CN111239603A - 一种电动汽车用永磁同步磁阻电机电感测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车用永磁同步磁阻电机电感测试装置和方法，负载电机的输出端同时连接有两个开关，开关K1的另一侧连接有电阻输入端，开关K2的另一侧连接第一变频器的输出端，第一变频器的输入端分别连接第二变频器的输入端并同时连接电源，第二变频器的输出端连接功率分析仪的输入端，第二变频器的输出端电线分别穿过有电流传感器，电流传感器连接功率分析仪并设有信号调理电路，旋转变压器的连接被试电机，旋转变压器连接解码电路板，解码电路板的连接数据采集卡，数据采集卡与PC相连，数据采集卡的输入端连接功率分析仪，数据采集卡还连接有分析仪。本发明通过在电机运行时测试各个参数，进而计算得到电机实际工作状态下的电感。

Description

一种电动汽车用永磁同步磁阻电机电感测试装置及方法

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及了一种电动汽车用永磁同步磁阻电机电感测试装置及方法。

背景技术

电动汽车用永磁同步磁阻电机具有高功率密度、高效率及较宽的调速区间等特点，电机的交、直轴电感大小决定了电机性能的优劣，不同的交、直轴电感值对电机的弱磁性能和外特性产生很大影响，是电机设计的关键参数之一。电机在不同负载和转速下，交、直轴电感都不同，因此能够准确得到电机不同工作状态下电机的交、直轴电感，可以让控制器更好的对电机进行有效的控制。但目前没有能够实现在线测试电动汽车用永磁同步磁阻电机交轴和直轴电感的方法或设备。

发明内容

发明目的

为了解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种电动汽车用永磁同步磁阻电机电感测试装置及方法，该装置及方法能够在电机实际运行时，实时测试电机不同工作状态的交轴和直轴电感，从而提高控制器对电机的控制性能。

技术方案

一种电动汽车用永磁同步磁阻电机电感测试装置，包括旋转变压器、解码电路板、变频器、信号调理电路、电流传感器、数据采集卡、PC电脑、功率分析仪、电阻负载、开关、负载电机和电源；负载电机的绕组输出端同时连接有两个开关，分别为开关K1一侧的a、b和c端和开关K2一侧的a、b和c端，开关K1的另一侧的U、V和W端连接有电阻负载的电阻输入A、B和C端，开关 K2的另一侧U、V和W端连接第一变频器的输出R、S和T端，第一变频器的输入U、V和W端分别连接第二变频器的输入U、V和W端并同时连接在电源上，用于连接被试电机的第二变频器的输出R、S和T端分别连接功率分析仪的输入 U、V和W端，第二变频器的输出R、S和T端分别连接的用于连接被试电机的电线分别各穿过有一个电流传感器，三个电流传感器分别连接功率分析仪的检测输入C和c端、功率分析仪的检测输入B和b端和功率分析仪的检测输入A和a 端，三个电流传感器与功率分析仪形成的回路皆设有信号调理电路，旋转变压器的转子连接被试电机的转轴，旋转变压器的定子连接在机壳上，旋转变压器的正弦信号输出端口sin+和余弦信号输出端口cos+，分别连接解码电路板的正弦信号输入端口sinA和解码电路板的余弦信号输入端口cosB，解码电路板的输出端口OutZ连接数据采集卡的输入端口AD3，数据采集卡设有用于与被试电机的绕组输出端W和中性点n相连的输入端口AD4和输入端口AD5，数据采集卡通过USB端口与PC相连，数据采集卡的输入端口AD6连接功率分析仪的检测输入 A端，数据采集卡的GND端连接功率分析仪的检测输入a端。

所述电源为380V的电源。

所述信号调理电路包括芯片AD620AN、附加电阻和电容***电路，芯片 AD620AN设有R4电阻回路，连接有12V的VCC电源、接地和-12V的VEE电源，芯片AD620AN的正极端口连接有电阻R1、电阻R3、电容C3和电感L2，电阻R3的另一端接地，电感L2的另一端同时连接电容C2和电感L1的一端，电感L1的另一端连接IN端和电容C1的一端，电容C1的另一端同时连接有电容C2的另一端、电容C3的另一端、电阻R1的另一端、电阻R2的另一端、芯片AD620AN的负极端口和接地，电阻R2的另一端接地。

一种使用所述的电动汽车用永磁同步磁阻电机电感测试装置测试电机电感的方法，方法如下：

将被试电机的三相绕组端口U、V和W端分别与本测试装置的第二变频器的输出 R、S和T端相连，被试电机的电机轴与负载电机的电机轴连接在一起，被试电机的输出W端和n端分别连接数据采集卡的输入端口AD4和输入端口AD5；首先开关K1断开，开关K2闭合，第二变频器不工作，第一变频器驱动负载电机旋转拖动被试电机旋转，转速根据需要测试要求设定，旋转变压器输出信号经过解码器解码后，生成脉冲信号，通过解码器电路板的输出端口OutZ输出，数据采集卡通过输入端口AD3端口与解码器电路板输出端口OutZ相连采集得到脉冲信号，同时通过数据采集卡输入端口AD4和输入端口AD5端口分别采集被试电机的反电势波形，数据采集卡通过USB端口与PC相连，PC通过数据采集卡采集得到的脉冲波形和反电势波形，可以计算得到相反电势电压E₀的有效值及脉冲和反电势二者的相位夹角α，然后第一变频器停止驱动负载电机，开关K2断开，开关K1闭合，负载电机绕组输出端接入电阻负载，第二变频器工作，驱动被试电机旋转，转速和被负载电机拖动时转速一致，通过调整电阻负载的阻值，调节被试电机输出的功率，达到所需要的功率数值后停止调节电阻负载，数据采集卡输入端口AD6和GND端口采集得到被试电机W相电流波形，同时旋转变压器输出信号经过解码器解码后，生成脉冲信号，通过解码器电路板的输出端口 OutZ输出，数据采集卡通过输入端口AD3采集得到脉冲信号，PC通过数据采集卡采集得到的脉冲波形和被试电机W相电流波形，通过测试出的解码电路板输出的脉冲和相电流波形可以计算得到二者的相位夹角β，通过功率分析仪获得被试电机运行时的相电流I、相电压U、电机旋转角速度ω及功率因数角φ，然后停机，采用低阻测量仪测试被试电机W端的相电阻值R₁，通过测试出来的参数，可以计算出内功率因数角ψ＝α-β，转矩角θ＝ψ+φ。最后通过公式(1)和公式 (2)计算得到交轴电感L_q和直轴电感L_d

电机交轴电感和直轴电感在电机运行时无法直接测试，需要通过公式(1) 和公式(2)计算得到，在测试过程中需要测试出U、E₀、I、R₁、ω、θ、ψ、φ，其中θ＝ψ+φ

U－相电压；

E₀－相反电势电压；

I－相电流；

R₁－相电阻；

ω－电机旋转角速度；

θ－转矩角；

ψ－内功率因数角；

φ－功率因数角。

所述负载电机的电机轴与被试电机的电机轴是通过对轮的方式连接在一起。

附图说明

图1是本发明的试验装置的示意图；

图2是本发明信号调理电路原理图；

图3解码电路板输出的脉冲和相电流I的波形示意图；

图4解码电路板输出的脉冲和相反电势电压E₀的波形示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施对本发明的技术方案进行进一步详细地说明，本发明所述的技术特征或连接关系没有进行详细描述的部分均为采用的现有技术。

如图1、图2、图3和图4所示，一种电动汽车用永磁同步磁阻电机电感测试装置，包括旋转变压器、解码电路板、变频器、信号调理电路、电流传感器、数据采集卡、PC电脑、功率分析仪、电阻负载、开关、负载电机和电源，电源优选为380V的电源。负载电机的绕组输出端同时连接有两个开关，分别为开关 K1一侧的a、b和c端和开关K2一侧的a、b和c端，开关K1的另一侧的U、V 和W端连接有电阻负载的电阻输入A、B和C端，开关K2的另一侧U、V和W端连接第一变频器的输出R、S和T端，第一变频器的输入U、V和W端分别连接第二变频器的输入U、V和W端并同时连接在电源上，用于连接被试电机的第二变频器的输出R、S和T端分别连接功率分析仪的输入U、V和W端，第二变频器的输出R、S和T端分别连接的用于连接被试电机的电线分别各穿过有一个电流传感器，三个电流传感器分别连接功率分析仪的检测输入C和c端、功率分析仪的检测输入B和b端和功率分析仪的检测输入A和a端，三个电流传感器与功率分析仪形成的回路皆设有信号调理电路，旋转变压器的转子连接被试电机的转轴，旋转变压器的定子连接在机壳上，旋转变压器的正弦信号输出端口 sin+和余弦信号输出端口cos+，根据电机的转速输出正弦和余弦信号，分别连接解码电路板的正弦信号输入端口sinA和解码电路板的余弦信号输入端口cosB，解码电路板根据这两个信号可以得到电机的转速和转子相对位置，解码电路板的输出端口OutZ连接数据采集卡的输入端口AD3，数据采集卡通过输入端口AD3 采集得到脉冲信号，被试电机接入本测试装置时第二变频器的输出R、S和T端连接的用于连接被试电机的电线在各自穿过有一个电流传感器后连接被试电机的被试电机的U、V和W三相绕组端口，数据采集卡设有用于与被试电机的绕组输出端W和中性点n相连的输入端口AD4和输入端口AD5，用于采集电机的反电势波形，被试电机接入本测试装置时，被试电机的绕组输出端W相和中性点n 连接数据采集卡的输入端口AD4和输入端口AD5端口，数据采集卡通过USB端口与PC相连，PC通过数据采集卡采集得到的解码电路板输出脉冲波形和被试电机反电势波形，通过波峰最高点的值除以

计算得到相反电势电压E₀的有效值及解码电路板输出脉冲波形和被试电机反电势波形二者的相位夹角α，数据采集卡的输入端口AD6连接功率分析仪的检测输入A端，数据采集卡的GND端连接功率分析仪的检测输入a端,数据采集卡AD6和GND端口采集得到电流波形，

图2是信号调理电路电路板原理图，该电路板主要由芯片AD620AN和附加电阻、电容***电路构成，用于滤掉电流传感器输出信号的高频干扰信号。信号调理电路包括芯片AD620AN、附加电阻和电容***电路，用于滤掉电流传感器输出信号的高频干扰信号，芯片AD620AN设有R4电阻回路，连接有12V的 VCC电源、接地和-12V的VEE电源，芯片AD620AN的正极端口连接有电阻 R1、电阻R3、电容C3和电感L2，电阻R3的另一端接地，电感L2的另一端同时连接电容C2和电感L1的一端，电感L1的另一端连接IN端和电容C1的一端，电容C1的另一端同时连接有电容C2的另一端、电容C3的另一端、电阻 R1的另一端、电阻R2的另一端、芯片AD620AN的负极端口和接地，电阻R2 的另一端接地。

使用上述的电动汽车用永磁同步磁阻电机电感测试装置测试电机电感的方法，方法如下：

将被试电机的三相绕组端口U、V和W端分别与本测试装置的第二变频器的输出R、S和T端相连，被试电机的电机轴与负载电机的电机轴通过对轮连接在一起，被试电机的输出W端和n端分别连接数据采集卡的输入端口AD4和输入端口AD5；首先开关K1断开，开关K2闭合，第二变频器不工作，第一变频器驱动负载电机旋转拖动被试电机旋转，转速根据需要测试要求设定，旋转变压器输出信号经过解码器解码后，生成脉冲信号，通过解码器电路板的输出端口OutZ 输出，数据采集卡通过输入端口AD3端口与解码器电路板输出端口OutZ相连采集得到脉冲信号，同时通过数据采集卡输入端口AD4和输入端口AD5端口分别采集被试电机的反电势波形，数据采集卡通过USB端口与PC相连，PC通过数据采集卡采集得到的脉冲波形和反电势波形，可以计算得到相反电势电压E₀的有效值及脉冲和反电势二者的相位夹角α，波形如图4所示解码电路板输出的脉冲和相反电势E的波形示意图，其中其中方形凸起部分为脉冲信号，正玄波为被试电机的反电势波形。然后第一变频器停止驱动负载电机，开关K2断开，开关K1 闭合，负载电机绕组输出端接入电阻负载，第二变频器工作，驱动被试电机旋转，转速和被负载电机拖动时转速一致，通过调整电阻负载的阻值，调节被试电机输出的功率，达到所需要的功率数值后停止调节电阻负载，数据采集卡输入端口AD6和GND端口采集得到被试电机W相电流波形，同时旋转变压器输出信号经过解码器解码后，生成脉冲信号，通过解码器电路板的输出端口OutZ输出，数据采集卡通过输入端口AD3采集得到脉冲信号，PC通过数据采集卡采集得到的脉冲波形和被试电机W相电流波形，波形如图3所示解码电路板输出的脉冲和相电流I的波形示意图，其中方形凸起部分为脉冲信号，正玄波为电流波形。通过测试出的解码电路板输出的脉冲和相电流波形可以计算得到二者的相位夹角β，通过功率分析仪获得被试电机运行时的相电流I、相电压U、电机旋转角速度ω及功率因数角φ，然后停机，采用低阻测量仪(100欧姆以下)测试被试电机W端的相电阻值R₁，通过测试出来的参数，可以计算出内功率因数角ψ＝α-β，转矩角

最后通过公式(1)和公式(2)计算得到交轴电感L_q和直轴电感L_d

电机交轴电感和直轴电感在电机运行时无法直接测试，需要通过公式(1) 和公式(2)计算得到，在测试过程中需要测试出U、E₀、I、R₁、ω、θ、ψ、φ，其中θ＝ψ+φ

U－相电压；

E₀－相反电势电压；

I－相电流；

R₁－相电阻；

ω－电机旋转角速度；

θ－转矩角(相电压U与相反电势E的夹角)；

ψ－内功率因数角(相电流I与相反电势E的夹角)；

φ－功率因数角(相电压U与相电流I的夹角)。

旋转变压器输出信号通过解码电路板进行解码，将正弦信号解码为脉冲信号。电流传感器采集电流信号，电流传感器输出信号通过信号调理电路进行滤波。然后采用数据采集卡采集滤波电路输出信号和解码电路输出的脉冲信号，通过二者信号的角度差获得电机内功率角即电流和电机反电势电压之间的电角度夹角，电流传感器要求能够测试电流波形。解码电路板能够把旋转变压器输出信号能够转变成具有周期特点的脉冲信号。信号调理电路具有低通滤波功能，根据测试需求，能够调整滤波频率。低阻测量仪是在电机停机以后测量的，测量的端口为被试电机电机绕组W和N端口。

本发明通过在电机运行时测试各个参数，进而计算得到电机实际工作状态下交、直轴电感。本具体实施方式中具体设备和作用：

旋转变压器：安装在被试电机上，在电机运行时可以输出周期性信号，信号与电机反电势周期相同，相位角度差固定，用于间接测试电机运行时反电势与电流的相位角度。

解码电路板(多摩川厂家，型号：TS2225N1994E102)：用于解码旋转变压器信号，把旋转变压器输出的正弦和余弦信号转变成周期性的脉冲信号，便于数据卡采集。

变频器：用于驱动被试电机和负载电机。

信号调理电路：用于滤波功能，滤掉电流传感器输出信号中的高频干扰信号。

电流传感器：用于测试电流波形。

数据采卡(艾浮坦公司产品，型号DF2031)：用于采集电流波形、解码电路板输出的脉冲波形和被试电机的反电势波形。

PC电脑：数据采集卡采集数据传到电脑，用于图像显示及电角度计算。

低阻测量仪：用于测试电机相电阻。

功率分析仪(横河公司，型号WT1600)：用于测试电机运行时的输入电压 U、输入电流I、和电机旋转角频率ω以及功率因数角φ。

电阻负载：用于为负载电机加载。

对轮：用于连接被试电机和负载电机。

Claims (5)

1.一种电动汽车用永磁同步磁阻电机电感测试装置，其特征在于：包括旋转变压器、解码电路板、变频器、信号调理电路、电流传感器、数据采集卡、PC电脑、功率分析仪、电阻负载、开关、负载电机和电源；负载电机的绕组输出端同时连接有两个开关，分别为开关K1一侧的a、b和c端和开关K2一侧的a、b和c端，开关K1的另一侧的U、V和W端连接有电阻负载的电阻输入A、B和C端，开关K2的另一侧U、V和W端连接第一变频器的输出R、S和T端，第一变频器的输入U、V和W端分别连接第二变频器的输入U、V和W端并同时连接在电源上，用于连接被试电机的第二变频器的输出R、S和T端分别连接功率分析仪的输入U、V和W端，第二变频器的输出R、S和T端分别连接的用于连接被试电机的电线分别各穿过有一个电流传感器，三个电流传感器分别连接功率分析仪的检测输入C和c端、功率分析仪的检测输入B和b端和功率分析仪的检测输入A和a端，三个电流传感器与功率分析仪形成的回路皆设有信号调理电路，旋转变压器的转子连接被试电机的转轴，旋转变压器的定子连接在机壳上，旋转变压器的正弦信号输出端口sin+和余弦信号输出端口cos+，分别连接解码电路板的正弦信号输入端口sinA和解码电路板的余弦信号输入端口cosB，解码电路板的输出端口OutZ连接数据采集卡的输入端口AD3，数据采集卡设有用于与被试电机的绕组输出端W和中性点n相连的输入端口AD4和输入端口AD5，数据采集卡通过USB端口与PC相连，数据采集卡的输入端口AD6连接功率分析仪的检测输入A端，数据采集卡的GND端连接功率分析仪的检测输入a端。

2.根据权利要求1所述的电动汽车用永磁同步磁阻电机电感测试装置，其特征在于：所述电源为380V的电源。

3.根据权利要求1所述的电动汽车用永磁同步磁阻电机电感测试装置，其特征在于：所述信号调理电路包括芯片AD620AN、附加电阻和电容***电路，芯片AD620AN设有R4电阻回路，连接有12V的VCC电源、接地和-12V的VEE电源，芯片AD620AN的正极端口连接有电阻R1、电阻R3、电容C3和电感L2，电阻R3的另一端接地，电感L2的另一端同时连接电容C2和电感L1的一端，电感L1的另一端连接IN端和电容C1的一端，电容C1的另一端同时连接有电容C2的另一端、电容C3的另一端、电阻R1的另一端、电阻R2的另一端、芯片AD620AN的负极端口和接地，电阻R2的另一端接地。

4.一种使用如权利要求1所述的电动汽车用永磁同步磁阻电机电感测试装置测试电机电感的方法，其特征在于：方法如下：

将被试电机的三相绕组端口U、V和W端分别与本测试装置的第二变频器的输出R、S和T端相连，被试电机的电机轴与负载电机的电机轴连接在一起，被试电机的输出W端和n端分别连接数据采集卡的输入端口AD4和输入端口AD5；首先开关K1断开，开关K2闭合，第二变频器不工作，第一变频器驱动负载电机旋转拖动被试电机旋转，转速根据需要测试要求设定，旋转变压器输出信号经过解码器解码后，生成脉冲信号，通过解码器电路板的输出端口OutZ输出，数据采集卡通过输入端口AD3端口与解码器电路板输出端口OutZ相连采集得到脉冲信号，同时通过数据采集卡输入端口AD4和输入端口AD5端口分别采集被试电机的反电势波形，数据采集卡通过USB端口与PC相连，PC通过数据采集卡采集得到的脉冲波形和反电势波形，可以计算得到相反电势电压E₀的有效值及脉冲和反电势二者的相位夹角α，然后第一变频器停止驱动负载电机，开关K2断开，开关K1闭合，负载电机绕组输出端接入电阻负载，第二变频器工作，驱动被试电机旋转，转速和被负载电机拖动时转速一致，通过调整电阻负载的阻值，调节被试电机输出的功率，达到所需要的功率数值后停止调节电阻负载，数据采集卡输入端口AD6和GND端口采集得到被试电机W相电流波形，同时旋转变压器输出信号经过解码器解码后，生成脉冲信号，通过解码器电路板的输出端口OutZ输出，数据采集卡通过输入端口AD3采集得到脉冲信号，PC通过数据采集卡采集得到的脉冲波形和被试电机W相电流波形，通过测试出的解码电路板输出的脉冲和相电流波形可以计算得到二者的相位夹角β，通过功率分析仪获得被试电机运行时的相电流I、相电压U、电机旋转角速度ω及功率因数角φ，然后停机，采用低阻测量仪测试被试电机W端的相电阻值R₁，通过测试出来的参数，可以计算出内功率因数角ψ＝α-β，转矩角θ＝ψ+φ。最后通过公式(1)和公式(2)计算得到交轴电感L_q和直轴电感L_d

电机交轴电感和直轴电感在电机运行时无法直接测试，需要通过公式(1)和公式(2)计算得到，在测试过程中需要测试出U、E₀、I、R₁、ω、θ、ψ、φ，其中θ＝ψ+φ

U－相电压；

E₀－相反电势电压；

I－相电流；

R₁－相电阻；

ω－电机旋转角速度；

θ－转矩角；

ψ－内功率因数角；

φ－功率因数角。

5.根据权利要求4所述的使用如权利要求1所述的电动汽车用永磁同步磁阻电机电感测试装置测试电机电感的方法，其特征在于：所述负载电机的电机轴与被试电机的电机轴是通过对轮的方式连接在一起。

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