永磁同步電機(jī)參數(shù)測量試驗方法

1、永磁同步電機(jī)參數(shù)測量實驗一、實驗?zāi)康? .測量永磁同步電機(jī)定子電阻、交軸電感、直軸電感、轉(zhuǎn)子磁鏈以及轉(zhuǎn)動慣量。二、實驗內(nèi)容2 .掌握永磁同步電機(jī)dq坐標(biāo)系下的電氣數(shù)學(xué)模型以及機(jī)械模型。3 .了解三相永磁同步電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。4 .確定永磁同步電機(jī)定子電阻、交軸電感、直軸電感、反電勢系數(shù)以及轉(zhuǎn)動慣量。三、擬需實驗器件1 .待測永磁同步電機(jī)1臺;2 .示波器1臺；3 .西門子變頻器一臺；4 .測功機(jī)一臺及導(dǎo)線若干；5 .電壓表、電流表各一件；四、實驗原理1 .定子電阻的測量采用直流實驗的方法檢測定子電阻。通過逆變器向電機(jī)通入一個任意的空間電壓矢量U（例如U）和零矢量U0,同時記錄電機(jī)的定子相電流，緩慢

2、增加電壓矢量U的幅值，直到定子電流達(dá)到額定值。如圖1所示為實驗的等效圖，A、B、C為三相定子繞組，Ud為經(jīng)過斬波后的等效低壓直流電壓。Id為母線電流采樣結(jié)果。當(dāng)通入直流時，電機(jī)狀態(tài)穩(wěn)定以后，電機(jī)轉(zhuǎn)子定位,記錄此時的穩(wěn)態(tài)相電流。因此，定子電阻值的計算公式為：.1.IaId,IbIc-Id(2)2Ud3Id圖1電路等效模型2 .直軸電感的測量在做直流實驗測量定子電阻時，定子相電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，永磁轉(zhuǎn)子將旋轉(zhuǎn)到和定子電壓矢量重合的位置，也即此時的d軸位置。測定定子電阻后，關(guān)斷功率開關(guān)管，永磁同步電機(jī)處于自由狀態(tài)。向永磁同步電機(jī)施加一個恒定幅值，矢量角度與直流實驗相同的脈沖電壓矢量(例如U),此時電機(jī)軸

3、不會旋轉(zhuǎn)(3=0),d軸定子電流將建立起來，則d軸電壓方程可以簡化為：UdRidLqiqLdddUdRidLddddtdt對于d軸電壓輸入時的電流響應(yīng)為：U_Rti(t)U(1eLd)(4)R利用式(4)以及測量得到的定子電阻值和觀測的電流響應(yīng)曲線可以計算得到直軸電感值。其中U/R為穩(wěn)態(tài)時的電流反應(yīng)，R為測得的電機(jī)定子電阻。由上式可知電流上升至穩(wěn)態(tài)值的一R倍時，一t1,電感與電阻的關(guān)系式可以寫成：LdLdt0.632?R其中為電流上升至穩(wěn)態(tài)值倍時所需的時間.3 .交軸電感的測量測出Ld之后，在q軸方向(d軸加90°)施加一脈沖電壓矢量。電壓矢量的作用時間一般選取的很短，小于電機(jī)的機(jī)械

4、時間常數(shù)，保證電機(jī)軸在電壓矢量作用期間不會轉(zhuǎn)動。則q軸電壓方程可以簡化為：diq.diqUqRiqLdidLq-UqRiqLq-(6)dtdtq軸電流將按如下的指數(shù)形式建立：U昌i(t)U(1eLq)R利用測量直軸電感的方法同樣可以測量交軸電感。此外，由于沒有正好超前d軸90°的電壓矢量，需要施加一個60°和120°合成矢量來完成等效q軸電壓矢量的施加過程。并且在進(jìn)行脈沖電壓實驗的過程中，電壓幅值和作用時間應(yīng)選擇適當(dāng)。電壓幅值選擇太小，影響檢測精度，過大可能使電流超過系統(tǒng)限幅值影響系統(tǒng)安全。作用時間過短，采樣點(diǎn)少，獲取的電流信息少，也會影響檢測精度，作用時間過長，

5、電流同樣可能過大影響系統(tǒng)安全，并且電機(jī)容易發(fā)生轉(zhuǎn)動。4 .反電勢系數(shù)的測量采用空載實驗法，即用測功機(jī)帶動被測永磁同步電機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同時保持被測電機(jī)負(fù)載開路，測試此時的電機(jī)空載相電壓，即為反電勢電壓。結(jié)合轉(zhuǎn)速、反電勢可以計算得出相應(yīng)的反電勢系數(shù)，計算公式如下：KeE1000(8)n式中：E為反電勢，n為轉(zhuǎn)速。電機(jī)的反電勢系數(shù)，其定義為每1000PRM時電機(jī)每相繞組上的反電勢電壓的有效值(請注意不是線線電壓，是線到中性線的電壓，單位為：V/KRPM相)這種方法需要將被測電機(jī)運(yùn)行至發(fā)電狀態(tài)，并且需要負(fù)載開路手動測試反電勢。5 .轉(zhuǎn)動慣量的測量根據(jù)簡化的電機(jī)運(yùn)動方程:TeTlJ（9）t在電機(jī)恒

6、轉(zhuǎn)矩運(yùn)行過程中，測量時間t內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，即可計算得轉(zhuǎn)動慣量。保持永磁電機(jī)定子端開路，首先用測功機(jī)以恒定轉(zhuǎn)矩拖動電機(jī)加速運(yùn)行，分別記錄tl與t2時刻轉(zhuǎn)速31與32；然后讓電機(jī)自由停機(jī)，并分別記錄t3與t4時刻的轉(zhuǎn)速33與34。列寫方程組：JTmTo(10)t2tiJ30Tot4t3式中Tm為測功機(jī)施加給永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩，可由測功機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速求得，即T=P/（npco）,To為空載轉(zhuǎn)矩。解方程組即可得轉(zhuǎn)動慣量Jo五、實驗步驟1 .給電機(jī)施加直流電壓，緩慢增加電壓矢量，使得定子電流達(dá)到額定值，記錄直流側(cè)等效電壓。利用公式（2）計算出定子電阻。In為電機(jī)的額定電流表Id20%N40%N60%N

7、80%N100%NUd2 .待測試完定子電阻電機(jī)靜止后，繼續(xù)按順序施加步驟1中的電壓矢量，其幅值為步驟1中的額定電流下的電壓幅值，此時電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，利用示波器記錄直流母線電流波形，并讀取電流上升至穩(wěn)態(tài)值的倍時所需的時間，利用公式（5）計算出直軸電感值。表二：UdUU2U4U5t注：U為母線電流為電機(jī)額定電流的20%寸所需的等效直流電壓，其他依次內(nèi)推。3 .利用變頻器施加一個60。和120。合成矢量產(chǎn)生所需的超前d軸90。的q軸電壓矢量，并且合成矢量的作用時間必須盡可能小，避免電機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)動，利用示波器記錄直流母線電流波形，并分別讀取電流上升至穩(wěn)態(tài)值的、倍時所需的時間。利用公式（7）計算交軸電感值。表二:電流與穩(wěn)態(tài)值之比所需時間t4 .利用測功機(jī)帶動待測電機(jī)轉(zhuǎn)動，記錄不同轉(zhuǎn)速下電機(jī)的相電壓幅值，利用公式（8）計算得到反電勢系數(shù)。3為其額定轉(zhuǎn)速表四:電機(jī)轉(zhuǎn)速60%«80%o10