一种永磁同步磁阻电动机铁耗测试方法与流程

1.本发明涉及测试技术领域，特别涉及了一种带起动笼的永磁同步磁阻电动机的铁耗测试方法。


背景技术：

2.永磁同步磁阻电动机具有功率密度高、调速范围宽、效率高等优点，被广泛应用于混合动力汽车的驱动系统。铁心损耗是永磁同步磁阻电机损耗的主要组成部分，因此减小电机的铁心损耗能够有效的提升车辆的行驶里程，因此针对永磁同步磁阻电动机铁心损耗的测试是十分重要的。然而在永磁同步磁阻电动机运行时，不同负载情况下，电动机铁心损耗无法直接测试得到。


技术实现要素：

3.发明目的
4.为了解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种针对带起动笼的永磁同步磁阻电动机铁心损耗的测试方法，该方法能够测试电机不同工作状态铁心损耗，进而可以了解电机的性能和评估电机的效率。
5.技术方案
6.一种永磁同步磁阻电动机铁耗测试方法：
7.步骤一、用于测试的永磁同步磁阻电动机的转子设有起动笼，用于测试的永磁同步磁阻电动机空载运行时，输入功率中空载不变损耗p'
0n
等于空载输入功率p
0n
减去空载铜耗p
cu0
，空载时测试得到空载电流i0、空载输入功率p
0n
和用于测试的永磁同步磁阻电动机的相电阻r，并计算得到空载铜耗p
cu0
，进而计算得到空载不变损耗p'
0n
；
8.步骤二、转子设有的永磁体用形状相同不带磁性的铁块代替，在不同电压点空载运行测量空载运行时的输入功率p0、输入改装后电动机空载输入电流i
s0
和输入电压值u0,结合相电阻r计算得到相应的恒定损耗p
con
；
9.步骤三、额定电压由高往低根据试验数据计算不同电压下恒定损耗p
con
的值，然后作纵轴恒定损耗p
con
对横轴(u0/u
n
)2的曲线，u
n
代表额定电压，将曲线在不降反升的拐点处按照之前的曲线趋势延长至零电压，零电压处纵轴上的截距即为风摩耗p
fw
；
10.步骤四、空载不变损耗p'
0n
由三部分组成，即空载铁心损耗p
fen
、风摩耗p
fw
和杂散损耗p
dn
，进而根据计算即可得到空载铁心损耗p
fen
；将不带磁性的铁块恢复为永磁体，连接陪试电机在陪试电机的不同负载下进行用于测试的永磁同步磁阻电动机负载试验，傅里叶分析分离出磁密基波幅值b
avm
；通过采用测出的空载铁心损耗p
fen
、空载时测磁线圈波形基波幅值b
av
、负载时测磁线圈波形基波幅值b
avm
、便可计算出磁密基波幅值b
avm
相对应的负载载铁心损耗p
fem
。所述步骤一中，用于测试的永磁同步磁阻电动机结构包括定子、转子、绕组、永磁体和起动笼，转子位于定子的内侧，绕组缠绕在定子的内周侧，转子的外周侧内部嵌有起动笼，永磁体嵌于转子的内部，在转子的中心固定有轴。
11.所述步骤一中，用于测试的永磁同步磁阻电动机空载运行时，输入功率中空载不变损耗p'
0n
等于空载输入功率p
0n
减去空载铜耗p
cu0
，空载不变损耗p'
0n
由三部分组成，即空载铁心损耗p
fen
、风摩耗p
fw
和杂散损耗p
dn
；
12.p
′
0n
＝p
0n
‑
p
cu0
ꢀꢀꢀ
(1)
13.p
cu0
＝3i
02
r
ꢀꢀꢀ
(2)
14.p
′
0n
＝p
fen
p
fw
p
dn
ꢀꢀꢀ
(3)
15.p
0n
‑‑‑‑‑
空载输入功率；
16.p
cu0
‑‑‑‑‑
空载铜耗；
17.r
‑‑‑‑‑‑
相电阻；
18.i0‑‑‑‑‑‑
空载电流；
19.p'
0n
‑‑‑‑‑‑
空载不变损耗；
20.p
fen
‑‑‑‑‑
空载铁心损耗；
21.p
fw
‑‑‑‑‑‑
风摩耗；
22.p
dn
‑‑‑‑‑‑
杂散损耗；
23.杂散损耗p
dn
与电流的平方关系成正比，用于测试的永磁同步磁阻电动机空载运行时，当输入电压接近用于测试的永磁同步磁阻电动机的反电势时，用于测试的永磁同步磁阻电动机的运行电流最小，运行电流视作为零，空载杂散损耗进而可以忽略不计，因此有如下关系式：
24.p
′
0n
＝p
fen
p
fw
ꢀꢀꢀ
(4)
25.测试出用于测试的永磁同步磁阻电动机空载电流i0及空载输入功率p
0n
，测试用于测试的永磁同步磁阻电动机的相电阻r，根据式(1)和式(2)得到空载不变损耗p'
0n
值；
26.由式(4)可知，当测试出风摩耗p
fw
，剩下的便是空载铁耗；用于测试的永磁同步磁阻电动机的风摩耗与其他电机一样，大小取决于电机的轴承、润滑剂、冷却风扇和电动机的装配质量。
27.所述步骤二中，把用于测试的永磁同步磁阻电动机转子上的永磁体用形状相同不带磁性的铁块代替，保持转子的转动惯量及机械结构不变，在相同转速下风摩耗不变；由于用于测试的永磁同步磁阻电动机转子带有启动笼，当永磁体被铁块替换后，改装后的永磁电动机可以按照异步电动机方式运行，在空载时改装后的永磁电动机的转速接近同步转速，即转差率s≈0，所以此时转子损耗可以忽略不计，改装后的永磁电动机的风摩耗与改装前相同；
28.可调变压器输出电压在50％额定电压和最低电压之间至少取4个电压点，在不同电压点空载运行，通过功率分析仪读取空载运行时的输入功率p0、输入改装后电动机空载输入电流i
s0
和输入电压值u0,每测试一次后，采用低阻仪测试电动机的相电阻r，经过式(5)计算，得到相应的恒定损耗p
con
；
29.其中：
[0030][0031]
p
con
‑‑‑‑‑
改装后电动机恒定损耗；
[0032]
p0‑‑‑‑‑
改装后电动机空载输入功率；
[0033]
i
s0
‑‑‑‑‑
改装后电动机空载输入电流；
[0034]
r
‑‑‑‑‑
相电阻；
[0035]
其中恒定损耗p
con
包括风摩耗和铁耗。
[0036]
所述步骤三中，通过对50％额定电压到最低电压之间不同电压测试点测试，额定电压由高往低根据试验数据计算不同电压下p
con
的值，然后作纵轴恒定损耗p
con
对横轴(u0/u
n
)2的曲线，u
n
代表额定电压，将曲线在不降反升的拐点处按照之前的曲线趋势延长至零电压，零电压处纵轴上的截距即为风摩耗p
fw
；通过对改装后电动机的试验，得到风摩耗p
fw
，再根据式(4)得到永磁同步磁阻电动机空载铁心损耗p
fen
。
[0037]
所述步骤四中，将不带磁性的铁块恢复为永磁体，同时在恢复后的用于测试的永磁同步磁阻电动机的定子安装测磁线圈，测磁线圈为安装在永磁同步磁阻电动机定子槽内的一条跨距为整距的开路线圈，测磁线圈两端从用于测试的永磁同步磁阻电动机外壳孔伸出电动机外壳，方便用于测试的永磁同步磁阻电动机运行时采用示波器测试线圈的波形；安装后，对用于测试的永磁同步磁阻电动机进行空载试验，进行不同负载下试验，在试验过程过程中，采用示波器测试测磁线圈的波形，通过试验波形可以看出，用于测试的永磁同步磁阻电动机工作在不同负载下，气隙磁密在不断的发生着变化，因此气隙磁密的基波和谐波所占的比例也随着负载变化而发生变化；基本铁耗主要是由于磁密的基波的交变而产生的损耗，谐波产生的损耗属于杂散损耗；因此对不同负载下磁密波形进行傅里叶分析，分离出磁密基波幅值b
avm
；根据铁耗的大小与磁密的幅值的平方成正比，即因此有
[0038]
p
fem
/p
fen
＝(b
avm
/b
av
)2ꢀꢀꢀ
(6)
[0039]
其中
[0040]
p
fen
‑‑‑‑‑
空载铁心损耗；
[0041]
p
fem
‑‑‑‑‑
负载载铁心损耗；
[0042]
b
av
‑‑‑‑‑
空载时测磁线圈波形基波幅值；
[0043]
b
avm
‑‑‑‑‑
负载时测磁线圈波形基波幅值；
[0044]
通过测试出空载铁心损耗p
fen
、空载时测磁线圈波形基波幅值b
av
、负载时测磁线圈波形基波幅值b
avm
、便可计算出磁密基波幅值b
avm
相对应的负载载铁心损耗p
fem
。
[0045]
优点及效果
[0046]
本发明通过把永磁材料换成没有磁性的铁块，然后在不同电压下测试，得到风摩耗，进而分离得到空载铁耗，根据不同气隙磁密波形基波幅值，按照公式即可得到不同负载下铁耗。
附图说明
[0047]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明的保护范围不仅局限于下列内容的表述。
[0048]
图1为一种使用本发明测试方法的用于测试的永磁同步磁阻电动机样机结构示意图；
[0049]
图2为用于测试的永磁同步磁阻电动机样机空载试验示意图；
[0050]
图3为用于测试的永磁同步磁阻电动机样机改造后空载试验示意图；
[0051]
图4为空载试验特性曲线示意图；
[0052]
图5为测磁线圈安装示意图；
[0053]
图6为用于测试的永磁同步磁阻电动机样机负载试验示意图；
[0054]
图7为不同负载下测磁线圈波形波形；
[0055]
图7.1为空载磁密波形；
[0056]
图7.2为1/4负载磁密波形；
[0057]
图7.3为1/2负载磁密波形；
[0058]
图7.4为满载磁密波形；
[0059]
图8为实施例的空载试验特性曲线示意图。
[0060]
附图标记说明：1.定子、2.转子、3.绕组、4.永磁体、5.起动笼、6.轴、7.测磁线圈、8.工频电源、9.功率分析仪、10.用于测试的永磁同步磁阻电动机、11.示波器、12.探头、13.电流传感器、14.可调变压器、15.改装后的永磁电动机、16.陪试电机。
具体实施方式
[0061]
一种永磁同步磁阻电动机铁耗测试方法，如图1所示，用于测试的永磁同步磁阻电动机10结构包括定子1、转子2、绕组3、永磁体4和起动笼5，转子2位于定子1的内侧，绕组3缠绕在定子1的内周侧，转子2的外周侧内部嵌有起动笼5，永磁体4嵌于转子2的内部；
[0062]
用于测试的永磁同步磁阻电动机10空载运行时，输入功率中空载不变损耗p'
0n
等于空载输入功率p
0n
减去空载铜耗p
cu0
，空载不变损耗p'
0n
由三部分组成，即空载铁心损耗p
fen
、风摩耗p
fw
和杂散损耗p
dn
；
[0063]
p
′
0n
＝p
0n
‑
p
cu0
ꢀꢀꢀ
(1)
[0064]
p
cu0
＝3i
02
r
ꢀꢀꢀ
(2)
[0065]
p
′
0n
＝p
fen
p
fw
p
dn
ꢀꢀꢀ
(3)
[0066]
p
0n
‑‑‑‑‑
空载输入功率；
[0067]
p
cu0
‑‑‑‑‑
空载铜耗；
[0068]
r
‑‑‑‑‑‑
相电阻；
[0069]
i0‑‑‑‑‑‑
空载电流；
[0070]
p'
0n
‑‑‑‑‑‑
空载不变损耗；
[0071]
p
fen
‑‑‑‑‑
空载铁心损耗；
[0072]
p
fw
‑‑‑‑‑‑
风摩耗；
[0073]
p
dn
‑‑‑‑‑‑
杂散损耗；
[0074]
杂散损耗p
dn
与电流的平方关系成正比，用于测试的永磁同步磁阻电动机10空载运行时，当输入电压接近用于测试的永磁同步磁阻电动机的反电势时，用于测试的永磁同步磁阻电动机10的运行电流最小，运行电流视作为零，空载杂散损耗进而可以忽略不计，因此有如下关系式：
[0075]
p
′
0n
＝p
fen
p
fw
ꢀꢀꢀ
(4)
[0076]
如图2所示，用于测试的永磁同步磁阻电动机10的u、v和w端连接有工频电源8，用于测试的永磁同步磁阻电动机10的u、v和w端还分别设有电流传感器13(电流传感器用于测试电机空载运行时电流)并与功率分析仪9相连(本具体实施方式中使用的为横河公司，型号wt1600的功率分析仪，用于测试电机空载运行时的输入电流i0和空载输入功率p
0n
)，测磁线圈7为安装在永磁同步磁阻电动机定子槽内的一条跨距为整距的开路线圈连接在用于测
试的永磁同步磁阻电动机10上，示波器11(示波器用于测试测磁线圈波形)的探头12连接在测磁线圈7上，通过功率分析仪9测试出用于测试的永磁同步磁阻电动机10空载电流i0及空载输入功率p
0n
，采用低阻测量仪测试用于测试的永磁同步磁阻电动机10的相电阻r，根据式(1)和式(2)得到空载不变损耗p'
0n
值；
[0077]
由式(4)可知，当测试出风摩耗p
fw
，剩下的便是空载铁耗；用于测试的永磁同步磁阻电动机10的风摩耗与其他电机一样，大小取决于电机的轴承、润滑剂、冷却风扇和电动机的装配质量；
[0078]
把用于测试的永磁同步磁阻电动机10转子2上的永磁体4用形状相同不带磁性的铁块代替，保持转子2的转动惯量及机械结构不变，在相同转速下风摩耗不变；由于用于测试的永磁同步磁阻电动机10转子2带有启动笼5，当永磁体4被铁块替换后，改装后的永磁电动机15可以按照异步电动机方式运行，在空载时改装后的永磁电动机15的转速接近同步转速，即转差率s≈0，所以此时转子2损耗可以忽略不计，改装后的永磁电动机15的风摩耗与改装前相同；
[0079]
改装后的永磁电动机风摩耗测试方法：
[0080]
根据图3所示将工频电源8替换成可调变压器14，然后对改装后的永磁电动机15进行试验，可调变压器输出电压在50％额定电压和最低电压之间至少取4个电压点，在不同电压点空载运行，通过功率分析仪9读取空载运行时的输入功率p0、输入改装后电动机空载输入电流i
s0
和输入电压值u0,每测试一次后，采用低阻仪测试电动机的相电阻r，经过式(5)计算，得到相应的恒定损耗p
con
；
[0081]
其中：
[0082][0083]
p
con
‑‑‑‑‑
改装后电动机恒定损耗；
[0084]
p0‑‑‑‑‑
改装后电动机空载输入功率；
[0085]
i
s0
‑‑‑‑‑
改装后电动机空载输入电流；
[0086]
r
‑‑‑‑‑
相电阻；
[0087]
其中恒定损耗p
con
包括风摩耗和铁耗。
[0088]
通过对50％额定电压到最低电压之间不同电压测试点测试，额定电压由高往低根据试验数据计算不同电压下p
con
的值，然后作纵轴恒定损耗p
con
对横轴(u0/u
n
)2的曲线，u
n
代表额定电压，见图4所示，将曲线在不降反升的拐点处按照之前的曲线趋势延长至零电压，零电压处纵轴上的截距即为风摩耗p
fw
；
[0089]
永磁同步磁阻电动机铁心损耗测试方法：
[0090]
通过对改装后电动机的试验，得到风摩耗p
fw
，再根据式(4)得到永磁同步磁阻电动机空载铁心损耗p
fen
；然后将不带磁性的铁块恢复为永磁体4，同时在恢复后的用于测试的永磁同步磁阻电动机10的定子1安装测磁线圈7，测磁线圈7为一条嵌入永磁同步磁阻电动机定子内的跨距为整距的开路线圈，如图5所示(以4极48槽电机为例)，测磁线圈7两端从用于测试的永磁同步磁阻电动机10外壳孔伸出电动机外壳，方便用于测试的永磁同步磁阻电动机10运行时采用示波器11测试线圈的波形；安装后，对用于测试的永磁同步磁阻电动机10按照相当于图3改装后的永磁电动机15换为原本的用于测试的永磁同步磁阻电动机10，进行空载试验，按照图6所示，用于测试的永磁同步磁阻电动机10的轴6连接有陪试电机16
(陪试电机用于被试电动机加载，可以是测功机、也可以是发电机)，进行不同负载下试验，在试验过程过程中，采用示波器11测试测磁线圈7的波形，如图7所示，通过试验波形可以看出，用于测试的永磁同步磁阻电动机10工作在不同负载下，气隙磁密在不断的发生着变化，因此气隙磁密的基波和谐波所占的比例也随着负载变化而发生变化。基本铁耗主要是由于磁密的基波的交变而产生的损耗，谐波产生的损耗属于杂散损耗；因此对不同负载下磁密波形进行傅里叶分析，分离出磁密基波幅值b
avm
。根据铁耗的大小与磁密的幅值的平方成正比，即因此有
[0091]
p
fem
/p
fen
＝(b
avm
/b
av
)2ꢀꢀꢀ
(6)
[0092]
其中
[0093]
p
fen
‑‑‑‑‑
空载铁心损耗；
[0094]
p
fem
‑‑‑‑‑
负载载铁心损耗；
[0095]
b
av
‑‑‑‑‑
空载时测磁线圈波形基波幅值；
[0096]
b
avm
‑‑‑‑‑
负载时测磁线圈波形基波幅值；
[0097]
通过测试出空载铁心损耗p
fen
、空载时测磁线圈波形基波幅值b
av
、负载时测磁线圈7波形基波幅值b
avm
、便可计算出磁密基波幅值b
avm
相对应的负载载铁心损耗p
fem
。
[0098]
实施例
[0099]
5.5kw永磁同步磁阻电动机不同负载铁耗测试实验：
[0100]
空载试验：
[0101]
空载运行时，采用示波器对被试永磁同步磁阻电动机测磁线圈波形进行测试，如图7.1所示。然后对波形进行傅里叶分析，得到空载时测磁线圈波形基波幅值b
av
。
[0102]
r＝2.81ω；i0＝0.25a；p
0n
＝234.4w；b
av
＝1.05v
[0103]
p
cu0
＝3i
02
r＝0.53w；
[0104]
p
′
0n
＝p
0n
‑
p
cu0
＝233.87w
[0105]
被试永磁同步磁阻电动机转子进行改造，完成风摩耗分离试验，根据试验数据获得如图8的曲线，由曲线得到风摩耗p
fw
。
[0106]
p
fw
＝61.6w(由图8绘制曲线得到，小数点后二位四舍五入即为p
fw
)
[0107]
p
fen
＝p
′
0n
‑
p
fw
＝172.27w；
[0108]
负载试验：
[0109]
被试永磁同步磁阻电动机恢复转子永磁体后，进行1/4负载、1/2负载和额定负载试验，不同负载时测试测磁线圈波形，如图7.2—图7.4所示。并对波形进行傅里叶分解得到基波幅值，然后与空载时对比，获得表1数据。
[0110]
表1磁密比值
[0111]
[0112]
显然，本发明的上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。