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行业动态

外永磁转子高速爪极电机联合仿真实验结果与分析

实验平台如图1所示,负载发电机、转速转矩传感器以及试验样机在同一平台上,相互之间用联轴器相连,使三者的轴心在同一水平线上。由于电机转速很高,且电机为外转子,为了保护人身安全,在样机外部和转速转矩传感器外部,有保护罩进行防护。样机输入端与变频器连接,为样机提供工作电压;变频器还与上位机通讯,为负载电机提供电压,将负载发电机作为电动机使用,带动样机以测量试验样机的反电动势波形以及各项参数;电机输出端与三相变阻箱连接,样机作为发电机运行时,三相变阻箱作为负载电阻。电机高速运转时有一定的损耗,体现在外转子表面温度较高,因此电机不宜长时间运行试验。

 

图1:实验平台

实验平台

首先需要测量环球电机的主要参数。已知电机绕组使用的是规格为0.85mm的铜线,3根并绕,匝数为28匝,通过计算得到绕组的理论组织应该为121mΩ;在测量电机绕组的电阻时,使用电桥法测量,通过仪表测量出三相的绕组分别为123mΩ、125mΩ、129mΩ,由于每相绕组距离输出端的距离不同,因此三相绕组的阻值不尽相同,但与理论值相差不大,误差较小。

 

其次测量样机的电感。由于样机为分段式,每段之间没有互感,只有自感,通过静测法,就可以方便快速得到样机的电感,如图2所示,为转子位置角变化与样机绕组电感的关系曲线,三相绕组自感平均值分别为0.81mH,1.04mH,0.86mH。

 

图2:样机自感随转子位置角变化的曲线

样机自感随转子位置角变化的曲线

在测量样机的空载反电动势的波形时,采用原动机带动样机旋转,原动机是额定转速为10000r/min的高速永磁同步电动机,如图3为样机在转速10000r/min情况下的反电势波形。从图中可以看到,反电势为对称的正弦波,有效值为38V。同时,还测量了样机分别在2000r/min、4000r/min、6000r/min和8000r/min的情况下,反电动势的有效值,如图4所示。从图中可以看出,随着转速升高,反电动势呈线性增加趋势,东莞电机的压频比约为0.114V/HZ。

 

图3:空载反电势波形图

空载反电势波形图

图4:样机不同转速对应的反电势有效值

样机不同转速对应的反电势有效值

IR2130的驱动输出信号均为高电平,因此可以直接驱动IGBT。如图5为A相上桥臂与下桥臂的IGBT栅射极间电压波形。从波形图可以知道,每一个周期内,任意时刻上下桥臂的功率开关都不是同时导通,并且有死区时间,防止功率器件损坏。而且每个IGBT在任意周期导通120°电角度。

 

图5:单相上、下桥臂驱动信号波形图

单相上、下桥臂驱动信号波形图

图6是样机线电压实测波形,是电机工作在转速10000r/min的情况下的波形图。365体育在线由图可以看出,电压平顶部分纵坐标值等于工作在此状态时的直流母线电压106V,其中图中线电压波形上的尖峰脉冲是由于绕组换向时刻相电流瞬间的变化引起的较大感应电动势所致。

 

图6:样机线电压波形图
样机线电压波形图