开放式绕组永磁同步电机测试系统的制作方法
开放式绕组永磁同步电机测试系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种开放式绕组永磁同步电机的测试台架装置。
【背景技术】
[0002]近年来，混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车等新能源车辆正在蓬勃发展。在新能源车辆中，以电动机为动力源的电驱动技术得到了广泛的应用，也对车用动力电机提出了更为严格的要求，这就促使了各种新型电机和电驱动技术的诞生。由永磁同步电机发展而来的一种新型电机一一开放式绕组永磁同步电机就是其中之一。该电机具有永磁同步电机的全部优点，而且比永磁同步电机控制灵活、调速范围大，更适合驱动车辆的要求。
[0003]然而，目前国内外对开放式绕组电机的测试台架系统和测试方法还很不成熟。除了对电机测试台架可以实时调节并测量电机的扭矩、转速的基本功能要求之外，开放式绕组电机涉及到运行模式的切换。如最简单的三相开放式绕组电机，其运行模式就可以在Y形及△形之间切换。在切换过程中，将产生电机本体的振动及转矩波动；而传统的电机测试台架系统无法对该振动及转矩波动进行有效的测试。此外，开放式绕组电机运行模式切换的重要条件之一就是电机及逆变器的运行效率，所以针对开放式绕组电机的测试台架系统应能实时地对当前电机及逆变器效率进行准确测量。而且，开放式绕组电机采用的是双逆变器系统，其功率元器件数量是普通永磁同步电机的2倍，其发热情况也需要进行针对而细致的测试；电机不同运行模式之间电机本体和逆变器系统的发热情况也需要进行对比；这就要求该测试台架系统可以对电机本体和逆变器系统的温升进行测试和记录。另外，由于目前量产的开放式绕组电机较少，测试台架系统应对各种外形、功率、绕组数不同的开放式绕组电机具有一定的通用性；测试台架应可使用普通电机控制器对开放式绕组电机进行控制。
[0004]综上所述，现有的电机测试台架系统无法满足对开放式绕组永磁同步电机进行有效而全面的测试，需要针对此类电机重新开发一种测试台架系统。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于为克服目前对开放式绕组电机的测试台架系统和测试方法存在的技术缺陷，提出一种对各种外形、功率、绕组数不同的开放式绕组电机具有一定的通用性的开放式绕组永磁同步电机测试系统。
[0006]本实用新型开放式绕组永磁同步电机测试系统，包括分别通过负载电机支架、驱动电机支架设置在一台架两端的永磁同步负载电机和被测开放式绕组驱动电机、通过扭矩传感器支承设置在永磁同步负载电机和被测开放式绕组驱动电机之间的扭矩传感器，扭矩传感器的轴两端分别通过双膜片弹性联轴器与被测开放式绕组驱动电机的输出轴和永磁同步负载电机的输出轴相连，套置在永磁同步负载电机输出轴上的旋转变压器，永磁同步负载电机和被测开放式绕组驱动电机分别通过负载电机逆变器和驱动电机逆变器并联在直流母线上，连接在负载电机逆变器上的负载电机控制器、连接在驱动电机逆变器上的驱动电机控制器、设置在连接被测开放式绕组驱动电机和驱动电机逆变器电路间的驱动电机电流传感器、设置在连接驱动电机逆变器和直流母线电路间的驱动电机逆变器电流传感器、设置在直流母线上的电源电压传感器、计算机和与其通过串行总线相连的数据采集卡;
[0007]还包括设置在所述的被测开放式绕组驱动电机壳体上的压电式加速度传感器、驱动电机温度传感器、设置在驱动电机逆变器壳体上的驱动电机逆变器温度传感器、并联在驱动电机逆变器上的手动控制板，所述的扭矩传感器、旋转变压器、驱动电机温度传感器和驱动电机逆变器温度传感器、压电式加速度传感器、驱动电机电流传感器和驱动电机逆变器电流传感器、电源电压传感器分别与数据采集卡通讯连接；
[0008]所述的手动控制板由控制电路和工作电路两部分组成:
[0009]控制电路包括低压直流电源DY、触发传感器CG1、总开关K1、选择器开关S1、S2、S3、接触器线圈KD1、KD2、KD3、KD4、KD5、KD6、KD7、KD8、KD9，选择器开关SI的2个分路分别与接触器线圈KD1、KD2串联组成选择电路I，选择器开关S2的3个分路分别与接触器线圈KD3、KD4、KD5串联组成选择电路II，选择器开关S3的4个分路分别与接触器线圈KD6、KD7、KD8、KD9串联组成选择电路III ;这3个选择电路并联后与低压直流电源DY、总开关K1、触发传感器CGl串联；触发传感器CGl的接口 h与所述的数据采集卡通讯连接，以传递绕组切换的触发时间信号；
[0010]工作电路由9个回路组成，回路I中串联有接触器动合触点KM1，用于将三相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路2中串联有接触器动合触点KM2，用于将三相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；回路3中串联有接触器动合触点KM3，用于将五相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路4中串联有接触器动合触点KM4，用于将五相开放式绕组电机切换为过渡绕组状态；回路5中串联有接触器动合触点KM5，用于将五相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；回路6中串联有接触器动合触点KM6，用于将七相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路7中串联有接触器动合触点KM7，用于将七相开放式绕组电机切换为第一过渡绕组状态；回路8中串联有接触器动合触点KM8，用于将七相开放式绕组电机切换为第二过渡绕组状态；回路9中串联有接触器动合触点KM9，用于将七相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；各回路的端口分别与驱动电机逆变器相对应的相桥臂中点相连接；工作电路中的接触器动合触点KMl、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8、KM9 分别由控制电路中的接触器线圈 KD1、KD2、KD3、KD4、KD5、KD6、KD7、KD8、KD9控制。
[0011]本实用新型开放式绕组永磁同步电机测试系统具有以下优异技术效果:
[0012]目前国内外对开放式绕组电机的测试台架系统和测试方法还很不成熟。普通电机测试台架可以实时调节并测量电机的扭矩、转速，但不能对开放式绕组电机进行绕组状态切换。本测试系统可以在测试过程中对开放式绕组电机的绕组状态进行实时、动态切换。在绕组切换过程中，将产生电机本体的振动及扭矩波动，原有测试系统无法对该振动、扭矩波动及扭矩稳定时间进行测量，而本测试系统可以对该振动及扭矩波动、扭矩稳定时间进行测量和记录。而且，开放式绕组电机采用的是双逆变器系统，其功率元器件数量是普通永磁同步电机的2倍，其发热情况也需要进行针对而细致的测试；电机不同运行模式之间电机本体和逆变器系统的发热情况也需要进行对比；本测试系统可以对电机本体和逆变器系统的温升进行测试和记录。另外，由于目前量产的开放式绕组电机较少，本测试系统对各种外形、功率、绕组数不同的开放式绕组电机具有一定的通用性；测试台架通过手动控制板可使用普通电机控制器对开放式绕组电机进行控制，而无需开发专门的开放式绕组电机控制器。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型开放式绕组永磁同步电机测试系统组成结构示意图；
[0014]图2是本实用新型开放式绕组永磁同步电机测试系统电路连接示意图；
[0015]图3是图1中所示手动控制板(19)的电路原理图；
[0016]图4是三相开放式绕组永磁同步电机与逆变器系统、手动控制板连接电路图；
[0017]图5是五相开放式绕组永磁同步电机与逆变器系统、手动控制板连接电路图；
[0018]图6是七相开放式绕组永磁同步电机与逆变器系统、手动控制板连接电路图。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图给出的实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0020]实施例1
[0021]参照图1、2，一种开放式绕组永磁同步电机测试系统，包括分别通过负载电机支架2、驱动电机支架7设置在一台架23两端的永磁同步负载电机I和被测开放式绕组驱动电机8、通过扭矩传感器支承6设置在永磁同步负载电机I和被测开放式绕组驱动电机8之间的扭矩传感器5，扭矩传感器5的轴两端分别通过双膜片弹性联轴器4与被测开放式绕组驱动电机8的输出轴和永磁同步负载电机I的输出轴相连，套置在永磁同步负载电机I输出轴上的旋转变压器3，永磁同步负载电机I和被测开放式绕组驱动电机8分别通过负载电机逆变器21和驱动电机逆变器15并联在直流母线22上，连接在负载电机逆变器21上的负载电机控制器20、连接在驱动电机逆变器15上的驱动电机控制器14、设置在连接被测开放式绕组驱动电机8和驱动电机逆变器15电路间的驱动电机电流传感器13、设置在连接驱动电机逆变器15和直流母线22电路间的驱动电机逆变器电流传感器18、设置在直流母线22上的电源电压传感器17、计算机11和与其通过通用串行总线相连的数据采集卡12 ;
[0022]还包括设置在所述的被测开放式绕组驱动电机8壳体上的压电式加速度传感器9、驱动电机温度传感器10、设置在驱动电机逆变器15壳体上的驱动电机逆变器温度传感器16、并联在驱动电机逆变器15上的手动控制板19，所述的扭矩传感器5、旋转变压器3、驱动电机温度传感器10和驱动电机逆变器温度传感器16、压电式加速度传感器9、驱动电机电流传感器13和驱动电机逆变器电流传感器18、电源电压传感器17分别与数据采集卡12通讯连接；
[0023]参照图3，所述的手动控制板19由控制电路和工作电路两部分组成:
[0024]控制电路包括低压直流电源DY、触发传感器CG1、总开关K1、选择器开关S1、S2、S3、接触器线圈KD1、KD2、KD3、KD4、KD5、KD6、KD7、KD8、KD9，选择器开关SI的2个分路分别与接触器线圈KD1、KD2串联组成选择电路I，选择器开关S2的3个分路分别与接触器线圈KD3、KD4、KD5串联组成选择电路II，选择器开关S3的4个分路分别与接触器线圈KD6、KD7、KD8、KD9串联组成选择电路III ;这3个选择电路并联后与低压直流电源DY、总开关K1、触发传感器CGl串联；触发传感器CGl的接口 h与所述的数据采集卡(12)通 讯连接，以传递绕组切换的触发时间信号；
[0025]工作电路由9个回路组成，回路I中串联有接触器动合触点KM1，用于将三相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路2中串联有接触器动合触点KM2，用于将三相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；回路3中串联有接触器动合触点KM3，用于将五相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路4中串联有接触器动合触点KM4，用于将五相开放式绕组电机切换为过渡绕组状态；回路5中串联有接触器动合触点KM5，用于将五相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；回路6中串联有接触器动合触点KM6，用于将七相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路7中串联有接触器动合触点KM7，用于将七相开放式绕组电机切换为第一过渡绕组状态；回路8中串联有接触器动合触点KM8，用于将七相开放式绕组电机切换为第二过渡绕组状态；回路9中串联有接触器动合触点KM9，用于将七相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；各回路的端口分别与驱动电机逆变器15相对应的相桥臂中点相连接；工作电路中的接触器动合触点KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8、KM9 分别由控制电路中的接触器线圈 KD1、KD2、KD3、KD4、KD5、KD6、KD7、KD8、KD9控制。
[0026]如图4至6所示，工作电路中的14个端口按如下方式与驱动电机的逆变器系统相连接:测试七相开放式绕组电机时，手动控制板端口的a?g分别连接驱动电机逆变器系统a?g相桥臂中点，手动控制板端口 a’?g’线分别连接驱动电机逆变器系统a’?g’相桥臂中点。测试五相开放式绕组电机时，只需连接手动控制板端口 a?e与a’?e’，其连接关系不变；同理测试三相开放式绕组电机时，只需连接手动控制板端口 a?c线与a’?c’，其连接关系不变。
[0027]手动控制板19的控制机理是:
[0028]当开关Kl闭合时，手动控制板工作，此时可以通过选择器开关S1、S2、S3实时切换开放式绕组电机的绕组状态；当开关Kl断开时，手动控制板不起作用，此时需要使用专用的开放式绕组电机控制器对电机进行控制。当使用三相开放式绕组电机时，通过选择器开关SI对电机进行绕组切换控制；当使用五相开放式绕组电机时，通过选择器开关S2对电机进行绕组切换控制；当使用七相开放式绕组电机时，通过选择器开关S3对电机进行绕组切换控制。
[0029]具有η相绕组的电机，其具有的绕组状态数是(η+1)/2。所以，三相绕组电机具有2种绕组状态，五相绕组电机具有3种绕组状态，七相绕组电机具有4种绕组状态。各绕组状态对应的电机最大扭矩与最高转速不同。当从某一绕组状态切换到另一绕组状态时，如果最大扭矩下降，最高转速就会上升，反之亦然。于是，电机具有一个最大扭矩绕组状态，一个最高转速绕组状态。如果电机具有大于2种绕组状态，那么在最大扭矩绕组状态和最高转速绕组状态之间还有若干过渡绕组状态。选择器开关SI控制三相绕组电机，其中接触器KMl触点闭合时，三相绕组电机处于最大扭矩绕组状态；接触器ΚΜ2触点闭合时，三相绕组电机处于最高转速绕组状态。选择器开关S2控制五相绕组电机，其中接触器ΚΜ3触点闭合时，五相绕组电机处于最大扭矩绕组状态；接触器ΚΜ4触点闭合时，五相绕组电机处于过渡绕组状态；接触器ΚΜ5触点闭合时，五相绕组电机处于最高转速绕组状态。选择器开关S3控制七相绕组电机，其中接触器ΚΜ6触点闭合时，七相绕组电机处于最大扭矩绕组状态；接触器KM7触点闭合时，七相绕组电机处于第一过渡绕组状态；接触器KM8触点闭合时，七相绕组电机处于第二过渡绕组状态；接触器KM9触点闭合时，七相绕组电机处于最高转速绕组状态。
[0030]应用本实用新型开放式绕组永磁同步电机测试系统，可对各型开放式绕组永磁同步电机是实现以下检测试验:
[0031]1、由计算机程序完成测试区域的划分，输入被测电机的相数、最大功率以及在星形绕组状态下的最大转矩、恒功率转速与最大转速，计算出各个绕组状态下的工作区域，以确定电机的测试点以及测试范围。
[0032]2、定绕组试验:在电机固定的绕组状态下，将电机拖动至测试区域中不同的工作点进行测试，可以得到各个固定绕组状态测试区域中各个工作点的效率、温度状况；目的是得到电机在各绕组状态下的效率图谱，为电机的绕组切换的控制策略提供数据，以及为变绕组试验提供对比。
[0033]3、变绕组试验:在电机整个的测试区域上进行，并在各测试工作点进行动态的绕组切换，以得到在各个工作点上绕组切换前后的效率变化、温度变化以及切换过程中的电机本体振动情况以及转矩波动情况。具有η相绕组的电机，其绕组状态数有(η+1)/2个。如三相绕组电机具有星形和角形两种绕组状态；五相绕组电机具有星形、角形和五角星形三种绕组状态。变绕组试验的绕组切换顺序为，从最大转矩绕组开始，随着绕组的切换，最大转矩逐渐下降，最高转速不断上升，最终切换为最高转速绕组。若该工作点超出了某些绕组状态下电机的工作范围，则不切换相应的绕组状态，但是切换顺序维持不变。
【主权项】
1.一种开放式绕组永磁同步电机测试系统，包括分别通过负载电机支架(2)、驱动电机支架(7)设置在一台架(23)两端的永磁同步负载电机(I)和被测开放式绕组驱动电机(8)、通过扭矩传感器支承(6)设置在永磁同步负载电机(I)和被测开放式绕组驱动电机(8)之间的扭矩传感器(5)，扭矩传感器(5)的轴两端分别通过双膜片弹性联轴器(4)与被测开放式绕组驱动电机(8)的输出轴和永磁同步负载电机(I)的输出轴相连，套置在永磁同步负载电机(I)输出轴上的旋转变压器(3)，永磁同步负载电机(I)和被测开放式绕组驱动电机⑶分别通过负载电机逆变器(21)和驱动电机逆变器(15)并联在直流母线(22)上，连接在负载电机逆变器(21)上的负载电机控制器(20)、连接在驱动电机逆变器(15)上的驱动电机控制器(14)、设置在连接被测开放式绕组驱动电机(8)和驱动电机逆变器(15)电路间的驱动电机电流传感器(13)、设置在连接驱动电机逆变器(15)和直流母线(22)电路间的驱动电机逆变器电流传感器(18)、设置在直流母线(22)上的电源电压传感器(17)、计算机(11)和与其通过通用串行总线相连的数据采集卡(12);其特征在于: 还包括设置在所述的被测开放式绕组驱动电机(8)壳体上的压电式加速度传感器(9)、驱动电机温度传感器(10)、设置在驱动电机逆变器(15)壳体上的驱动电机逆变器温度传感器(16)、并联在驱动电机逆变器(15)上的手动控制板(19)，所述的扭矩传感器(5)、旋转变压器(3)、驱动电机温度传感器(10)和驱动电机逆变器温度传感器(16)、压电式加速度传感器(9)、驱动电机电流传感器(13)和驱动电机逆变器电流传感器(18)、电源电压传感器(17)分别与数据采集卡(12)通讯连接； 所述的手动控制板(19)由控制电路和工作电路两部分组成: 控制电路包括低压直流电源DY、触发传感器CG1、总开关K1、选择器开关S1、S2、S3、接触器线圈KD1、KD2、KD3、KD4、KD5、KD6、KD7、KD8、KD9，选择器开关SI的2个分路分别与接触器线圈KD1、KD2串联组成选择电路I，选择器开关S2的3个分路分别与接触器线圈KD3、KD4、KD5串联组成选择电路II，选择器开关S3的4个分路分别与接触器线圈KD6、KD7、KD8、KD9串联组成选择电路III ;这3个选择电路并联后与低压直流电源DY、总开关K1、触发传感器CGl串联；触发传感器CGl的接口 h与所述的数据采集卡(12)通讯连接，以传递绕组切换的触发时间信号； 工作电路由9个回路组成，回路I中串联有接触器动合触点KM1，用于将三相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路2中串联有接触器动合触点KM2，用于将三相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；回路3中串联有接触器动合触点KM3，用于将五相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路4中串联有接触器动合触点KM4，用于将五相开放式绕组电机切换为过渡绕组状态；回路5中串联有接触器动合触点KM5，用于将五相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；回路6中串联有接触器动合触点KM6，用于将七相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路7中串联有接触器动合触点KM7，用于将七相开放式绕组电机切换为第一过渡绕组状态；回路8中串联有接触器动合触点KM8，用于将七相开放式绕组电机切换为第二过渡绕组状态；回路9中串联有接触器动合触点KM9，用于将七相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；各回路的端口分别与驱动电机逆变器(15)相对应的相桥臂中点相连接；工作电路中的接触器动合触点KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8、KM9 分别由控制电路中的接触器线圈 KD1、KD2、KD3、KD4、KD5、KD6、KD7、KD8、KD9控制。
【专利摘要】本实用新型涉及一种开放式绕组永磁同步电机测试系统及测试方法，该系统包括通过扭矩传感器同轴连接的永磁同步负载电机和被测开放式绕组驱动电机的常规测试系统，在被测开放式绕组驱动电机壳体上增设的压电式加速度传感器、温度传感器、驱动电机逆变器壳体上的驱动电机逆变器温度传感器、并联在驱动电机逆变器上的手动控制板，所述的扭矩传感器、旋转变压器、驱动电机温度传感器和驱动电机逆变器温度传感器、压电式加速度传感器、驱动电机电流传感器和驱动电机逆变器电流传感器、电源电压传感器分别与数据采集卡通讯连接。可对开放式绕组电机的绕组状态进行实时、动态切换，可实现切换过程中电机的振动及扭矩波动、电机和逆变器系统的温升进行测量。
【IPC分类】G01R31/34
【公开号】CN204694826
【申请号】CN201520455411
【发明人】许楠, 贾一帆, 初亮, 郭建华, 赵迪, 李育宽, 管国民, 王严伟
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月29日
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种开放式绕组永磁同步电机的测试台架装置。
【背景技术】
[0002]近年来，混合动力汽车、纯电动汽车和燃料电池汽车等新能源车辆正在蓬勃发展。在新能源车辆中，以电动机为动力源的电驱动技术得到了广泛的应用，也对车用动力电机提出了更为严格的要求，这就促使了各种新型电机和电驱动技术的诞生。由永磁同步电机发展而来的一种新型电机一一开放式绕组永磁同步电机就是其中之一。该电机具有永磁同步电机的全部优点，而且比永磁同步电机控制灵活、调速范围大，更适合驱动车辆的要求。
[0003]然而，目前国内外对开放式绕组电机的测试台架系统和测试方法还很不成熟。除了对电机测试台架可以实时调节并测量电机的扭矩、转速的基本功能要求之外，开放式绕组电机涉及到运行模式的切换。如最简单的三相开放式绕组电机，其运行模式就可以在Y形及△形之间切换。在切换过程中，将产生电机本体的振动及转矩波动；而传统的电机测试台架系统无法对该振动及转矩波动进行有效的测试。此外，开放式绕组电机运行模式切换的重要条件之一就是电机及逆变器的运行效率，所以针对开放式绕组电机的测试台架系统应能实时地对当前电机及逆变器效率进行准确测量。而且，开放式绕组电机采用的是双逆变器系统，其功率元器件数量是普通永磁同步电机的2倍，其发热情况也需要进行针对而细致的测试；电机不同运行模式之间电机本体和逆变器系统的发热情况也需要进行对比；这就要求该测试台架系统可以对电机本体和逆变器系统的温升进行测试和记录。另外，由于目前量产的开放式绕组电机较少，测试台架系统应对各种外形、功率、绕组数不同的开放式绕组电机具有一定的通用性；测试台架应可使用普通电机控制器对开放式绕组电机进行控制。
[0004]综上所述，现有的电机测试台架系统无法满足对开放式绕组永磁同步电机进行有效而全面的测试，需要针对此类电机重新开发一种测试台架系统。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于为克服目前对开放式绕组电机的测试台架系统和测试方法存在的技术缺陷，提出一种对各种外形、功率、绕组数不同的开放式绕组电机具有一定的通用性的开放式绕组永磁同步电机测试系统。
[0006]本实用新型开放式绕组永磁同步电机测试系统，包括分别通过负载电机支架、驱动电机支架设置在一台架两端的永磁同步负载电机和被测开放式绕组驱动电机、通过扭矩传感器支承设置在永磁同步负载电机和被测开放式绕组驱动电机之间的扭矩传感器，扭矩传感器的轴两端分别通过双膜片弹性联轴器与被测开放式绕组驱动电机的输出轴和永磁同步负载电机的输出轴相连，套置在永磁同步负载电机输出轴上的旋转变压器，永磁同步负载电机和被测开放式绕组驱动电机分别通过负载电机逆变器和驱动电机逆变器并联在直流母线上，连接在负载电机逆变器上的负载电机控制器、连接在驱动电机逆变器上的驱动电机控制器、设置在连接被测开放式绕组驱动电机和驱动电机逆变器电路间的驱动电机电流传感器、设置在连接驱动电机逆变器和直流母线电路间的驱动电机逆变器电流传感器、设置在直流母线上的电源电压传感器、计算机和与其通过串行总线相连的数据采集卡;
[0007]还包括设置在所述的被测开放式绕组驱动电机壳体上的压电式加速度传感器、驱动电机温度传感器、设置在驱动电机逆变器壳体上的驱动电机逆变器温度传感器、并联在驱动电机逆变器上的手动控制板，所述的扭矩传感器、旋转变压器、驱动电机温度传感器和驱动电机逆变器温度传感器、压电式加速度传感器、驱动电机电流传感器和驱动电机逆变器电流传感器、电源电压传感器分别与数据采集卡通讯连接；
[0008]所述的手动控制板由控制电路和工作电路两部分组成:
[0009]控制电路包括低压直流电源DY、触发传感器CG1、总开关K1、选择器开关S1、S2、S3、接触器线圈KD1、KD2、KD3、KD4、KD5、KD6、KD7、KD8、KD9，选择器开关SI的2个分路分别与接触器线圈KD1、KD2串联组成选择电路I，选择器开关S2的3个分路分别与接触器线圈KD3、KD4、KD5串联组成选择电路II，选择器开关S3的4个分路分别与接触器线圈KD6、KD7、KD8、KD9串联组成选择电路III ;这3个选择电路并联后与低压直流电源DY、总开关K1、触发传感器CGl串联；触发传感器CGl的接口 h与所述的数据采集卡通讯连接，以传递绕组切换的触发时间信号；
[0010]工作电路由9个回路组成，回路I中串联有接触器动合触点KM1，用于将三相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路2中串联有接触器动合触点KM2，用于将三相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；回路3中串联有接触器动合触点KM3，用于将五相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路4中串联有接触器动合触点KM4，用于将五相开放式绕组电机切换为过渡绕组状态；回路5中串联有接触器动合触点KM5，用于将五相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；回路6中串联有接触器动合触点KM6，用于将七相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路7中串联有接触器动合触点KM7，用于将七相开放式绕组电机切换为第一过渡绕组状态；回路8中串联有接触器动合触点KM8，用于将七相开放式绕组电机切换为第二过渡绕组状态；回路9中串联有接触器动合触点KM9，用于将七相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；各回路的端口分别与驱动电机逆变器相对应的相桥臂中点相连接；工作电路中的接触器动合触点KMl、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8、KM9 分别由控制电路中的接触器线圈 KD1、KD2、KD3、KD4、KD5、KD6、KD7、KD8、KD9控制。
[0011]本实用新型开放式绕组永磁同步电机测试系统具有以下优异技术效果:
[0012]目前国内外对开放式绕组电机的测试台架系统和测试方法还很不成熟。普通电机测试台架可以实时调节并测量电机的扭矩、转速，但不能对开放式绕组电机进行绕组状态切换。本测试系统可以在测试过程中对开放式绕组电机的绕组状态进行实时、动态切换。在绕组切换过程中，将产生电机本体的振动及扭矩波动，原有测试系统无法对该振动、扭矩波动及扭矩稳定时间进行测量，而本测试系统可以对该振动及扭矩波动、扭矩稳定时间进行测量和记录。而且，开放式绕组电机采用的是双逆变器系统，其功率元器件数量是普通永磁同步电机的2倍，其发热情况也需要进行针对而细致的测试；电机不同运行模式之间电机本体和逆变器系统的发热情况也需要进行对比；本测试系统可以对电机本体和逆变器系统的温升进行测试和记录。另外，由于目前量产的开放式绕组电机较少，本测试系统对各种外形、功率、绕组数不同的开放式绕组电机具有一定的通用性；测试台架通过手动控制板可使用普通电机控制器对开放式绕组电机进行控制，而无需开发专门的开放式绕组电机控制器。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型开放式绕组永磁同步电机测试系统组成结构示意图；
[0014]图2是本实用新型开放式绕组永磁同步电机测试系统电路连接示意图；
[0015]图3是图1中所示手动控制板(19)的电路原理图；
[0016]图4是三相开放式绕组永磁同步电机与逆变器系统、手动控制板连接电路图；
[0017]图5是五相开放式绕组永磁同步电机与逆变器系统、手动控制板连接电路图；
[0018]图6是七相开放式绕组永磁同步电机与逆变器系统、手动控制板连接电路图。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图给出的实施例对本实用新型作进一步详细说明。
[0020]实施例1
[0021]参照图1、2，一种开放式绕组永磁同步电机测试系统，包括分别通过负载电机支架2、驱动电机支架7设置在一台架23两端的永磁同步负载电机I和被测开放式绕组驱动电机8、通过扭矩传感器支承6设置在永磁同步负载电机I和被测开放式绕组驱动电机8之间的扭矩传感器5，扭矩传感器5的轴两端分别通过双膜片弹性联轴器4与被测开放式绕组驱动电机8的输出轴和永磁同步负载电机I的输出轴相连，套置在永磁同步负载电机I输出轴上的旋转变压器3，永磁同步负载电机I和被测开放式绕组驱动电机8分别通过负载电机逆变器21和驱动电机逆变器15并联在直流母线22上，连接在负载电机逆变器21上的负载电机控制器20、连接在驱动电机逆变器15上的驱动电机控制器14、设置在连接被测开放式绕组驱动电机8和驱动电机逆变器15电路间的驱动电机电流传感器13、设置在连接驱动电机逆变器15和直流母线22电路间的驱动电机逆变器电流传感器18、设置在直流母线22上的电源电压传感器17、计算机11和与其通过通用串行总线相连的数据采集卡12 ;
[0022]还包括设置在所述的被测开放式绕组驱动电机8壳体上的压电式加速度传感器9、驱动电机温度传感器10、设置在驱动电机逆变器15壳体上的驱动电机逆变器温度传感器16、并联在驱动电机逆变器15上的手动控制板19，所述的扭矩传感器5、旋转变压器3、驱动电机温度传感器10和驱动电机逆变器温度传感器16、压电式加速度传感器9、驱动电机电流传感器13和驱动电机逆变器电流传感器18、电源电压传感器17分别与数据采集卡12通讯连接；
[0023]参照图3，所述的手动控制板19由控制电路和工作电路两部分组成:
[0024]控制电路包括低压直流电源DY、触发传感器CG1、总开关K1、选择器开关S1、S2、S3、接触器线圈KD1、KD2、KD3、KD4、KD5、KD6、KD7、KD8、KD9，选择器开关SI的2个分路分别与接触器线圈KD1、KD2串联组成选择电路I，选择器开关S2的3个分路分别与接触器线圈KD3、KD4、KD5串联组成选择电路II，选择器开关S3的4个分路分别与接触器线圈KD6、KD7、KD8、KD9串联组成选择电路III ;这3个选择电路并联后与低压直流电源DY、总开关K1、触发传感器CGl串联；触发传感器CGl的接口 h与所述的数据采集卡(12)通 讯连接，以传递绕组切换的触发时间信号；
[0025]工作电路由9个回路组成，回路I中串联有接触器动合触点KM1，用于将三相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路2中串联有接触器动合触点KM2，用于将三相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；回路3中串联有接触器动合触点KM3，用于将五相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路4中串联有接触器动合触点KM4，用于将五相开放式绕组电机切换为过渡绕组状态；回路5中串联有接触器动合触点KM5，用于将五相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；回路6中串联有接触器动合触点KM6，用于将七相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路7中串联有接触器动合触点KM7，用于将七相开放式绕组电机切换为第一过渡绕组状态；回路8中串联有接触器动合触点KM8，用于将七相开放式绕组电机切换为第二过渡绕组状态；回路9中串联有接触器动合触点KM9，用于将七相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；各回路的端口分别与驱动电机逆变器15相对应的相桥臂中点相连接；工作电路中的接触器动合触点KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8、KM9 分别由控制电路中的接触器线圈 KD1、KD2、KD3、KD4、KD5、KD6、KD7、KD8、KD9控制。
[0026]如图4至6所示，工作电路中的14个端口按如下方式与驱动电机的逆变器系统相连接:测试七相开放式绕组电机时，手动控制板端口的a?g分别连接驱动电机逆变器系统a?g相桥臂中点，手动控制板端口 a’?g’线分别连接驱动电机逆变器系统a’?g’相桥臂中点。测试五相开放式绕组电机时，只需连接手动控制板端口 a?e与a’?e’，其连接关系不变；同理测试三相开放式绕组电机时，只需连接手动控制板端口 a?c线与a’?c’，其连接关系不变。
[0027]手动控制板19的控制机理是:
[0028]当开关Kl闭合时，手动控制板工作，此时可以通过选择器开关S1、S2、S3实时切换开放式绕组电机的绕组状态；当开关Kl断开时，手动控制板不起作用，此时需要使用专用的开放式绕组电机控制器对电机进行控制。当使用三相开放式绕组电机时，通过选择器开关SI对电机进行绕组切换控制；当使用五相开放式绕组电机时，通过选择器开关S2对电机进行绕组切换控制；当使用七相开放式绕组电机时，通过选择器开关S3对电机进行绕组切换控制。
[0029]具有η相绕组的电机，其具有的绕组状态数是(η+1)/2。所以，三相绕组电机具有2种绕组状态，五相绕组电机具有3种绕组状态，七相绕组电机具有4种绕组状态。各绕组状态对应的电机最大扭矩与最高转速不同。当从某一绕组状态切换到另一绕组状态时，如果最大扭矩下降，最高转速就会上升，反之亦然。于是，电机具有一个最大扭矩绕组状态，一个最高转速绕组状态。如果电机具有大于2种绕组状态，那么在最大扭矩绕组状态和最高转速绕组状态之间还有若干过渡绕组状态。选择器开关SI控制三相绕组电机，其中接触器KMl触点闭合时，三相绕组电机处于最大扭矩绕组状态；接触器ΚΜ2触点闭合时，三相绕组电机处于最高转速绕组状态。选择器开关S2控制五相绕组电机，其中接触器ΚΜ3触点闭合时，五相绕组电机处于最大扭矩绕组状态；接触器ΚΜ4触点闭合时，五相绕组电机处于过渡绕组状态；接触器ΚΜ5触点闭合时，五相绕组电机处于最高转速绕组状态。选择器开关S3控制七相绕组电机，其中接触器ΚΜ6触点闭合时，七相绕组电机处于最大扭矩绕组状态；接触器KM7触点闭合时，七相绕组电机处于第一过渡绕组状态；接触器KM8触点闭合时，七相绕组电机处于第二过渡绕组状态；接触器KM9触点闭合时，七相绕组电机处于最高转速绕组状态。
[0030]应用本实用新型开放式绕组永磁同步电机测试系统，可对各型开放式绕组永磁同步电机是实现以下检测试验:
[0031]1、由计算机程序完成测试区域的划分，输入被测电机的相数、最大功率以及在星形绕组状态下的最大转矩、恒功率转速与最大转速，计算出各个绕组状态下的工作区域，以确定电机的测试点以及测试范围。
[0032]2、定绕组试验:在电机固定的绕组状态下，将电机拖动至测试区域中不同的工作点进行测试，可以得到各个固定绕组状态测试区域中各个工作点的效率、温度状况；目的是得到电机在各绕组状态下的效率图谱，为电机的绕组切换的控制策略提供数据，以及为变绕组试验提供对比。
[0033]3、变绕组试验:在电机整个的测试区域上进行，并在各测试工作点进行动态的绕组切换，以得到在各个工作点上绕组切换前后的效率变化、温度变化以及切换过程中的电机本体振动情况以及转矩波动情况。具有η相绕组的电机，其绕组状态数有(η+1)/2个。如三相绕组电机具有星形和角形两种绕组状态；五相绕组电机具有星形、角形和五角星形三种绕组状态。变绕组试验的绕组切换顺序为，从最大转矩绕组开始，随着绕组的切换，最大转矩逐渐下降，最高转速不断上升，最终切换为最高转速绕组。若该工作点超出了某些绕组状态下电机的工作范围，则不切换相应的绕组状态，但是切换顺序维持不变。
【主权项】
1.一种开放式绕组永磁同步电机测试系统，包括分别通过负载电机支架(2)、驱动电机支架(7)设置在一台架(23)两端的永磁同步负载电机(I)和被测开放式绕组驱动电机(8)、通过扭矩传感器支承(6)设置在永磁同步负载电机(I)和被测开放式绕组驱动电机(8)之间的扭矩传感器(5)，扭矩传感器(5)的轴两端分别通过双膜片弹性联轴器(4)与被测开放式绕组驱动电机(8)的输出轴和永磁同步负载电机(I)的输出轴相连，套置在永磁同步负载电机(I)输出轴上的旋转变压器(3)，永磁同步负载电机(I)和被测开放式绕组驱动电机⑶分别通过负载电机逆变器(21)和驱动电机逆变器(15)并联在直流母线(22)上，连接在负载电机逆变器(21)上的负载电机控制器(20)、连接在驱动电机逆变器(15)上的驱动电机控制器(14)、设置在连接被测开放式绕组驱动电机(8)和驱动电机逆变器(15)电路间的驱动电机电流传感器(13)、设置在连接驱动电机逆变器(15)和直流母线(22)电路间的驱动电机逆变器电流传感器(18)、设置在直流母线(22)上的电源电压传感器(17)、计算机(11)和与其通过通用串行总线相连的数据采集卡(12);其特征在于: 还包括设置在所述的被测开放式绕组驱动电机(8)壳体上的压电式加速度传感器(9)、驱动电机温度传感器(10)、设置在驱动电机逆变器(15)壳体上的驱动电机逆变器温度传感器(16)、并联在驱动电机逆变器(15)上的手动控制板(19)，所述的扭矩传感器(5)、旋转变压器(3)、驱动电机温度传感器(10)和驱动电机逆变器温度传感器(16)、压电式加速度传感器(9)、驱动电机电流传感器(13)和驱动电机逆变器电流传感器(18)、电源电压传感器(17)分别与数据采集卡(12)通讯连接； 所述的手动控制板(19)由控制电路和工作电路两部分组成: 控制电路包括低压直流电源DY、触发传感器CG1、总开关K1、选择器开关S1、S2、S3、接触器线圈KD1、KD2、KD3、KD4、KD5、KD6、KD7、KD8、KD9，选择器开关SI的2个分路分别与接触器线圈KD1、KD2串联组成选择电路I，选择器开关S2的3个分路分别与接触器线圈KD3、KD4、KD5串联组成选择电路II，选择器开关S3的4个分路分别与接触器线圈KD6、KD7、KD8、KD9串联组成选择电路III ;这3个选择电路并联后与低压直流电源DY、总开关K1、触发传感器CGl串联；触发传感器CGl的接口 h与所述的数据采集卡(12)通讯连接，以传递绕组切换的触发时间信号； 工作电路由9个回路组成，回路I中串联有接触器动合触点KM1，用于将三相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路2中串联有接触器动合触点KM2，用于将三相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；回路3中串联有接触器动合触点KM3，用于将五相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路4中串联有接触器动合触点KM4，用于将五相开放式绕组电机切换为过渡绕组状态；回路5中串联有接触器动合触点KM5，用于将五相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；回路6中串联有接触器动合触点KM6，用于将七相开放式绕组电机切换为最大转矩绕组状态；回路7中串联有接触器动合触点KM7，用于将七相开放式绕组电机切换为第一过渡绕组状态；回路8中串联有接触器动合触点KM8，用于将七相开放式绕组电机切换为第二过渡绕组状态；回路9中串联有接触器动合触点KM9，用于将七相开放式绕组电机切换为最高转速绕组状态；各回路的端口分别与驱动电机逆变器(15)相对应的相桥臂中点相连接；工作电路中的接触器动合触点KM1、KM2、KM3、KM4、KM5、KM6、KM7、KM8、KM9 分别由控制电路中的接触器线圈 KD1、KD2、KD3、KD4、KD5、KD6、KD7、KD8、KD9控制。
【专利摘要】本实用新型涉及一种开放式绕组永磁同步电机测试系统及测试方法，该系统包括通过扭矩传感器同轴连接的永磁同步负载电机和被测开放式绕组驱动电机的常规测试系统，在被测开放式绕组驱动电机壳体上增设的压电式加速度传感器、温度传感器、驱动电机逆变器壳体上的驱动电机逆变器温度传感器、并联在驱动电机逆变器上的手动控制板，所述的扭矩传感器、旋转变压器、驱动电机温度传感器和驱动电机逆变器温度传感器、压电式加速度传感器、驱动电机电流传感器和驱动电机逆变器电流传感器、电源电压传感器分别与数据采集卡通讯连接。可对开放式绕组电机的绕组状态进行实时、动态切换，可实现切换过程中电机的振动及扭矩波动、电机和逆变器系统的温升进行测量。
【IPC分类】G01R31/34
【公开号】CN204694826
【申请号】CN201520455411
【发明人】许楠, 贾一帆, 初亮, 郭建华, 赵迪, 李育宽, 管国民, 王严伟
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月29日
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