[发明专利]一种永磁同步电机负载模拟系统的控制方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机负载模拟系统及其控制方法，其系统包括负载模拟永磁同步电机和负载模拟电机驱动电路，以及数据采集控制系统；负载模拟永磁同步电机与负载模拟电机驱动电路的输出端连接，被测电机的输出轴通过联轴器与负载模拟永磁同步电机的输出轴连接；数据采集控制系统包括微控制器，微控制器的输入端接有三相电流采样电路、三相电压采样电路、速度传感器和转矩传感器，负载模拟电机驱动电路与微控制器的输出端连接；其控制方法包括步骤：一、数据采集及传输，二、数据预处理，三、采用SVPWM直接转矩控制方式对负载模拟永磁同步电机进行控制。本发明能够精确模拟不同工况下的负载，方法步骤简单，实现方便，便于推广使用。

技术领域

本发明属于电机测试系统技术领域，具体涉及一种永磁同步电机负载模拟系统的控制方法。

背景技术

随着科技不断的进步，对电机的性能要求越来越高，不仅要求测试电机的空载动态性能，更重要的是测试电机的负载动态性能，因此需要研究一种负载模拟系统，在实验室环境下模拟电机在实际应用中所承担的复杂、多样的负载。负载实验的目的是确定电机的转矩、效率、功率因数、转速、定子电流等参数，针对不同负载情况下电机特性的测试，保证电机在不同适合场合下仍能保持良好地运行，且生产效率高。

现存在的负载模拟系统可以分为机械式、液压式、磁粉式、电动式等等。机械式负载模拟系统是首次出现的模拟系统，根据力的作用相互性等基本原理对负载进行弹性模拟，虽然结构简单，使用成本低，但是不能实现连续模拟，也不能模拟复杂的力矩；在70年代初，日本学者最早设计了液压式负载模拟系统，其模拟精度高，但是系统较复杂；王力等人在2010年第32卷第05期的期刊《电气自动化》上发表了《磁粉制动器的建模与识辨研究》，提出了磁粉制动式模拟系统，但是此系统不能实现正反向快速模拟，因此只能测试电机稳定性能，无法用于电机动态性能测试；电动式负载模拟系统具有体积小、控制灵活、结构简单、能模拟各类机械负载等优点。

永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor)因转子使用永磁体，不需要无功励磁电流，且在稳定运行时无转子电阻损耗，效率提高，这样节约了能源，降低了成本，又因动态响应快、控制精度高、运行平稳等优势，成为负载模拟系统的首选。王德成等人在2014年第44卷第01期的期刊《吉林大学学报》上发表了《电机四象限运行的直接转矩控制动态加载》，根据被测电机的运行状态，计算负载模拟系统的给定转矩，只能模拟位能性负载，且没有对速度做限幅处理，系统容易出现飞车现象。范杰在2007年重庆大学硕士学位论文《基于直接转矩控制的测功机动态加载研究》上分析了系统不稳定状态，但是并没有提出具体措施。

根据负载属性能主动拖动电机旋转，还是不能主动拖动电机旋转，分成两大类。第一类是不能主动拖动电机旋转，属于这一类负载有反抗性负载、风机类负载、恒功率负载；第二类是可以主动拖动电机，属于这一类负载有位能性负载。

现有的机械式、液压式、磁粉式负载模拟系统不能测试电机的负载动态性能，而永磁同步电机负载模拟系统只能准确的模拟第一类负载，且没有控制永磁同步电机负载模拟系统的速度，容易出现飞车现象。直接转矩控制是矢量控制技术之后发展起来的变频调速技术，转矩响应快。传统的滞环控制转矩脉动较大，使用SVPWM技术可以减少转矩脉动。结合电流i_d＝0的控制思想，电流全部用来生成转矩，使得力矩输出效率最大。为了满足电机动态性能试验要求，电机测试平台必须测试电机在不同负载下的动态性能测试，因而研究一种能模拟实际应用中所承担的各种负载的负载模拟系统，在电机性能测试领域具有可研究性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种结构简单、实现方便、能够精确模拟不同工况下的负载、实用性强的永磁同步电机负载模拟系统。