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1、(10)申请公布号 CN 102221673 A (43)申请公布日 2011.10.19 CN 102221673 A *CN102221673A* (21)申请号 201110058466.3 (22)申请日 2011.03.11 G01R 31/34(2006.01) (71)申请人 哈尔滨工业大学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大 直街 92 号 (72)发明人 李勇 邹继斌 姜新通 赵博 徐永向 陆永平 杨贵杰 刘彦彬 (74)专利代理机构 哈尔滨市松花江专利商标事 务所 23109 代理人 牟永林 (54) 发明名称 多相化大功率低速永磁同步电机铜损及其温 升的测试方。
2、法 (57) 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。
3、， 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。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 3 页 CN 102221684 A1/2 页 2 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 ： m3N， 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。
4、为发电机运行的独立运行单元的个数 为N2， 并且NN1+N2， N1N2， 当N为奇数时， 选择N1N2+1 ； 当N为偶数时， 选择N1N2+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。
5、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。 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 T ： T N1Tem-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 ； Tem kTIq1， TB k。
6、TIq2， 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， Iq1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 T 近似为零 ： N1Tem-N2TB 0， 得到 由， 式中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 N2个独立运行单元的绕组处于短接状态， 获得 Iq2 Ia2， 将变形为 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， 使得得 到 Ia2 Ia1， 设定 IN Ia2 Ia1， 得到多相化大功率低速永磁同步电机的铜损 PCu为 ：。
7、 权 利 要 求 书 CN 102221673 A CN 102221684 A2/2 页 3 式中 PCu1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。 权 利 要 求 书 CN 102221673 A CN 102221684 A1/4 页 4 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 0001 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。
8、测试方法， 属于 电机测试技术领域。 背景技术 0002 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。
9、诸多问题， 主要有 ： 0003 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 500kW100rpm 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 ； 0004 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， 。
10、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 ； 0005 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 ； 0006 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 0007 本。
11、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。 0008 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 ； 0009 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 N1+N2， N1 N2， 当 N 为奇数时， 选择 N1 N2+1 ； 当。
12、 N 为偶数时， 选择 N1 说 明 书 CN 102221673 A CN 102221684 A2/4 页 5 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 ； 0010 该测试方法包括以下步骤 ： 0011 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 ； 0012 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 ； 0013 步骤三 ： 根据作为。
13、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 ； 0014 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。 0015 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。 0016 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。
14、其导致的温升的测试。 0017 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。 附图说明 0018 图 1 为本发明方法的流程图 ； 0019 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， UN1表示作为电动机运行的第 N1个独立运行单元 ； u1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 N2个独立运行单元 ； 0020 图 3 为多相化大功率低速永磁同步电机。
15、的定子绕组结构示意图， 图中 U11、 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， UN11、 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 u11、 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、 uN23分别表示作 为发电机运行的第 N2个独立运行单元的三相对称交流绕组。 具体实施方式 0021 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。
16、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 ； 0022 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 N1+N2， N1 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 ； 0023 该测试方法包括以下步骤 ： 说 明 书 CN 102221673 A CN 102221684 A3/4 页 6 0024 步骤一 ： 将作为电动机运行的 N1个独立运行。
17、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 ； 0025 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 ； 0026 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 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 ； 0027 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。 0028 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。
18、。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。 0029 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。 0030 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 ： 0031 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 T ： 0032 T N1Te。
19、m-N2TB， 0033 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 ； 0034 Tem kTIq1， 0035 TB kTIq2， 0036 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， Iq1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 ； 0037 将合成转矩 T 近似为零 ： N1Tem-N2TB 0， 0038 得到 0039 由， 式中为作为电动机运行的一个独立运行单元的功率因数角 ； 0040 再由作为发电机运行的 N。
20、2个独立运行单元的绕组处于短接状态， 获得 Iq2 Na2， 0041 将变形为 0042 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 得到 Ia2 Ia1， 0043 设定 IN Ia2 Ia1， 0044 得到多相化大功率低速永磁同步电机的铜损 PCu为 ： 0045 0046 式中 PCu1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 说 明 书 CN 102221673 A CN 102221684 A4/4 页 7 化大功率低速永磁同步电机每相交流绕组的电阻。其它与实施方式一相同。 0047 当控制器发出指令后， 在 N1个电动机运行单元中会。
21、产生驱动电流和电磁转矩， 使 所述电机的转子开始旋转， 此时 N2个发电机运行单元的绕组就会产生感生电势， 进而产生 电枢电流和制动转矩， 由此得到所述电机转子上受到的合成转矩 T。 0048 由于合成转矩 T 只是克服电机的空载力矩， 在大功率低速永磁同步电机中其空 载力矩占的比例很小， 可以忽略不计， 因而合成转矩 T 近似为零。 0049 在 N2个发电机运行单元中， 由于绕组处于短接状态， 所以可近似认为 Iq2 Ia2。 0050 由于 N1 N2， 所以实验过程中可以根据额定电流的大小来确定作为发电机的各 单元中电流的大小， 再调节作为电动机的各单元的功率因数角的大小， 使得最 后。
22、， 使电机的所有单元稳定运行于 ： 0051 IN Ia2 Ia1， 0052 这样， 当电机每相绕组的电阻为 Ra时， 电机的铜损就可以表示为 ： 0053 0054 具体实施方式三 ： 本实施方式为对实施方式一或二的进一步说明， 所述 N 等于 5， N1等于 3， N2等于 2。其它与实施方式一或二相同。 0055 本实施方式的测试对象为一台15相的大功率低速永磁同步电机， 它分为5个对称 单元， 在实验测试时， 可以任选三个单元作为电动机运行， 将另外两个单元的绕组短路， 作 为发电机运行， 根据实施方式一或二所述的方法调节驱动参数， 即可以完成所需要的铜损 及其温升的测试。 说 明 书 CN 102221673 A CN 102221684 A1/3 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 102221673 A CN 102221684 A2/3 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 102221673 A CN 102221684 A3/3 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 102221673 A 。