深圳市世泰瑞爾工業(yè)儀器儀表有限公司
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閱讀：639發(fā)布時間：2022-11-7
扭矩傳感器-感應(yīng)電機準(zhǔn)靜態(tài)機電特性測定測試臺
作者： Eric Armando, Aldo Boglietti, IEEE院士 Radu Bojoi, IEEE **會員 Andrea Cavagnino,IEEE **會員 Alberto Tenconi,IEEE **會員，都靈理工大學(xué) 注: IEEE - 國際電氣和電子工程師協(xié)會，是目前*大的非營利性專業(yè)技術(shù)學(xué)會 廣義上來講*常見的機電特性為“扭矩VS速度"或是“扭矩VS電流"，能立即給出電機性能的直觀感受。感應(yīng)電機機電特性能夠通過等效電路計算得出，也可在實驗室中進行測定（按照IEEE Std. 112-2004及IEEE Std 114-201.0國際標(biāo)準(zhǔn)）。 試驗臺介紹 如圖1所示，采用對拖形式臺架，測試電機（MUT）和驅(qū)動電機（DM）之間的軸通過扭矩傳感器來耦合。扭矩傳感器輸出兩路信號：一路作為被測量，另一路作為反饋信號輸出到dSPACE控制單元上。 圖1試驗臺示意圖 驅(qū)動電機為同步磁阻電機，通過帶有制動能力的脈寬調(diào)制逆變器供電，其速度控制由dSPACE DS1104 控制單元完成。測試電機由正弦交流電源供電，在測試過程中可調(diào)節(jié)供電電壓。 試驗臺的核心為 HBM 提供的 GEN3i 數(shù)據(jù)記錄儀（圖2），其可以2 MS/s采樣速率同步記錄12個隔離通道，精度高，可高采樣率進行長期數(shù)據(jù)記錄，且不會丟失任何瞬態(tài)的信息。 GEN3i 數(shù)據(jù)記錄儀測量量為： 測試電機相電流 iUVW 和相電壓uUVW; 扭矩，轉(zhuǎn)速和同步信號sin（*后兩個信號由 dSpace 系統(tǒng)提供） 圖3 測試原始數(shù)據(jù)波形圖 *上方：瞬時相電流及相電流有效值 中間：瞬時相電壓及有效值 *下方：濾波后扭矩及轉(zhuǎn)速 圖4 計算值波形圖Pmec：機械功率，eta_filt：濾波后的效率，PF: 功率因數(shù)，Pelt：輸入電功率 三相異步電機測試 A準(zhǔn)靜態(tài)扭矩特性測量 扭矩特性通過施加到驅(qū)動電機的速度控制方案中特殊的參考速度斜坡來進行測定。低值速度斜坡為測試電機施加準(zhǔn)靜態(tài)操作提供了理想條件。但是斜坡時間將變大。因此，斜坡時間應(yīng)被限制，以免測試中導(dǎo)致測試電機溫度升高。 圖5 三種供電電壓下扭矩-轉(zhuǎn)速特性圖（左） 圖6 三種供電電壓下扭矩-電流特性圖（右） B.堵轉(zhuǎn)試驗 堵轉(zhuǎn)測試是異步電機等效電路參數(shù)測定必須的標(biāo)準(zhǔn)實驗。這個測試可以施加轉(zhuǎn)速為零的控制信號到驅(qū)動電機。因為被測電機連接到扭矩傳感器，啟動扭矩壓降也可以測量。 C. 同步轉(zhuǎn)速下的空載測試 這個測試在磁化電流和鐵損中具有的精度。因為機械和風(fēng)阻損失可以通過驅(qū)動電機補償。通過施加給驅(qū)動電機一個等于被測電機同步速度的機械速度即可。驅(qū)動電機的供電頻率必須和被測電機相同。 D.效率測試 在測試中，驅(qū)動電機用于制動，施加額定扭矩到被測電機。由于測試臺采用的再生驅(qū)動器，軸功率可以回收，**需要提供的是系統(tǒng)總損失。熱試驗結(jié)束時，驅(qū)動器可以被編程以執(zhí)行可變負(fù)載測試，但必須估算雜散載荷損失。 在額定負(fù)載溫度測試完成后，為了評估溫度對機電特性的影響，加速測試可以快速重復(fù)。關(guān)于三相感應(yīng)電機扭矩隨溫度的變化見圖9。 圖7 不同環(huán)境溫度下扭矩-轉(zhuǎn)速特性圖及扭矩-電流特性圖（Cold：定子繞組溫度為25 °C， hot：105 °C） E.電機時間常數(shù)評估測試 電機時間常數(shù)是高性能電機矢量控制轉(zhuǎn)子磁通評估的關(guān)鍵參數(shù)。此項測試可以采用空載測試的工作條件。驅(qū)動電機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠存儲被測電機的終端電壓。電壓等于主開關(guān)為“ON"狀態(tài)的供電電壓，而這將是等于當(dāng)主開關(guān)為“OFF"狀態(tài)，由轉(zhuǎn)子磁通產(chǎn)生的定子電動勢（EMF）。EMF 幅度衰減由轉(zhuǎn)子時間常數(shù)確定。定子電動勢波形的包絡(luò)線在評估轉(zhuǎn)子時間常數(shù)具有優(yōu)異的精度。實際上，采用這種理論計算的時間常數(shù)不受轉(zhuǎn)子電流趨膚效應(yīng)影響。 為了獲得轉(zhuǎn)子時間常數(shù)的準(zhǔn)確評估，作者采用了定子電壓矢量振幅的衰減作為靜態(tài)幀的平方根。在圖10中，當(dāng)主開關(guān)關(guān)閉后，EMF 振幅出現(xiàn)衰減，估算的時間常數(shù)為114 ms。 F.標(biāo)準(zhǔn)空載測試 經(jīng)典空載試驗也是用于測量感應(yīng)電機等效電路參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)測試之一。對于本試驗中，試驗臺是沒有必要的，因為電機軸轉(zhuǎn)動期間，測試電機必須是自由無機械負(fù)載連接。 對于這個測試，測試電機必須和扭矩計和驅(qū)動電機軸斷開，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)仍然用于與施加到MUT供電電壓測量的時間間隔的同步。 結(jié)論 本文提出了一種正弦電壓供電異步電機的準(zhǔn)靜態(tài)特性機電測定的試驗臺。相對于在文獻中提出的其它解決方案，所提出的試驗臺具有以下優(yōu)點 在零速度并且被測電機保持靜止?fàn)顟B(tài)，可以測定真實的起動轉(zhuǎn)矩。通過帶速度控制的驅(qū)動電機可以很好地實現(xiàn)。 采用了HBM GEN3i數(shù)據(jù)記錄儀可以獲得完整的數(shù)據(jù)流，并且不會出現(xiàn)功率分析儀常有的同步問題。 此外，使用數(shù)據(jù)記錄器可以捕獲瞬態(tài)現(xiàn)象，而這對于功率分析儀來說是非常困難的，甚至是不可能的。并且通過數(shù)據(jù)存儲，隨后采用特殊的過濾和計算功能，以獲得其他測量量（效率，功率因數(shù)，功率，損耗等）。感應(yīng)電機準(zhǔn)靜態(tài)機電特性測定測試臺
圖2 試驗臺（左）及GEN3i數(shù)據(jù)記錄儀（右）
圖8 轉(zhuǎn)子時間常量評價測試
圖9 電機啟動測試 *上方：電壓和電流，中間：扭矩和轉(zhuǎn)速，底部：機械功率及電功率
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