=ism× cos(φ+2/3π)；

14、ism=k× is；

15、其中，m表示第几组，ism为第m组第一三相电流数据组的电流幅值，k为系数，取值为0.1-1.5，is为被试电机的额定电流的根号2倍，φ为第一角度步长；

16、当ism不变后，电流矢量相位角从0到360度按照第一角度步长φ均匀变化，获取得到多个第一a相直流电流值、第一b相直流电流以及第一c相直流电流值；

17、通过系数k改变ism的值，重复改变电流矢量相位角，得到不同ism下的多个第一a相直流电流值、第一b相直流电流以及第一c相直流电流值。

18、进一步的，测试装置还包括位置传感器和联轴器，位置传感器设置于分度装置的输出套轴上，分度装置通过输出套轴与转矩传感器的一端连接，转矩传感器的另一端与被试电机连接，位置传感器、分度装置以及被试电机同轴转动，当被试电机的转子每一次转动时，位置传感器采集该次转动的转子位置角度，并将该次转动的转子位置角度发送至数据处理模块和电流控制模块。

19、进一步的，电流控制模块设定第二三相电流数据组的电流幅值为第一电流幅值；

20、分度装置以第一步长带动被试电机的转子以第二步长转动；

21、在转子每一次转动过程中，其中，

22、位置传感器采集在被试电机的静止状态下该次转动的转子位置角度，并发送至电流控制模块和数据处理模块，电流控制模块基于该次转动的转子位置角度计算得到该次转动的转子改变的电角度，并将第一电流幅值对应的第一最佳电流矢量相位角与该次转动的转子改变的电角度的之和作为该次转动的电流矢量相位角，利用三相电流公式，根据第一电流幅值和该次转动的电流矢量相位角，计算得到第二直流电流，并通过可控直流电源将第二直流电流输入被试电机的定子绕组，转矩传感器采集该次转动的电磁转矩，并发送至数据处理模块，数据处理模块获取该次转动的转子位置角度下的电磁转矩，以此类推，当转子转动360度后，数据处理模块获取各个转子位置角度下的电磁转矩，拟合得到第一电流幅值下的电磁转矩-转子位置曲线。

23、进一步的，设定第二三相电流数据组的第一电流幅值为is1，对应的第一最佳电流矢量相位角为φopt1，电流控制模块根据三相电流公式，计算得到通入被试电机的定子绕组a相的第二a相直流电流ia2j、b相的第二b相直流电流ib2j以及c相的第二c相直流电流ic2j为：

24、ia2j=is1×cos(φopt1+p×θj)；

25、ib2j=is1×cos (φopt1+ p×θj-2/3π)；

26、ic2j=is1×cos (φopt1+p×θj+2/3π)；

27、其中， p为被试电机的极对数，θj为被试电机转子第j次转动后的转子位置角度，p×θj为被试电机转子第j次转动后的电角度，ia2j为第j次转动的a相直流电流值，ib2j为第j次转动的b相直流电流值，ic2j为第j次转动的c相直流电流值。

28、进一步的，电流控制模块设定多组不同电流幅值的第三三相电流数据组，其中，

29、电流控制模块控制电流幅值不变，并设定为第一电流幅值，并确定第一电流幅值所对应的第一最佳电流矢量相位角，将第一最佳电流矢量相位角从-90到90度按照第二角度步长依次增加，当第一最佳电流矢量相位角每次叠加一个第二角度步长时，分度装置带动被试电机的转子按照第二步长转动到360度，其中，

30、在每一次转动过程中，位置传感器采集该次转动时的转子位置角度，

31、电流控制模块基于该次转动的转子位置角度确定该次转动转子改变的电角度，并将第一最佳电流矢量相位角叠加后的电流矢量相位角和该次转动转子改变的电角度的之和作为该次转动的电流矢量相位角，利用三相电流公式，根据第一电流幅值和该次转动的电流矢量相位角，计算得到第三直流电流，并通过可控直流电源将第三直流电流输入被试电机的定子绕组，转矩传感器采集该次转动的电磁转矩，并发送至数据处理模块，数据处理模块获取该次转动的转子位置角度下的电磁转矩，当被试电机的转子转动360度后，数据处理模块获取各个转子位置角度下的电磁转矩，拟合得到第一电流幅值下该次叠加后的电流角度下的电磁转矩-转子位置曲线，当第一最佳电流矢量相位角按照第二角度步长迭代增加完成后，获取第一电流幅值下的任一电流矢量相位角下的电磁转矩-转子位置曲线；

32、电流控制模块控制第一电流幅值按照预设幅值步长递增至第二电流幅值，数据处理模块获取第二电流幅值下的任一电流矢量相位角下的电磁转矩-转子位置曲线；

33、以此类推，数据处理模块获取每一个电流矢量相位角下一簇不同电流幅值下的电磁转矩和转子位置的关系曲线，拟合得到被试电机的电磁转矩相对转子位置、电流幅值和电流矢量相位角的高维曲面。

34、基于上述目的，本技术提供一种大功率同步电机电磁转矩测试方法，测试方法包括：

35、s1、设定多组不同电流幅值的第一三相电流数据组，每一组第一三相电流数据组具有相同的电流幅值，且具有多个不同的被试电机的电流矢量相位角，根据三相电流公式将每一组第一三相电流数据组基于不同的电流矢量相位角计算，得到每一个电流幅值所对应的多组第一直流电流；

36、s2、固定被试电机的转子且不能转动，对应每一个电流幅值，对被试电机的定子绕组分别输入每一组第一直流电流，采集基于各个电流矢量相位角下的电磁转矩，获取每一个电流幅值下的最大电磁转矩以及最大电磁转矩所对应的最佳电流矢量相位角，进而获取每一个电流幅值所对应的最佳电流矢量相位角；

37、s3、设定多组不同电流幅值的第二三相电流数据组，控制电流幅值不变，带动被试电机的转子转动，获取在被试电机的静止状态下每一次转动时的转子位置角度，并根据电流幅值所对应的最佳电流矢量相位角和各次转动时转子改变的电角度确定一组电流矢量相位角，基于该组电流矢量相位角和电流幅值确定一组第二三相电流数据组，并根据三相电流公式计算得到对应的多组第二直流电流；

38、s4、对被试电机的定子绕组分别输入每一组第二直流电流，采集基于该组各个电流矢量相位角下的电磁转矩，拟合得到该电流幅值对应的电磁转矩-转子位置曲线；

39、s5、改变第二三相电流数据组的电流幅值，重复执行步骤s3和s4，得到不同电流幅值所对应的电磁转矩-转子位置曲线。

40、进一步的，测试方法还包括：

41、设定多组不同电流幅值的第三三相电流数据组，控制电流幅值不变，并设定为第一电流幅值，并确定第一电流幅值所对应的第一最佳电流矢量相位角，将第一最佳电流矢量相位角从-90到90度按照第二角度步长依次增加；

42、当第一最佳电流矢量相位角每次叠加一个第二角度步长时，分度装置带动被试电机的转子按照第二步长转动到360度，其中，

43、在每一次转动过程中，采集该次转动时的转子位置角度，基于该次转动的转子位置角度确定该次转动转子改变的电角度，并将第一最佳电流矢量相位角叠加后的电流矢量相位角和该次转动转子改变的电角度的之和作为该次转动的电流矢量相位角，利用三相电流公式，根据第一电流幅值和该次转动的电流矢量相位角，计算得到第三直流电流，将第三直流电流输入被试电机的定子绕组，获取该次转动的转子位置角度下的电磁转矩；

44、当被试电机的转子转动360度后，获取各个转子位置角度下的电磁转矩，拟合得到第一电流幅值下该次叠加后的电流角度下的电磁转矩-转子位置曲线，当第一最佳电流矢量相位角按照第二角度步长迭代增加完成后，获取第一电流幅值下的任一电流矢量相位角下的电磁转矩-转子位置曲线；

45、控制第一电流幅值按照预设幅值步长递增至第二电流幅值，获取第二电流幅值下的任一电流矢量相位角下的电磁转矩-转子位置曲线；

46、以此类推，获取每一个电流矢量相位角下一簇不同电流幅值下的电磁转矩和转子位置的关系曲线，拟合得到被试电机的电磁转矩相对转子位置、电流幅值和电流矢量相位角的高维曲面。

47、基于上述目的，本技术提供一种计算机设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器、通信接口、存储器通过通信总线完成相互间的通信；

48、存储器，用于存放计算机程序；

49、处理器，用于执行述存储器上所存放的计算机程序时，实现如权利要求上所述的方法的步骤。

50、本技术能够提供大功率同步电机电磁转矩的测试装置，该测试所需要的能耗大大降低，节能效果显著，降低测试成本，并且能够实现精确度更高的电磁转矩测试。