一种电机损耗的测试装置
阅读说明：本技术 一种电机损耗的测试装置 (Testing arrangement of motor loss ) 是由 吴涛 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种电机损耗的测试装置,利用V/F控制模式产生电压指令,该电压指令经过SVPWM调制器产生三相逆变桥上功率器件的PWM驱动控制信号,定子绕组的电流可经过电流传感器采样后经过Park变换得到定子电流的有功电流和无功电流分量。同时为了更加精确的补偿由于定子电流存在谐波分量后的角度偏移,可在结构中增加由上述两个电压指令生成的角度补偿指令。经过待测的电机不需要拖动电机的台架下就可以产生足够的定子电流进行电机的热测试。待测的电机在V/F控制模式下,避免无功电流增大后引起的控制震荡。由于利用本发明的装置进行电机的测试,不需要电机转台的参与,因此上述电机热测试方法可以有效节能。(The invention provides a motor loss testing device, which utilizes a V/F control mode to generate a voltage instruction, the voltage instruction generates a PWM (pulse-width modulation) driving control signal of a power device on a three-phase inverter bridge through an SVPWM (space vector pulse-width modulation) modulator, and the current of a stator winding can be sampled by a current sensor and then subjected to Park conversion to obtain the active current and reactive current components of the stator current. Meanwhile, in order to more accurately compensate the angle offset caused by harmonic components of the stator current, the angle compensation command generated by the two voltage commands can be added into the structure. The motor to be tested can generate enough stator current to carry out the thermal test of the motor without dragging a rack of the motor. And the motor to be tested avoids control oscillation caused by the increase of reactive current in a V/F control mode. The device of the invention is used for testing the motor, and the participation of a motor rotary table is not needed, so the motor thermal testing method can effectively save energy.)
技术领域
本发明属于电能调控技术领域，特别涉及一种电机损耗的测试装置。
背景技术
交流电机的定转子的损耗测试是电机驱动设备台架标定的基本要求。而传统的方法需要通过对拖电机产生阻力转矩，从而保证电机驱动设备产生足够的定子电流让电机发热量覆盖电机的设计扭矩范围，但是该方法需要被拖电机台架的存在，才能完成上述任务。对拖电机台架上进行被测电机的损耗测试，必然会造成负载电机和负载变频器的额外电能损耗。通常电机的损耗测试是针对不同的电机转速和负载扭矩下标定得到的，因此传统的电机损耗的测试方法需要付出额外的设备成本和电费支出。
传统的电机损耗测试方法中，还有一种不带负载电机损耗进行损耗测试的方法，需要在电机定子绕组中产生较大的定子电流。为了达到上述效果，一般在电机的某些转速测试点上，基准转速上叠加一个和基准转速测试稍有偏差的转速控制信号。比如，电机的需求额定电压指令控制在60Hz,实际产生指令的时候在额定电压指令上叠加一个40或者50Hz的电压指令。在上述条件下，电机即使不带负载电机工作，电机的定子绕组也可以激励出达到额定电流的幅值。但是上述控制方法存在的问题是：由于被测电机处于开环工作模式，往往由于电机参数的奇异特征值会导致电机在上升到额定转速前，电机会工作在不稳定区域，造成电机转速控制出现震荡甚至失控的风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电机损耗的测试装置用于解决现有技术中由于被测电机处于开环工作模式，往往由于电机参数的奇异特征值会导致电机在上升到额定转速前，电机会工作在不稳定区域，造成电机转速控制出现震荡甚至失控的风险等问题。
为了解决上述技术问题，本发明提出一种电机损耗的测试装置，包括控制单元、调制器、变换单元、积分单元、调节单元、第一计算单元以及一补偿单元；
所述控制单元的输入端连接一输入电源，所述输入电源用于提供第一电压指令给所述控制单元，所述控制单元的输出端连接所述调制器的输入端，所述输入电源还连接所述积分单元用于产生一角度补偿指令，所述角度补偿指令反馈至所述调制器；
所述调制器的输出端用于连接一电机以及所述变换单元的输入端，所述变换单元的输出端与所述补偿单元的输出端经过所述第一计算单元后连接至所述调节单元的输入端，所述调节单元的输出端连接所述调制器的输入端以及所述控制单元的输入端，所述补偿单元用于提供补偿电流给所述第一计算单元；
所述调节单元用于根据所述第一计算单元的输出结果生成第二电压指令并输出给所述控制单元和所述调制器，所述控制单元用于根据所述第一电压指令以及所述第二电压指令生成第三电压指令并提供给所述调制器，所述调制器用于根据所述第二电压指令以及所述第三电压指令生成负载电压提供给所述电机。
进一步的，还包括一函数计算单元；
所述控制单元的输出端以及所述调节单元的输出端连接所述函数计算单元的输入端，所述函数计算单元的输出端与所述积分单元的输出端连接至一第二计算单元的输入端，所述第二计算单元的输出端连接至所诉调制器以及所述变换单元。
可选的，所述函数计算单元为反正切函数计算单元。
可选的，所述控制单元包括V/F控制模块以及一公式计算模块；
所述V/F控制模块的输入端连接所述输入电源，所述V/F控制模块的输出端以及所述调节单元的输出端连接至所述公式计算模块的输入端，所述公式计算模块的输出端连接所述调制器的输入端，所述公式计算模块用于生成所述第一电压指令。
可选的，所述输入电源的频率为f，所述电机的额定电压为Ve，所述电机的额定频率为fe，所述第一电压指令为Vx，所述第二电压指令为Vy，所述第一电压指令的公式为：
若：则：若：则：
可选的，所述调制器为SVPWM调制器。
可选的，所述调制器的输出端与所述变换单元的输入端之间还连接有电流传感器用于对所述调制器的输出端的电流进行采样。
可选的，所述变换单元为Park变换单元用于对所述电流传感器采样后的电流进行Park变换。
可选的，所述调节单元为PI调节器用于生成第二电压指令。
可选的，所述补偿电流大小根据所述电机的机械损耗和定子损耗设置。
本发明提出的一种电机损耗的测试装置，利用V/F控制模式产生电压指令，该电压指令经过SVPWM调制器产生三相逆变桥上功率器件的PWM驱动控制信号，定子绕组的电流可经过电流传感器采样后经过Park变换得到定子电流的有功电流和无功电流分量。由于待测的电机工作在无负载模式下，因此需要外设一个补偿电流，用于补偿电机转动摩擦的固有机械损耗和电机的定子损耗。有功电流经过PI调节器输出的电压指令和之前的电压指令经过SVPWM调制器生成三相逆变器的六个功率开关管的PWM驱动信号。同时为了更加精确的补偿由于定子电流存在谐波分量后的角度偏移，可在结构中增加由上述两个电压指令生成的角度补偿指令。经过待测的电机不需要拖动电机的台架下就可以产生足够的定子电流进行电机的热测试。待测的电机在V/F控制模式下，避免无功电流增大后引起的控制震荡。由于电机的测试，不需要电机转台的参与，因此上述电机热测试方法可以有效节能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种电机损耗的测试装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种电机损耗的测试装置的结构示意图；
10-控制单元，101-V/F控制模块，102-公式计算模块，11-调制器，12-变换单元，13-积分单元，14-调节单元，15-补偿单元,16-输入电源，17-第一计算单元，18-函数计算单元，19-第二计算单元，20-电机。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种电机损耗的测试装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
如图1所示，本发明实施例提供了一种电机损耗的测试装置，包括控制单元10、调制器11、变换单元12、积分单元13、调节单元14、第一计算单元17以及一补偿单元15。所述控制单元10的输入端连接一输入电源16，所述输入电源用于提供第一电压指令给所述控制单元10，所述控制单元10的输出端连接所述调制器11的输入端。所述输入电源16还连接所述积分单元13用于产生一角度补偿指令，所述角度补偿指令反馈至所述调制器11。
所述调制器11的输出端连接一电机20以及所述变换单元12的输入端，所述变换单元12的输出端与所述补偿单元15的输出端经过所述第一计算单元17后连接至所述调节单元14的输入端。所述调节单元14的输出端连接所述调制器11的输入端以及所述控制单元10的输入端，所述补偿单元15用于提供补偿电流给所述第一计算单元17，所述调节单元14根据所述第一计算单元17的输出结果生成第二电压指令并输出给所述控制单元10和所述调制器，所述控制单元10用于根据所述第一电压指令以及所述第二电压指令生成第三电压指令并提供给所述调制器11，所述调制器11用于根据所述第二电压指令以及所述第三电压指令生成负载电压提供给所述电机20。
利用所述控制单元10产生所述第三电压指令，该电压指令经过所述调制器11产生三相逆变桥上功率器件的驱动控制信号，定子绕组的电流经过所述变换单元12得到定子电流的有功电流和无功电流分量。由于待测的电机20工作在无负载模式下，因此需要外设一个补偿单元15用于提供补偿电流，这里的补偿电流的大小需要根据电机20转动摩擦的固有机械损耗和电机20的定子损耗来选择。有功电流经过所述调节单元14输出的电压指令和之前的电压指令经过所述调制器11生成三相逆变器的六个功率开关管的驱动信号。通过本实施例提供的结构可有效避免了无功电流过大引起的控制增大，使得被测的电机20能够在不带负载电机的条件下，实现电机20的热测试的电流有效值的要求。并且，不需要电机转台的参与，因此发明提供的装置可以有效节能。
进一步地，为了更加精确补偿由于定子电流存在谐波分量的角度偏移，所述装置还可设置一函数计算单元18。如图2所示，所述控制单元10的输出端以及所述调节单元14的输出端连接所述函数计算单元18的输入端，所述函数计算单元18的输出端与所述积分单元13的输出端连接至一第二计算单元19的输入端，所述第二计算单元19的输出端连接至所诉调制器11以及所述变换单元12。
可选地，所述函数计算单元18为反正切函数计算单元18。
可选地，所述控制单元10包括V/F控制模块101以及一公式计算模块102。所述V/F控制模块101的输入端连接所述输入电源16，所述V/F控制模块101的输出端以及所述调节单元14的输出端连接至所述公式计算模块102的输入端，所述公式计算模块102的输出端连接所述调制器11的输入端，所述公式计算模块102用于生成所述第一电压指令。
可选地，所述输入电源16的频率为f，所述电机20的额定电压为Ve，所述电机20的额定频率为fe，所述第一电压指令为Vx，所述第二电压指令为Vy，所述第一电压指令的公式为：
当时，第一电压指令Vx的值为：当时，第一电压志林Vx的值为：
因此，上述的反正切函数单元实际上就是求第一电压指令和第二电压指令的反正切函数也即arctan(Vy/Vx)，得到的是一个角度指令。
可选地，所述调制器11可以设置为SVPWM调制器11，当然，并不绝限与使用SVPWM调制器11，还可以是普通的PWM调制器11，在此不做限制，只要是能够得到测试所需要的PWM信号都可以使用。
可选地，所述调制器11的输出端与所述变换单元12的输入端之间还连接有电流传感器用于对所述调制器11的输出端的电流进行采样。
可选地，所述变换单元12为Park变换单元12用于对所述电流传感器采样后的电流进行Park变换。所述电流传感器采样的电流来自于所述调制器11后用于驱动所述电机20的电流。
可选地，所述调节单元14为PI调节器用于生成第二电压指令。
综上所述，本发明提出的一种电机损耗的测试装置，利用V/F控制模式产生电压指令，该电压指令经过SVPWM调制器产生三相逆变桥上功率器件的PWM驱动控制信号，定子绕组的电流可经过电流传感器采样后经过Park变换得到定子电流的有功电流和无功电流分量。由于待测的电机工作在无负载模式下，因此需要外设一个补偿电流，用于补偿电机转动摩擦的固有机械损耗和电机的定子损耗。有功电流经过PI调节器输出的电压指令和之前的电压指令经过SVPWM调制器生成三相逆变器的六个功率开关管的PWM驱动信号。同时为了更加精确的补偿由于定子电流存在谐波分量后的角度偏移，可在结构中增加由上述两个电压指令生成的角度补偿指令。经过待测的电机不需要拖动电机的台架下就可以产生足够的定子电流进行电机的热测试。待测的电机在V/F控制模式下，避免无功电流增大后引起的控制震荡。由于电机的测试，不需要电机转台的参与，因此上述电机热测试方法可以有效节能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”或“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。