专利名称：多相化大功率低速永磁同步电机铜损及其温升的测试方法
技术领域：
本发明涉及一种多相化大功率低速永磁同步电机铜损及其温升的测试方法，属于电机测试技术领域。
背景技术：
目前，大功率感应电机的特性测试技术已经比较成熟，最常用和最主要的方法是把大功率感应电机装在实验架上，将电机本身作为电动机运行，同时利用大功率直流电机作为机械负载，完成对大功率感应电机特性的测试。也就是说，需要构成一个机组，才能实现对大功率感应电机的特性测试。在某些特殊场合，需要分别测试感应电机在额定状态下的铁损和铜损及其温升情况，进而对其运行可靠性进行评估。测试铁损及其温升一般采用空载实验法，而测试铜损及其温升一般用堵转实验法。采用同样的方法在进行大功率低速永磁同步电机的铜损及其温升的测试时，则存在以下诸多问题，主要有1、设备问题大功率低速永磁同步电机在运行时，由于转速较低，一般不超过 200rpm，其转矩很大，因此需要很大容量的直流电机及其辅助设备作为负载。比如，一个 500kffl00rpm的低速永磁同步电机，其额定转矩是50000Nm。这对于一般的研制单位来说， 根本不具备数百千瓦甚至兆瓦级的直流电机负载实验条件，因此完成不了这种测试；2、稳定性问题永磁同步电机的运行与普通感应电机不同，存在稳定性问题。如果采用电动机作为对拖负载，两种电机如果失步则可能出现震荡等不稳定现象。另外，由于永磁同步电机的永磁励磁，即使是在断电的情况下，其电机绕组中也会存在很高的电势，因此会对供电电源产生冲击；3、时间问题由于采用机组测试方式，需要配备和调试好电源及负载，不仅占用实验场地，而且大功率低速永磁同步电机到达稳定温升所需的时间较长，这对于研发过程中仅仅需要一般性的测试来说，既不经济，也不需要；4、安全性问题由于只是测量铜损及其温升，如果按照感应电机的测量方法，则需要把转子堵转。对于可以达到上万牛米的大功率低速永磁同步电机来说，采用机械方法，则需要把电机的机壳和轴伸分别稳定可靠固定，巨大的应力也是不安全因素。

发明内容
本发明的目的是为了解决目前采用大功率感应电机的特性测试方法进行大功率低速永磁同步电机的铜损及其温升的测试时，稳定性差的问题，提供一种多相化大功率低速永磁同步电机铜损及其温升的测试方法。本发明所述多相化大功率低速永磁同步电机的定子绕组具有N个独立运行单元， 每个独立运行单元为三相对称交流绕组，多相化大功率低速永磁同步电机的相数m为m = 3N，其中N为大于2的整数；作为电动机运行的独立运行单元的个数为N1,作为发电机运行的独立运行单元的个数为N2，并且N = N^N2, N1 > N2，当N为奇数时，选择N1 = N2+!；当N为偶数时，选择N1 =N2+2 ；将温度传感器埋设于多相化大功率低速永磁同步电机的定子绕组内；该测试方法包括以下步骤步骤一将作为电动机运行的N1个独立运行单元分别外接驱动器，以实现对该N1 个独立运行单元的驱动，并设置控制器用来对所有驱动器进行控制；同时使作为发电机运行的队个独立运行单元的绕组处于短接状态；步骤二通过控制器发送指令给所有驱动器，使多相化大功率低速永磁同步电机的转子开始旋转；步骤三根据作为电动机运行的一个独立运行单元的相电流Ial和作为发电机运行的一个独立运行单元的相电流Ia2计算获得多相化大功率低速永磁同步电机的铜损；测量所述温度传感器的输出信号，获得多相化大功率低速永磁同步电机的温升。本发明的优点是本发明根据大功率低速永磁同步电机多相化的特点，利用电机的自身绕组的结构特点，采用电动机-发电机的组合方式，来完成电机铜损及其温升的测试ο本发明巧妙地利用了永磁电机绕组短路时其电磁转矩的制动性质，实现了在所有独立运行单元中都通以额定数值的交流电流的设想，同时电机的转速极低，接近于堵转，实现了所需要的铜损及其导致的温升的测试。采用本发明方法实现电机铜损及其温升的测试过程中，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，可以满足一般性的低速永磁同步电机性能测试的需要。


图1为本发明方法的流程图；图2为本发明的测试结构示意图，图中U1表示作为电动机运行的第一个独立运行单元，^表示作为电动机运行的第N1个独立运行单元；Ul表示作为发电机运行的第一个独立运行单元，uN2表示作为发电机运行的第队个独立运行单元；图3为多相化大功率低速永磁同步电机的定子绕组结构示意图，图中Un、U12, U13 分别表示作为电动机运行的第一个独立运行单元的三相对称交流绕组，Umi、UN12, Un13分别表示作为电动机运行的第N1个独立运行单元的三相对称交流绕组；图中un、u12、u13分别表示作为发电机运行的第一个独立运行单元的三相对称交流绕组，uN21, uN22, Uffi3分别表示作为发电机运行的第队个独立运行单元的三相对称交流绕组。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述多相化大功率低速永磁同步电机的定子绕组具有N个独立运行单元，每个独立运行单元为三相对称交流绕组，多相化大功率低速永磁同步电机的相数m为m = 3N，其中N为大于2的整数；作为电动机运行的独立运行单元的个数为N1,作为发电机运行的独立运行单元的个数为N2，并且N = NJN2A1 > N2，当N为奇数时，选择N1 = N2+1 ；当N为偶数时，选择N1 = N2+2 ；将温度传感器埋设于多相化大功率低速永磁同步电机的定子绕组内；该测试方法包括以下步骤
步骤一将作为电动机运行的N1个独立运行单元分别外接驱动器，以实现对该N1 个独立运行单元的驱动，并设置控制器用来对所有驱动器进行控制；同时使作为发电机运行的队个独立运行单元的绕组处于短接状态；步骤二 通过控制器发送指令给所有驱动器，使多相化大功率低速永磁同步电机的转子开始旋转；步骤三根据作为电动机运行的一个独立运行单元的相电流Ial和作为发电机运行的一个独立运行单元的相电流Ia2计算获得多相化大功率低速永磁同步电机的铜损；测量所述温度传感器的输出信号，获得多相化大功率低速永磁同步电机的温升。本实施方式适用于多相化设计的大功率低速永磁同步电机。作为发电机运行的 N2个独立运行单元的绕组采用短路方式产生制动转矩，以使所述电机运行在非常低的转速下；利用预先埋设的温度传感器来测得绕组铜损产生的温升数据。本实施方式中对铜损产生的温升的测量为一种最成熟的普通方法，对温度传感器输出信号的测量，可利用二次仪表进行测量，由此能够实时测量电机绕组各部分的温度，进而得到铜损引起的温升数值。
具体实施方式
二 本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述步骤三中获得多相化大功率低速永磁同步电机的铜损的方法为计算多相化大功率低速永磁同步电机的转子上受到的合成转矩ΔΤ ΔΤ = N1T6di-N2Tb,式中Tem为作为电动机运行的一个独立运行单元的电磁转矩，Tb为作为发电机运行的一个独立运行单元的制动转矩；Teffl = kTIql,Tb = kTIq2,式中kT为多相化大功率低速永磁同步电机的定子绕组的一个独立运行单元的力矩系数，Iql为作为电动机运行的一个独立运行单元的交轴电流，Iq2为作为发电机运行的一个独立运行单元的交轴电流；将合成转矩Δ T近似为零NJem-N2TB 0，得到
权利要求
1.一种多相化大功率低速永磁同步电机铜损及其温升的测试方法，所述多相化大功率低速永磁同步电机的定子绕组具有N个独立运行单元，每个独立运行单元为三相对称交流绕组，多相化大功率低速永磁同步电机的相数m为m = 3N，其中N为大于2的整数；其特征在于作为电动机运行的独立运行单元的个数为N1，作为发电机运行的独立运行单元的个数为N2，并且N = N^N2，N1 > N2，当N为奇数时，选择N1 = N2+l ；当N为偶数时，选择N1 = N2+2 ； 将温度传感器埋设于多相化大功率低速永磁同步电机的定子绕组内； 该测试方法包括以下步骤步骤一将作为电动机运行的N1个独立运行单元分别外接驱动器，以实现对该N1个独立运行单元的驱动，并设置控制器用来对所有驱动器进行控制；同时使作为发电机运行的 N2个独立运行单元的绕组处于短接状态；步骤二 通过控制器发送指令给所有驱动器，使多相化大功率低速永磁同步电机的转子开始旋转；步骤三根据作为电动机运行的一个独立运行单元的相电流Ial和作为发电机运行的一个独立运行单元的相电流Ia2计算获得多相化大功率低速永磁同步电机的铜损； 测量所述温度传感器的输出信号，获得多相化大功率低速永磁同步电机的温升。
2.根据权利要求1所述的多相化大功率低速永磁同步电机铜损及其温升的测试方法， 其特征在于所述步骤三中获得多相化大功率低速永磁同步电机的铜损的方法为计算多相化大功率低速永磁同步电机的转子上受到的合成转矩ΔΤ AT = NJem-N2TB，式中Tm为作为电动机运行的一个独立运行单元的电磁转矩，Tb为作为发电机运行的一个独立运行单元的制动转矩； Tem — kTIql ？ Tb — kTIq2,式中kT为多相化大功率低速永磁同步电机的定子绕组的一个独立运行单元的力矩系数，Iql为作为电动机运行的一个独立运行单元的交轴电流，Iq2为作为发电机运行的一个独立运行单元的交轴电流；将合成转矩Δ T近似为零=N1Tm-N2Tb ^ 0，r N1 τ 得到。=g&，由‘ =A1COS仍，式中例为作为电动机运行的一个独立运行单元的功率因数角； 再由作为发电机运行的队个独立运行单元的绕组处于短接状态，获得Itl2 ^ Ia2,将&々I郝为Ia2 ^Jfll，N, cos φ, Λ调节作为电动机运行的各个独立运行单元的功率因数角的大小，使得^^1 = 1，得到 Ia2 ^ Ial,设定 In = Ia2 ^ Ial,得到多相化大功率低速永磁同步电机的铜损PeuS Pcu= HNI2NRa，式中Peul为多相化大功率低速永磁同步电机每个独立运行单元的铜损，Ra为多相化大功率低速永磁同步电机每相交流绕组的电阻。
3.根据权利要求1或2所述的多相化大功率低速永磁同步电机铜损及其温升的测试方法，其特征在于所述N等于5，N1等于3，N2等于2。
全文摘要
多相化大功率低速永磁同步电机铜损及其温升的测试方法，属于电机测试技术领域。它解决了采用大功率感应电机的特性测试方法进行大功率低速永磁同步电机的铜损及其温升的测试时，稳定性差的问题。它将作为电动机运行的N1个独立运行单元分别外接驱动器，设置控制器对所有驱动器进行控制；使作为发电机运行的N2个独立运行单元的绕组处于短接状态；通过控制器发送指令给所有驱动器；根据作为电动机运行的一个独立运行单元的相电流Ia1和作为发电机运行的一个独立运行单元的相电流Ia2计算获得多相化大功率低速永磁同步电机的铜损；测量所述温度传感器的输出信号，获得多相化大功率低速永磁同步电机的温升。本发明适用于对大功率低速永磁同步电机进行特性测试。
文档编号G01R31/34GK102221673SQ20111005846
公开日2011年10月19日 申请日期2011年3月11日 优先权日2011年3月11日
发明者刘彦彬, 姜新通, 徐永向, 李勇, 杨贵杰, 赵博, 邹继斌, 陆永平 申请人:哈尔滨工业大学