基于模块化永磁同步电机的电动飞机推进系统测试平台的制作方法

1.本发明涉及电动飞机测试技术领域。


背景技术：

2.与传统飞机相比，电动飞机是航空业贯彻绿色航空、应对全球环境挑战的重要举措，是实现碳排放降低目标的必然选择。电机，作为电动飞机中的动力源和核心部件，越来越受到重视，正在引起新一轮的能源革命。在电动飞机中，为了提高电机的容错能力，且降低逆变器承受电流，电机绕组常采用多相化或模块化设计。模块化永磁同步电机（pmsm）以其高可靠性的容错运行能力，高功率密度以及高控制精度等优点得到了广泛的关注。模块化永磁同步电机需将电机设计成若干个三相模块单元，每个模块单元由单独的三相电压源逆变器独立控制。这种结构一方面具有高可靠的容错能力，另一方面可以降低绕组和逆变器功率器件承受电流，提高电机系统寿命。然而，基于模块化永磁同步电机的航空电推进系统需要在地面进行前期测试，因此有必要搭建一套地面测试平台。


技术实现要素：

3.本发明的目的是解决目前基于模块化永磁同步电机的航空电推进系统缺少地面测试平台的问题，本发明提出基于基于模块化永磁同步电机的电动飞机的推进系统测试平台，从而可以测试电动飞机推进系统性能，达到前期地面调试的目的。
4.本发明的技术方案是：基于模块化永磁同步电机的电动飞机推进系统测试平台，该平台包括模块化永磁同步电机3和上位机6；该平台还包括模块化电压源逆变器2、螺旋桨测试平台4和电力电子半实物仿真平台5；模块化电压源逆变器2用于驱动模块化永磁同步电机3，并输出电压、电流和温度；螺旋桨测试平台4由模块化永磁同步电机3驱动，并输出转速、转矩和拉力；电力电子半实物仿真平台5用于采集模块化电压源逆变器2输出的电压、电流和温度，还用于采集螺旋桨测试平台4输出的转速、转矩、拉力，还用于与上位机6之间双向通讯。
5.优选的，该平台还包括直流电源/电池1，直流电源/电池1用于为模块化电压源逆变器2提供电能。
6.优选的，螺旋桨测试平台4包括螺旋桨、转速传感器、转矩传感器和拉力传感器；模块化永磁同步电机3驱动螺旋桨旋转，转速传感器测量螺旋桨的转速并输出至电力电子半实物仿真平台5，转矩传感器测量螺旋桨的转矩并输出至电力电子半实物仿真平台5，拉力传感器测量螺旋桨的转速并输出至电力电子半实物仿真平台5。
7.优选的，所述模块化电压源逆变器2包括三相电流测量电路板一号2-4、三相电流测量电路板二号2-5、三相电流测量电路板三号2-6、电压源逆变器一号2-7、电压源逆变器二号2-8、电压源逆变器三号2-9、三相电压测量电路板一号2-10、三相电压测量电路板二号
2-11、三相电压测量电路板三号2-12、热电偶温度传感器一号2-13、热电偶温度传感器二号2-14和热电偶温度传感器三号2-15；直流电源/电池1用于为电压源逆变器一号2-7、电压源逆变器二号2-8和电压源逆变器三号2-9供电；三相电流测量电路板一号2-4、三相电压测量电路板一号2-10和热电偶温度传感器一号2-13分别采集电压源逆变器一号2-7的电流、电压和温度，并将采集的电压源逆变器一号2-7的电流、电压和温度发送至电力电子半实物仿真平台5；三相电流测量电路板二号2-5、三相电压测量电路板二号2-11和热电偶温度传感器二号2-14分别采集电压源逆变器二号2-8的电流、电压和温度，并将采集的电压源逆变器一号2-7的电流、电压和温度发送至电力电子半实物仿真平台5；三相电流测量电路板三号2-6、三相电压测量电路板三号2-12热电偶温度传感器三号2-15分别采集电压源逆变器三号2-9的电流、电压和温度，并将采集的电压源逆变器一号2-7的电流、电压和温度发送至电力电子半实物仿真平台5。
8.优选的，该平台还包括辅助电源24v2-1，辅助电源24v2-1用于为模块化电压源逆变器2中的三相电流测量电路板一号2-4、三相电流测量电路板二号2-5、三相电流测量电路板三号2-6、三相电压测量电路板一号2-10、三相电压测量电路板二号2-11和三相电压测量电路板三号2-12供电。
9.优选的，该平台还包括辅助电源12v2-2和散热风扇2-3；辅助电源12v2-2用去驱动散热风扇2-3旋转；散热风扇2-3用于给模块化电压源逆变器2中的电压源逆变器一号2-7、电压源逆变器二号2-8和电压源逆变器三号2-9散热。
10.有益效果：该平台中直流电源/电池为模块化电压源逆变器提供动力，并通过模块化电压源逆变器驱动模块化永磁同步电机旋转，再通过模块化永磁同步电机驱动螺旋桨测试平台，通过电力电子半实物仿真平台和上位机之间的数据传输，完成对模块化电压源逆变器输出的电压、电流和温度，以及螺旋桨测试平台输出的转速、转矩和拉力，六种信号的实时监测，并通过上位机将电机控制核心算法烧录至电力电子半实物仿真平台中，实现控制模块化永磁同步电机，实现了电动飞机电推进系统的地面测试，且实时得到推进系统的性能参数。同时多个模块驱动电机，采用多余度驱动方案，提高电推进系统可靠性，该方案具有广泛的应用前景和较大的推广价值。
附图说明
11.图1为本发明所述平台的组成示意图；图2为本发明所述平台中的模块化电压源逆变器的组成示意图；图3为本发明所述平台中的部分组成示意图；图4为模块化永磁同步电机本体绕组分布图。
具体实施方式
12.具体实施方式一、参照图1至图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于模块化永磁同步电机的电动飞机推进系统测试平台，该平台包括模块化永磁同步电机3和上位机6；
该平台还包括模块化电压源逆变器2、螺旋桨测试平台4和电力电子半实物仿真平台5；模块化电压源逆变器2用于驱动模块化永磁同步电机3，并输出电压、电流和温度；螺旋桨测试平台4由模块化永磁同步电机3驱动，并输出转速、转矩和拉力；电力电子半实物仿真平台5用于采集模块化电压源逆变器2输出的电压、电流和温度，还用于采集螺旋桨测试平台4输出的转速、转矩、拉力，还用于与上位机6之间双向通讯。
13.本实施方式中，模块化永磁同步电机3采用三模块绕组结构，三套绕组在空间上相差120度，构成三个单元电机。电机结构为36槽42极，为外转子结构，如图4所示。
14.模块化永磁同步电机，直接驱动螺旋桨测试平台，使螺旋桨测试平台实现电能和机械能转化，从而完成地面测试。
15.螺旋桨测试平台，该测试平台上安装转速转矩传感器，拉力传感器，输出的信号需要在电力电子半实物仿真平台实时监测。
16.电力电子半实物仿真平台用来接收上位机电脑的控制信号，监测模块化电压源逆变器和螺旋桨测试平台输出的信号，输出的信号为电压、电流、温度、转速、转矩、拉力。电机控制核心算法在上位机中进行编程，烧录到电力电子半实物仿真平台中，从而可以控制模块化永磁同步电机。
17.模块化电压源逆变器，实现直流-交流电能变换，驱动电机（模块化永磁同步电机），因为电机为模块化绕组，所以该模块化电压源逆变器也设计成模块化结构，本发明专利以三模块永磁同步电机为例，具体组成如图4所示。
18.该平台通过模块化电压源逆变器驱动模块化永磁同步电机旋转，再通过模块化永磁同步电机驱动螺旋桨测试平台，通过电力电子半实物仿真平台和上位机之间的数据传输，完成对模块化电压源逆变器输出的电压、电流和温度，以及螺旋桨测试平台输出的转速、转矩和拉力，六种信号的实时监测，并通过上位机将电机控制核心算法烧录至电力电子半实物仿真平台中，从事实现控制模块化永磁同步电机，实现电动飞机电推进系统的地面测试，实时得到推进系统的性能参数。同时多个模块驱动电机，采用多余度驱动方案，提高电推进系统可靠性。
19.具体实施方式二、本实施方式是对实施方式一所述的基于模块化永磁同步电机的电动飞机推进系统测试平台的进一步说明，该平台还包括直流电源/电池1，直流电源/电池1用于为模块化电压源逆变器2提供电能。
20.直流电源/电池为测试平台供电能，模拟电动飞机直流供电系统。
21.具体实施方式三、本实施方式是对实施方式二所述的基于模块化永磁同步电机的电动飞机推进系统测试平台的进一步说明，螺旋桨测试平台4包括螺旋桨、转速传感器、转矩传感器和拉力传感器；模块化永磁同步电机3驱动螺旋桨旋转，转速传感器测量螺旋桨的转速并输出至电力电子半实物仿真平台5，转矩传感器测量螺旋桨的转矩并输出至电力电子半实物仿真平台5，拉力传感器测量螺旋桨的转速并输出至电力电子半实物仿真平台5。
22.本实施方式中，模块化永磁同步电机，直接驱动螺旋桨测试平台中的螺旋桨，使螺旋桨测试平台中的螺旋桨旋转，实现电能和机械能转化，从而完成地面测试。与普通电机测试不同，负载不是测功机，而是螺旋桨旋转时的空气阻力。转速传感器、转矩传感器和拉力传感器监测螺旋桨旋转后得到的转速、转矩和拉力，并将监测到的转速、转矩和拉力发送至
电力电子半实物仿真平台实时监测。
23.具体实施方式四、本实施方式是对实施方式三所述的基于模块化永磁同步电机的电动飞机推进系统测试平台的进一步说明，所述模块化电压源逆变器2包括三相电流测量电路板一号2-4、三相电流测量电路板二号2-5、三相电流测量电路板三号2-6、电压源逆变器一号2-7、电压源逆变器二号2-8、电压源逆变器三号2-9、三相电压测量电路板一号2-10、三相电压测量电路板二号2-11、三相电压测量电路板三号2-12、热电偶温度传感器一号2-13、热电偶温度传感器二号2-14和热电偶温度传感器三号2-15；直流电源/电池1用于为电压源逆变器一号2-7、电压源逆变器二号2-8和电压源逆变器三号2-9供电；三相电流测量电路板一号2-4、三相电压测量电路板一号2-10和热电偶温度传感器一号2-13分别采集电压源逆变器一号2-7的电流、电压和温度，并将采集的电压源逆变器一号2-7的电流、电压和温度发送至电力电子半实物仿真平台5；三相电流测量电路板二号2-5、三相电压测量电路板二号2-11和热电偶温度传感器二号2-14分别采集电压源逆变器二号2-8的电流、电压和温度，并将采集的电压源逆变器一号2-7的电流、电压和温度发送至电力电子半实物仿真平台5；三相电流测量电路板三号2-6、三相电压测量电路板三号2-12热电偶温度传感器三号2-15分别采集电压源逆变器三号2-9的电流、电压和温度，并将采集的电压源逆变器一号2-7的电流、电压和温度发送至电力电子半实物仿真平台5。
24.本实施方式中，三个电压源逆变器（电压源逆变器一号2-7、电压源逆变器二号2-8、电压源逆变器三号2-9）采用并联的结构，连接到直流电源/电池（或直流母线）上，三个电压源逆变器的直流输入端可以一同连接到同一直流母线，也可以连接到不同的直流母线。
25.电压源逆变器在工作时需要三相电流测量电路板和三相电压测量电路板监测三相绕组电流和三相端电压，同时三相电流测量电路板和三相电压测量电路板将采集的电流和电压传送至电力电子半实物仿真平台，保证电流和电压信号可以实时采样和监测。
26.热电偶温度传感器共3个，均需要放置到电压源逆变器的功率模块上，用来监测温度，同时温度信号输出给电力电子半实物仿真平台。
27.具体实施方式五、本实施方式是对实施方式四所述的基于模块化永磁同步电机的电动飞机推进系统测试平台的进一步说明，该平台还包括辅助电源24v2-1，辅助电源24v2-1用于为模块化电压源逆变器2中的三相电流测量电路板一号2-4、三相电流测量电路板二号2-5、三相电流测量电路板三号2-6、三相电压测量电路板一号2-10、三相电压测量电路板二号2-11和三相电压测量电路板三号2-12供电。
28.具体实施方式六、本实施方式是对实施方式五所述的基于模块化永磁同步电机的电动飞机推进系统测试平台的进一步说明，该平台还包括辅助电源12v2-2和散热风扇2-3；辅助电源12v2-2用去驱动散热风扇2-3旋转；散热风扇2-3用于给模块化电压源逆变器2中的电压源逆变器一号2-7、电压源逆变器二号2-8和电压源逆变器三号2-9散热。
29.实施方式五和六中，220v交流电连接两个电源模块，构成辅助电源，12v辅助电源（辅助电源12v）驱动散热风扇，用来给整个逆变器散热，24v辅助电源（辅助电源24v）驱动电路板，给电路板提供电能，保证其正常工作。