專利名稱：一種永磁電機(jī)電感參數(shù)測量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其涉及電機(jī)控制系統(tǒng)。
技術(shù)背景永磁同步電機(jī)的直軸和交軸電感對于永磁同步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能有很大的影響，直 軸和交軸電感參數(shù)的準(zhǔn)確性不僅對于預(yù)測扭矩和弱磁性能，而且對于設(shè)計(jì)最大效率，功率因 數(shù)等控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，因此如何確定直軸和交軸電感參數(shù)非常重要。由于永磁同步電 機(jī)用永磁體勵(lì)磁，其交、直軸電感參數(shù)的測試方法與電勵(lì)磁同步電機(jī)有浪大差別，其試驗(yàn)內(nèi) 容和測試技術(shù)有其特殊性，因此很多有關(guān)電勵(lì)磁的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)要求對于永磁電機(jī)不再適 用。目前國家和國際標(biāo)準(zhǔn)中沒有具體的有關(guān)永磁電機(jī)的測試方法，而且永磁同步電機(jī)中永磁 體的形狀和位置多種多樣，轉(zhuǎn)子交、直軸磁路異常復(fù)雜，電感參數(shù)不僅與磁路飽和有關(guān)，還 出現(xiàn)了交、直軸磁路間交叉飽和現(xiàn)象，測量起來比較復(fù)雜。目前，可以利用有限元分析法確 定電感參數(shù)，然而如果磁飽和明顯，有限元分析法雖然可以應(yīng)用，但需要對繞組中多個(gè)電流 分布情況進(jìn)行分析，需要很多的計(jì)算資源，相對比較復(fù)雜繁瑣。目前常用的直流衰減法和電 壓積分法對于試驗(yàn)裝置要求比較高，相對比較復(fù)雜。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的首要目的是提出一種測試永磁同步電機(jī)直軸和交軸電感的簡單測試方法。 本方法先將定子的任意兩相短接，然后通過一個(gè)簡易的轉(zhuǎn)子位置調(diào)整機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)子磁極固定在磁極d軸與定子未被短接相的夾角為0度或90度的位置，然后向定子未被短接相與其余任意一相所組成的串聯(lián)電路施加電壓脈沖信號，記錄流經(jīng)該串聯(lián)電路的總電流i信息，該串聯(lián)電路兩端的電壓u信息和采樣時(shí)間t信息。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極固定在磁極d軸與未被短接相的夾角為O度位置時(shí)，根據(jù)下述公式計(jì)算得到定子繞組在t時(shí)刻的直軸電感Wd (t) ，d (t _ 1) + [魯u(t) - R x i(t)]At"t)=W=i當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極固定在磁極d軸與未被短接相的夾角為90度位置時(shí)，根據(jù)下述公式計(jì)算得到 定子繞組在t時(shí)刻的交軸電感Wq (t) ，。 (t -1) + u(t) - R x i(t)]At其中R為未被短接相的繞組的電阻，^d、 ^為定子繞組直軸和交軸磁通量，/d 、、為定子繞組直軸和交軸電流，"、Zq分別為定子繞組直軸和交軸電感，采樣時(shí)間t小于或等于0.1毫秒。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提出一種測試永磁同步電機(jī)直軸和交軸電感的簡單測量裝置。 本測量裝置包括可探測轉(zhuǎn)子磁極位置角的轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測裝置，可使轉(zhuǎn)子定位的轉(zhuǎn)動(dòng)固定 裝置和測試信號產(chǎn)生單元。轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測裝置中探測器通過探測器支架固定在定子上，目標(biāo) 盤通過轉(zhuǎn)子支架固定在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測單元接收并處理探測器的測試數(shù)據(jù)，輸出轉(zhuǎn)子 磁極位置角的信息。所述轉(zhuǎn)動(dòng)固定裝置包含滑桿、調(diào)節(jié)固定機(jī)構(gòu)和端板，滑桿的一端固定在 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上，另一端以滑桿固定在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上的一端為圓心，在垂直于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi)轉(zhuǎn) 動(dòng)，調(diào)節(jié)固定機(jī)構(gòu)用來將滑桿的轉(zhuǎn)動(dòng)端與端板固定。所述測試信號產(chǎn)生單元向電機(jī)提供測試 所需的電壓脈沖信號。測試時(shí)首先將定子的任意兩相短接，然后通過轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測裝置監(jiān)測轉(zhuǎn)子的位置，利用轉(zhuǎn)動(dòng)固定裝置使轉(zhuǎn)子定位在磁極d軸與定子未被短接相的夾角為0度或90度的位置，最后利用 測試信號產(chǎn)生單元向定子未被短接相與其余任意一相所組成的串聯(lián)電路施加電壓脈沖信號， 記錄流經(jīng)該串聯(lián)電路的總電流滯息，該串聯(lián)電路兩端的電壓u信息和采樣時(shí)間t信息，經(jīng)過簡 單的計(jì)算即可得到永磁同步電機(jī)的直軸和交軸電感。通過本發(fā)明提供的技術(shù)，我們可以實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)直軸和交軸電感參數(shù)的準(zhǔn)確測量， 而且所用的測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測量參數(shù)少，運(yùn)算簡單，不需要占用大量的計(jì)算 資源。


圖1是測量信號產(chǎn)生單元及測量電路連接示意圖； 圖2是轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測裝置安裝示意圖； 圖3是轉(zhuǎn)動(dòng)固定裝置示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施方式l:本方法先將定子的B、 C兩相短接，然后通過轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測裝置和轉(zhuǎn)動(dòng)固定裝置使轉(zhuǎn)子磁 極固定在磁極d軸與A相的夾角為O度的位置，然后向定子AB相施加電壓脈沖信號，記錄流經(jīng) 該串聯(lián)電路的總電流i信息，也就是流經(jīng)A相的電流，該串聯(lián)電路兩端的電壓u信息和采樣時(shí)間t信息。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極固定在磁極d軸與A相的夾角為0度位置時(shí)，根據(jù)下述公式計(jì)算得到定子繞 組在t時(shí)刻的直軸電感(t) = Wd (t -1) + [|uab (t) - R x ia (t)]At"t) — "t) .當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極固定在磁極d軸與A相的夾角為90度位置時(shí)，根據(jù)下述公式計(jì)算得到定子繞 組在t時(shí)刻的交軸電感Wq (t) ，q (t — 1) + [|uab (t) - R x ia (t)]At—、(t) = Wq(t)其中R為A相繞組的電阻，^d、 ^為定子繞組直軸和交軸磁通量，"、/q為定子繞組 直軸和交軸電流，￡d、丄q分別為定子繞組直軸和交軸電感，采樣時(shí)間t小于或等于0.1毫秒。實(shí)施方式2:本實(shí)施方式與實(shí)施方式1的區(qū)別是將定子的A相替換為B相，即將定子的A、 C兩相短接.， 向定子AB相施加電壓脈沖信號，測量的是流經(jīng)B相的電流和BC相的電壓，最后計(jì)算時(shí)將公式中的Uab(t)用Ubc(t)代替，ia(t)用ib(t)代替。 實(shí)施方式3:' 本實(shí)施方式與實(shí)施方式1的區(qū)別是將定子的A相替換為C相，即將定子的A、 B兩相短接， 向定子CB相施加電壓脈沖信號，測量的是流經(jīng)C相的電流和CB相的電壓，最后計(jì)算時(shí)將公式中的Uab(t)用Ueb(t)代替，ia(t)用ic(t)代替。 實(shí)施方式4:如圖1所示，測試信號產(chǎn)生單元包含穩(wěn)壓電源和三相逆變橋，通過控制三相逆變橋中的各 個(gè)三極管的導(dǎo)通與否，就可利用穩(wěn)壓電源產(chǎn)生脈沖電壓測試信號。具體控制方法可向各三極管的基極發(fā)送PWM信號，來控制其的導(dǎo)通與否，調(diào)整PWM信號的占空比和頻率，就可以調(diào)整三極管導(dǎo)通時(shí)間長度和開關(guān)的頻率，從而產(chǎn)生測試所需的電壓脈沖信號。圖2為本發(fā)明的轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測裝置安裝示意圖，轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測裝置包括探測舉2、目標(biāo) 盤1和轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測單元(圖中未畫出)。目標(biāo)盤1是結(jié)構(gòu)化目標(biāo)盤，探測器2是傳感器元 件，兩者組合起來構(gòu)成了基于渦流效應(yīng)的位置傳感器。目標(biāo)盤1通過轉(zhuǎn)子支架7固定在轉(zhuǎn)子 4上，與轉(zhuǎn)子4一起繞轉(zhuǎn)子支架軸6旋轉(zhuǎn)。目標(biāo)盤l的外側(cè)垂直于盤面方向?yàn)檎一蛴嘞仪€形狀，由鋁或者鐵等金屬材料制成，目標(biāo)盤l采用上述形狀及材料的目的是為了和探測器 2配合。探測器2通過探測器支架5固定在定子3上。探測器2輸出轉(zhuǎn)子磁極位置角的正弦 信號和余弦信號，該兩路輸出連接到轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測單元(圖中未畫出)的兩個(gè)AD通道，轉(zhuǎn) 子位置監(jiān)測單元采用型號為TMS320f2808的DSP芯片，它接收并處理探測器傳來的測試數(shù) 據(jù)，輸出轉(zhuǎn)子的磁極位置角的信息。如圖3所示，轉(zhuǎn)動(dòng)固定裝置包含滑桿IO、調(diào)節(jié)固定塊ll、 12、 13和端板8，滑桿10的 一端為圓環(huán)狀，可與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸16通過嚙合或其他方式固定為一體，滑桿10的另一端可在端 板8的弧形槽9內(nèi)以固定在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸一端為圓心作圓弧運(yùn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸16轉(zhuǎn)到接近所需 的轉(zhuǎn)子磁極位置時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)兩個(gè)粗調(diào)固定塊12、 13使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸16只能在一個(gè)相對 較小的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過調(diào)節(jié)微調(diào)固定塊11使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸16定位在需求位置。具體測量過程如下1、 對定子繞組按圖1所示接線，定子三相繞組A相與逆變器的第一橋臂相連，B相和C相 短接后與第二橋臂相連，第三橋臂懸置。2、 采用TI公司的DSP芯片執(zhí)行轉(zhuǎn)子位置檢測。運(yùn)行該轉(zhuǎn)子位置檢測代碼，慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子， 利用圖2的探測器2.傳來的測試數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算得出轉(zhuǎn)子位置角，通過圖3所示轉(zhuǎn)動(dòng)固定裝 置不斷調(diào)整轉(zhuǎn)子位置直到轉(zhuǎn)子位置角達(dá)到預(yù)定位置，如0位置(或90度位置)，此處的角度 是指同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系d軸與A相的夾角，通過調(diào)節(jié)粗調(diào)固定快12、 13和微調(diào)固定塊11使得 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸16定位在預(yù)定位置。3、 利用測試信號產(chǎn)生單元對AB相施加一定大小的電壓脈沖信號，記錄AB線電壓M^ ( Wm )及A相電流/。。當(dāng)轉(zhuǎn)子位置角被定位在O度時(shí)，= M。6 = M。tf = %^，通過式(D和(2) 可以得到隨d軸電流變化的d軸電感丄/O;當(dāng)轉(zhuǎn)子位置角被定位在90度時(shí)，"<formula>formula see original document page 8</formula>通過式(3)和(4)可以得到隨q軸電流變化的q軸電感丄>)。 Wd (t) ，d (t — 1) + * uab (t)曙R x ia (, (1)(2)<formula>formula see original document page 8</formula> ( 3 )<formula>formula see original document page 8</formula> (4)其中R為A相繞組的電阻。yd、 ^q為定子繞組直軸和交軸磁通量，/d 、 /q為定子繞組 直軸和交軸電流，Zd、、分別為定子繞組直軸和交軸電感，采樣時(shí)間t小于或等于0.1毫秒。類似于實(shí)施方式2或?qū)嵤┓绞?，可將實(shí)施方式4中的A相繞組用其余繞組代替，也可 實(shí)現(xiàn)直軸和交軸電感電感參數(shù)的測量，測量步驟同實(shí)施方式4。通過本發(fā)明提供的技術(shù)，我們可以實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)直軸和交軸電感參數(shù)的準(zhǔn)確測量， 而且所用的測量裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，測量參數(shù)少，運(yùn)算簡單，不需要占用大量的計(jì)算 資源。
權(quán)利要求
1. 一種永磁電機(jī)電感參數(shù)測量裝置，其特征是該裝置包含可探測轉(zhuǎn)子磁極位置角的轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測裝置、可使轉(zhuǎn)子定位的轉(zhuǎn)動(dòng)固定裝置和測試信號產(chǎn)生單元。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁電機(jī)電感參數(shù)測量裝置，其特征是所述轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測裝置中探測器通過探測器支架固定在定子上，目標(biāo)盤通過轉(zhuǎn)子支架固定在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子位置監(jiān)測單 元接收并處理探測器的測試數(shù)據(jù)，輸出轉(zhuǎn)子磁極位置角的信息。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁電機(jī)電感參數(shù)測量裝置，其特征是所述轉(zhuǎn)動(dòng)固定裝置包含滑 桿、調(diào)節(jié)固定機(jī)構(gòu)和端板，滑桿的一端固定在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上，另一端以滑桿固定在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸 上的一端為圓心，在垂直于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)固定機(jī)構(gòu)用來將滑桿的轉(zhuǎn)動(dòng)端與 端板固定。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的永磁電機(jī)電感參數(shù)測量裝置，其特征是所述調(diào)節(jié)固定機(jī)構(gòu)為調(diào)節(jié)固 定塊，所述端板內(nèi)設(shè)置有弧形槽，滑桿的一端設(shè)置有銷軸部件與端板的弧形槽配合。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的永磁電機(jī)電感參數(shù)測量裝置，其特征是所述目標(biāo)盤和探測器的組合 構(gòu)成基于渦流效應(yīng)的位置傳感器，目標(biāo)盤是由金屬制成的環(huán)狀部件，其兩個(gè)端面的輪廓為: 正弦或余弦曲線形狀。
6、 根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的永磁電機(jī)電感參數(shù)測量裝置，其特征是所述測試信號產(chǎn)生單 元向被測電機(jī)提供電壓脈沖信號。
7、 一種永磁電機(jī)電感參數(shù)測量方法，包含如下步驟 A:將定子的任意兩相短接；B:將轉(zhuǎn)子磁極固定在磁極d軸與定子未被短接的相的夾角為0度或90度的位置；C:向定子未被短接相與其余任意一相所組成的串聯(lián)電路施加電壓脈沖信號，記錄流經(jīng)該串聯(lián)電路的總電流i信息，該串聯(lián)電路兩端的電壓U信息和采樣時(shí)間t信息；D:當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極固定在磁極d軸與未被短接相的夾角為O度位置時(shí)，根據(jù)下述公式計(jì)算得到定子繞組在t時(shí)刻的直軸電感<formula>formula see original document page 2</formula>當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極固定在磁極d軸與未被短接相的夾角為卯度位置時(shí)，根據(jù)下述公式計(jì)算得到定子繞組在t時(shí)刻的交軸電感<formula>formula see original document page 2</formula>其中R為未被短接相的繞組的電阻，Wd、 ^q為定子繞組直軸和交軸磁通量，"、、為 定子繞組直軸和交軸電流，Ld、丄q分別為定子繞組直軸和交軸電感。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的永磁電機(jī)電感參數(shù)測量方法，其特征在于-A步驟中是將定子的B、 C兩相短接；B步驟中是將轉(zhuǎn)子磁極固定在磁極d軸與A相的夾角為0度或90度的位置；C步驟中是向AB相施加電壓脈沖信號，記錄A相的電流ia信息，AB相的電壓"ab信息和采樣時(shí)間t信息。D步驟中當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極固定在磁極d軸與A相的夾角為0度位置時(shí)，根據(jù)下述公式計(jì)算得 到定子繞組在t時(shí)刻的直軸電感(t) ，d (t -1) +uab (t) - R x ia (t)]At氛爐當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極固定在磁極d軸與A相的夾角為90度位置時(shí)，根據(jù)下述公式計(jì)算得到定子繞 組在t時(shí)刻的交軸電感uabWq (t) ,q (t -1) + [昏uab (t) - R x ia, ^_堅(jiān)q 'q(t) _/a(t)其中R為A相繞組的電阻，yd、 ^為定子繞組直軸和交軸磁通量，Zd 、 z'q為定子繞組直軸和交軸電流，id、、分別為定子繞組直軸和交軸電感。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的永磁電機(jī)電感參數(shù)測量方法，其特征在于 A步驟中是將定子的A、 C兩相短接；B步驟中是將轉(zhuǎn)子磁極固定在磁極d軸與B相的夾角為0度或90度的位置； C步驟中是向BC相施加電壓脈沖信號，記錄B相的電流ib信息，BC相的電壓Ubc信息 和采樣時(shí)間t信息。D步驟中當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極固定在磁極d軸與B相的夾角為0度位置時(shí)，根據(jù)下述公式計(jì)算得到 定子繞組在t時(shí)刻的直軸電感yd (t) = yd (卜1) + [iubc (t)誦R x ib (t)]At"t) — /b(t)當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極固定在磁極d軸與B相的夾角為90度位置時(shí)，根據(jù)下述公式計(jì)算得到定子繞 組在t時(shí)刻的交軸電感Wq (t) ，q (t -1) + [I ubc (t) - R x ib (t)]At丄。(t)yq(t)其中R為B相繞組的電阻，^d、 ^為定子繞組直軸和交軸磁通量，/d 、 /q為定子繞組 直軸和交軸電流，Zd、、分別為定子繞組直軸和交軸電感。
10、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的永磁電機(jī)電感參數(shù)測量方法，其特征在于 A步驟中是將定子的A、 B兩相短接；B步驟中是將轉(zhuǎn)子磁極固定在磁極d軸與C相的夾角為0度或90度的位置；C步驟中是向CA相施加電壓脈沖信號，記錄C相的電流ic信息，CA相的電壓Aa信息和采樣時(shí)間t信息。D步驟中當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極固定在磁極d軸與C相的夾角為0度位置時(shí)，根據(jù)下述公式計(jì)算得到 定子繞組在t時(shí)刻的直軸電感yd (t) ，d (t -1) + [I Uca (t) - R x ic 當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極固定在磁極d軸與C相的夾角為90度位置時(shí)，根據(jù)下述公式計(jì)算得到定子繞 組在t時(shí)刻的交軸電感Wq (t) ,q (t — 1) + [J (t) - R X ic (t)]At氛亟q、(t) -at)其中R為C相繞組的電阻，Wd、 ^為定子繞組直軸和交軸磁通量，/d 、 ！q為定子繞組 直軸和交軸電流，￡d、、分別為定子繞組直軸和交軸電感。
11、 根據(jù)權(quán)利要求7 10中任一權(quán)利要求所述的永磁電機(jī)電感參數(shù)測量方法，其特征是所 述的采樣時(shí)間t小于或等于0.1毫秒。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種測試永磁同步電機(jī)直軸和交軸電感的簡單測試方法，步驟如下先將定子的任意兩相短接，然后通過一個(gè)簡易的轉(zhuǎn)子位置調(diào)整機(jī)構(gòu)使轉(zhuǎn)子磁極固定在磁極d軸與定子未被短接相的夾角為0度或90度的位置，然后向定子未被短接相與其余任意一相所組成的串聯(lián)電路施加電壓脈沖信號，記錄流經(jīng)該串聯(lián)電路的總電流i信息，該串聯(lián)電路兩端的電壓u信息和采樣時(shí)間t信息，經(jīng)過簡單計(jì)算即可得到定子繞組在t時(shí)刻的直軸電感和交軸電感。本發(fā)明還提出了一種測試永磁同步電機(jī)直軸和交軸電感的簡單測試裝置。通過本發(fā)明提供的技術(shù)，可以利用簡單的測量裝置實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)直軸和交軸電感參數(shù)的準(zhǔn)確測量，運(yùn)算簡單，不需要占用大量的計(jì)算資源。
文檔編號G01R31/34GK101261294SQ20081002764
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者曉 羅 申請人:奇瑞汽車股份有限公司