【摘要】：目前,對于大功率永磁同步電機的測試,傳統(tǒng)的測試方法是將電機與機械負載相連接,使電機處于負載狀態(tài)下再進行相關(guān)測試。因而傳統(tǒng)的測試方法存在著測試困難、測試系統(tǒng)復雜、測試成本過高等問題,嚴重地制約了大功率永磁同步電機的研究和產(chǎn)品水平的提高。將電機設(shè)計成多單元永磁同步電機的結(jié)構(gòu)形式能使電機更適用于大功率的應(yīng)用場合。因此,研究多單元永磁同步電機的無機械負荷測試方法有十分重要的意義。本文以多單元永磁同步電機為對象,利用多單元電機系統(tǒng)的特點,對多單元永磁同步電機的繞組電感、電機損耗及溫升、機械特性、轉(zhuǎn)矩波動等參數(shù)和特性的無機械負荷測試方法進行了研究。研究了多單元永磁同步電機的電感特點,利用多單元電機結(jié)構(gòu)特點結(jié)合電感的靜態(tài)測試方法,提出了一種多單元永磁同步電機電感參數(shù)的測試方法。該方法的優(yōu)點是不需要外加機械裝置,且可以考慮磁路飽和對電感參數(shù)的影響。在測試電機的交直軸電感以及繞組自感和繞組間互感的過程中,被測試單元電機中通入帶有直流偏置的交流電流,其中的直流偏置電流用于體現(xiàn)磁路的飽和程度,交流電流用于電感測試;非測試單元則通入直流電流,其作用是用來調(diào)節(jié)和固定電機轉(zhuǎn)子的位置。研究了多單元永磁同步電機不同運行狀態(tài)下電機損耗的特點。根據(jù)正常負載運行狀態(tài)下與無機械負載運行狀態(tài)下電機各部分損耗之間的關(guān)系,提出了多單元永磁同步電機損耗的無機械負荷間接測試方法。通過調(diào)整電機在空載時的轉(zhuǎn)速與磁鏈,在無機械負荷運行狀態(tài)時測試得到電機與轉(zhuǎn)速相關(guān)的損耗;再通過測試電機的繞組電流和電阻,得到電機的銅損,就可以在無機械負荷狀態(tài)下間接測試得到電機的損耗。根據(jù)電機內(nèi)熱交換原理,結(jié)合電機損耗的間接測試方法,提出了多單元永磁同步電機溫升的無機械負荷間接測試方法。通過對電機熱網(wǎng)絡(luò)模型的分析,驗證了電機的溫升滿足疊加原理的條件。分別測試電機銅損引起的溫升和鐵損引起的溫升,疊加即可得到電機的溫升。推導了多單元永磁同步電機電磁轉(zhuǎn)矩的表達式,根據(jù)能量守恒原理,電機的輸出功率可以由輸入的電功率和損耗表示出來,則可以在無機械負荷狀態(tài)下測試電壓、電流、損耗、轉(zhuǎn)速等相關(guān)參數(shù)間接的得到電機的轉(zhuǎn)矩,進而提出了多單元永磁同步電機機械特性和效率特性的無機械負荷間接測試方法。根據(jù)多單元永磁同步電機輸出轉(zhuǎn)矩與電動運行單元數(shù)的關(guān)系,研究了如何在一個單元電機電動運行,一個單元電機發(fā)電運行的無機械負荷狀態(tài)下將多單元整機的輸出轉(zhuǎn)矩表示出來。對比了樣機機械特性和效率特性的直接測試結(jié)果與間接測試結(jié)果,驗證了測試方法的有效性。分析了電機轉(zhuǎn)矩波動產(chǎn)生的原因;根據(jù)能量守恒原理,采用虛位移法推導了多單元永磁同步電機轉(zhuǎn)矩曲線的表達式。研究了電機在一部分單元電機電動運行,一部分發(fā)電運行的無機械負荷運行狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩波動特點,當無機械負荷狀態(tài)下電機的磁路飽和程度與全單元運行狀態(tài)下相同時,可以認為這個無機械負荷運行狀態(tài)下由磁路飽和引起的轉(zhuǎn)矩波動幅值與全單元電動運行時相同,進而提出了多單元永磁同步電機轉(zhuǎn)矩波動的無機械負荷間接測試方法。測試了電機無機械負荷運行狀態(tài)下等效轉(zhuǎn)矩波動,研究了如何通過測試相關(guān)參數(shù),得到無機械負荷運行狀態(tài)下由互感不對稱引起的附加轉(zhuǎn)矩波動。分析了無機械負荷狀態(tài)下所測試的轉(zhuǎn)矩波動對應(yīng)的電機平均輸出轉(zhuǎn)矩。通過間接測試得到的無機械負荷狀態(tài)下轉(zhuǎn)矩波動、無機械負荷狀態(tài)下的附加轉(zhuǎn)矩波動以及對應(yīng)的平均輸出轉(zhuǎn)矩,間接得到了電機正常運行狀態(tài)時的轉(zhuǎn)矩波動。
【圖文】：

對于繞組溫升的測試，，埋入溫度計法的精度較高，目前很多學者都采來驗證所提出的溫度場模型。Massimo Barcaro 等人研究并分析了雙三分數(shù)槽永磁同步電機的轉(zhuǎn)矩特性，電壓電流特性[44]。文獻[45]在此基集中熱阻法和有限元分析法計算了雙三相內(nèi)置式分數(shù)槽永磁同步電機容錯運行狀態(tài)下的溫度場，并以樣機溫度測試試驗結(jié)果驗證了溫度場果[45]。其具體的實驗測試實物見圖 1-4。

圖 2-4 交直軸電感測試方法中待測試單元電機連接圖-4 Circuit model of the unit motor under inductance test in the test ofdL 直流電源iB相
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM341

【參考文獻】

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