[发明专利]一种永磁同步电机无角度传感器效率测试系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于一种电机效率测试系统，适用于永磁同步电机的效率测试。

背景技术

目前，电机效率及损耗的测试方法国际上并不统一。比较权威的有美国的IEEE112标准、国际电工委员会的IEC34标准及日本JEC标准。这些方法都需要对电机进行负载试验，因此要求测试系统拥有加载设备。传统的加载方案有：能耗制动法；直流电机负载法；变频发电机组回馈法等。其中能耗制动法是最为常用的方法，机械制动器、涡流制动器以及磁粉制动器都属于能耗制动法。此类设备用于高速电机时必须安装机械减速装置，对于中大功率的永磁电机还需要强制冷却装置且测试时浪费能源。直流电机负载法是将校正过的直流电机作为被测电机的负载。这种方法同样需要减速装置才能用于高速电机，且直流电机与被测电机中心高度不同，对轴不便，同样测量时浪费能源。变频发电机组回馈法由4台电机组成一个双向的发电机组，既可以作为三相电源使用，也可以通过调节发电机组，作为负载机使用，把负载电机发出的电回馈电网，节约了能源，该方法在电机行业使用比较广泛。该方法与前两种方法比较，具有节能的优点，但是节能的效率较低，由4台电机组成的机组，本身的效率很难达到50%以上（4台电机发热损耗等），仍然有一半左右的能源浪费掉了。因此该方法只是负载调节方便了，而节电的效果不很理想。

专利ZL200720095313.5提出了一种电子内回馈变频电源用于电机效率测试。其思想是两台相同型号的电机对拖，其中一台作被测电机，一台作陪试电机。该电子内回馈变频电源通过某种控制方法使被测电机工作在电动机状态，陪试电机工作在发电机状态，并将陪试电机发出的电能回馈到直流母线。这种方法调节负载方便，节约能源且对电网没有污染。但是该方法用于永磁同步电机效率测试时，必须要用到角度传感器才能完成对被测电机和陪试电机的控制。这增加了系统的成本。此外，对于一些高速永磁同步电机，没有合适的角度传感器。这些都限制了这种方法的应用。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种精确、节能。对电网无污染且无需角度传感器的永磁同步电机的效率测试系统及其控制方法。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种永磁同步电机无角度传感器效率测试系统，包括控制模块、功率分析仪、整流模块、直流母线排、主逆变模块、辅逆变模块、陪试电机、转矩仪、和被测电机，其中：所述整流模块，通过整流器将三相交流电转变成直流电，并输入到直流母线排；所述直流母线排，将直流电分别输送到主逆变模块和辅逆变模块；所述主逆变模块和辅逆变模块，将直流电转成交流电后分别输送到被测电机和陪试电机；所述陪试电机和被测电机通过转矩仪连接；所述功率分析仪用于采集被测电机输出功率；所述控制模块，收集转矩仪采集的信号，并控制主逆变模块和辅逆变模块，从而使被测电机能同步跟踪陪试电机的输出负载转矩和电流，保持稳定运行。

作为优选，所述主逆变模块和辅逆变模块均采用三相全桥式逆变器。

作为优选，所述主逆变模块与被测电机之间还设有滤波器。

本发明解决的另个问题是提供一种上述永磁同步电机无角度传感器效率测试系统的控制方法，它包括以下步骤：（1）初始位置调整，定义被测电机直轴为d1、交轴为q1；陪试电机直轴为d2、交轴为q2；主逆变器和辅逆变器均给定一个与定子A轴方向相同且大小恒定的电流矢量，使得d1轴与d2轴分别对齐被测电机与陪试电机的定子A轴；并设立假定旋转坐标系，定义被测电机的转矩轴为δ1、励磁轴为γ1；陪试电机的转矩轴为δ2、励磁轴为γ2，并假定旋转坐标系不是同步旋转坐标系，它是定向于已知的转子估计位置，并且可以按照确定的控制规律自行调整的坐标系；（2）启动电机，在控制模块中先通过开环控制算法启动被测电机至一定的转速；该过程中仅对陪试电机的δ2，γ2轴进行电流闭环控制，并将δ2、γ2轴电流的参考值都设置为零，从而使得该过程陪试电机不输出负载转矩；（3）效率测试，对陪试电机进行转矩、电流双闭环控制，该过程γ2轴电流参考值设置为零，而δ2轴电流根据转矩仪反馈值与给定陪试电机的负载转矩间的误差来调节；而被测电机进行转速和电流双闭环控制，该过程中被测电机δ1轴与q1轴对齐，且被测电机的输出转矩根据给定转速与实际转速的误差进行调整。此时通过功率分析仪得出被测电机输入功率，以及由转矩仪得到的输出功率，从而得到被测电机在任何可调转速和负载下的效率。