扭矩傳感器-感應(yīng)電機(jī)準(zhǔn)靜態(tài)機(jī)電特性測定測試臺

感應(yīng)電機(jī)準(zhǔn)靜態(tài)機(jī)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(jī)電特性為“扭矩VS速度”或是“扭矩VS電流”，能立即給出電機(jī)性能的直觀感受。感應(yīng)電機(jī)機(jī)電特性能夠通過等效電路計算得出，也可在實驗室中進(jìn)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(jī)（MUT）和驅(qū)動電機(jī)（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(jī)為同步磁阻電機(jī)，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(jī)由正弦交流電源供電，在測試過程中可調(diào)節(jié)供電電壓。

圖2 試驗臺（左）及GEN3i數(shù)據(jù)記錄儀（右）

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(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)的速度控制方案中特殊的參考速度斜坡來進(jìn)行測定。低值速度斜坡為測試電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)。因為被測電機(jī)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(jī)械和風(fēng)阻損失可以通過驅(qū)動電機(jī)補償。通過施加給驅(qū)動電機(jī)一個等于被測電機(jī)同步速度的機(jī)械速度即可。驅(qū)動電機(jī)的供電頻率必須和被測電機(jī)相同。

D.效率測試

在測試中，驅(qū)動電機(jī)用于制動，施加額定扭矩到被測電機(jī)。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(jī)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(jī)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(jī)時間常數(shù)評估測試

電機(jī)時間常數(shù)是高性能電機(jī)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(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠存儲被測電機(jī)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。

圖8 轉(zhuǎn)子時間常量評價測試

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(jī)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(jī)軸轉(zhuǎn)動期間，測試電機(jī)必須是自由無機(jī)械負(fù)載連接。

對于這個測試，測試電機(jī)必須和扭矩計和驅(qū)動電機(jī)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。

圖9 電機(jī)啟動測試 *上方：電壓和電流，中間：扭矩和轉(zhuǎn)速，底部：機(jī)械功率及電功率

結(jié)論

本文提出了一種正弦電壓供電異步電機(jī)的準(zhǔn)靜態(tài)特性機(jī)電測定的試驗臺。相對于在文獻(xiàn)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(jī)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(jī)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）。

深圳市世泰瑞爾工業(yè)儀器儀表有限公司，現(xiàn)貨發(fā)售德國HBM傳感器：Z6FC3/50KG現(xiàn)貨發(fā)售，PW10AC3/150KG現(xiàn)貨發(fā)售，PW10AC3/50KG現(xiàn)貨發(fā)送，Z6FD1/100KG,Z6FD1/200KG 全量程系列現(xiàn)貨發(fā)售。WE2110儀表現(xiàn)貨發(fā)售，WE2107顯示儀表現(xiàn)貨發(fā)售，WE2107M顯示儀表現(xiàn)貨發(fā)售。C16IC3/30T稱重傳感器現(xiàn)貨發(fā)售，C16IC3/40T稱重傳感器現(xiàn)貨發(fā)售?，F(xiàn)貨發(fā)售日本YAMATO傳感器：UB1,UB2,UB2S,UB25系列傳感器，CFC-201稱重控制器，CFC-101控制器。德國ETH扭矩傳感器，日本昭和SHOWA傳感器，美國傳力TRANSCELL稱重傳感器，美國ZEMIC傳感器，上海耀華儀表，價格好，原廠貨源。歡迎有需要的客戶，選購！