[发明专利]高速电励磁电机无扭矩传感器铁损实验测量方法

说明书

本发明公开了一种高速电励磁电机无扭矩传感器铁损实验测量方法，属于电机测试技术领域。该方法在电励磁电机空载高速运行时，将电枢绕组断路，电机转速随时间下降，拟合出转速与时间的函数关系，并计算出动能与时间的函数关系，从而可求导得到任意时刻的转子损耗。将励磁电流由0逐步增加，重复上述操作，得到不同励磁电流下的总损耗，剔除励磁电流为0时测得的机械损耗，便可得到相应励磁电流下的铁损值。与有限元仿真数据对比，修正铁损模型参数，从而可以计算出不同工况下的铁损值。本发明避免了需要扭矩传感器测量原动机输入功率，而扭矩传感器的适用转速受限、安装困难以及负载效应带来的检测误差等问题。

技术领域

本发明涉及一种高速电励磁电机无扭矩传感器铁损实验测量方法，属于电机测试技术领域。

背景技术

电机的高速化可减小电机的体积重量，提高其功率密度，具有可与高速负载直接相连、省去传统的机械增速装置、减小系统噪音和提高系统传动效率等特点，在高速磨床、空气循环制冷系统、储能飞轮、燃料电池、天然气输送高速离心压缩机以及作为飞机或舰载供电设备的分布式发电系统等领域具有广阔的应用前景，目前已成为国际电机领域的研究热点之一。

但由于电励磁电机在高速运行时，会产生较大的损耗，若损耗过大，会使电机运行效率偏低。同时损耗还将以热能的形式体现出来从而导致温度较高等问题，在某些通风散热条件较差的应用场合，温升过高或局部温度过高，会直接影响到电机系统的稳定性、可靠性、安全性和使用寿命。电励磁电机损耗由铁心损耗、绕组铜耗、机械损耗和杂散损耗四部分组成，其中铁损所占据比例不可忽视。因此铁损的准确测量和分析对电机设计及其性能优化具有重要的意义。

目前对于电励磁电机铁损的测量，主要是通过在电机轴上安装扭矩传感器，测量输入功率计算而得。扭矩传感器可适用于连续旋转,但对安装对中要求较高，对一些较小的工件，扭矩传感器的安装会对检测带来较大的误差,增加装夹的难度，传感器自身的负载效应也可能影响检测效果。另外，现阶段缺乏高转速扭矩传感器，无法测量高速电机的轴功率，因而在高速电励磁电机中其推广应用受到一定程度上的制约。

同时铁损理论模型中的相关参数在高速高频的条件下，较难通过理论计算与仿真分析确定，因而真实铁损值与理论计算值仍存在一定的误差，尤其在高速运行条件下尤为突出。因而如何修正铁损模型相关参数，使得铁损理论计算值更贴近实际值，具有重要的现实意义。

基于以上分析，本案旨在提出一种高速电励磁电机无扭矩传感器铁损实验测量方法，从而避免扭矩传感器的适用转速受限的问题，并对铁损理论模型参数进行修正，在高速负载运行条件下准确地得到电机铁损。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种有效地避免了缺乏高速扭矩传感器无法测量轴功率而无法计算铁损的问题的高速电励磁电机无扭矩传感器铁损实验测量方法。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种高速电励磁电机无扭矩传感器铁损实验测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、计算电机转子的转动惯量J；

步骤二、将电机在空载状态下运行至高速n_max，然后关断功率管使电枢绕组断路，使电机转速随时间t逐步下降；利用旋转变压器检测转子位置信号 ，从而得到转速从n_max下降到0阶段内的n-t函数曲线；

步骤三、根据转子转动惯量J和转速n，求得任意时刻电机转子动能E_k与时间t对应的函数曲线，对E_k-t的函数曲线进行时间t求导，可得任意时刻的转子损耗，记作P_if，结合n-t函数曲线，得到不同转速下的转子损耗；

步骤四、通过励磁调节器调节励磁电流I_f由0到I，重复步骤二和三，得到任意励磁电流下的转子损耗与转速关系；