永磁同步電機繞組非線性電感的測量
崔芮華，程 智 王宗培（哈爾濱工業(yè)大學150001）
1 引 言
永磁同步電機的發(fā)展，不僅僅由于高性能永磁材料的出現(xiàn)和廣泛應用，而且還受到電子工業(yè)迅速發(fā)展的影響，使得傳統(tǒng)的永磁電機與電子系統(tǒng)相結(jié)合而形成多種新的同步電機系統(tǒng)，成為近代電機發(fā)展的一類熱點，例如無刷直流發(fā)電機，無刷直流電動機，交流伺服電動機，永磁步進電動機，永磁調(diào)速電機，不同的應用場合對這類系統(tǒng)提出了各式各樣的技術要求，提出了越來越高的性能指標，往往要求對這些系統(tǒng)進行校精確的仿真分析，經(jīng)常應用的同步電機的基本上線性的分析方法和參數(shù)有時滿足不了要求，希望對永磁同步電機的非線性特性有進一步的了解。
在同步電機的分析理論中，廣泛應用各種等效的參數(shù)，包括穩(wěn)態(tài)運行和暫態(tài)的參數(shù)，對稱運行或不對稱運行的參數(shù)以及直軸和交軸的參數(shù)等，如xd，xq，等。這些參數(shù)是由同步電機相繞組的原始方程式和原始參數(shù)出發(fā)，結(jié)合具體運行狀態(tài)推導出來的。所以，如果僅對少數(shù)這類等效參數(shù)（導出參數(shù)）的非線性特性進行研究，不易理解物理現(xiàn)象的本質(zhì)，也不能有較為全面的認識，較為根本的是對實際相繞組原始參數(shù)的非線性特性進行研究，才能系統(tǒng)準碲地把握非線性問題的根本。
可是，相繞組的非線性電感是多變量的復雜函數(shù)，即使較簡單的無阻尼繞組的三相永磁同步電機，各相繞組的電感、相繞組間的互感都是三相電流和轉(zhuǎn)子位置角的復雜函數(shù)。每一個電感參數(shù)都要在四個變量為不同值的情況下測出，沒有合適的方法和裝置是難以實現(xiàn)的，本文用實例表明給出的方法和裝置能完成這種復雜的測試任務，同時，實測的結(jié)果也揭示了永磁同步電機繞組電感非線性特性的一般特征。
2測試系統(tǒng)
被測電機yf，為一臺無阻尼繞組的三相永磁發(fā)電機，轉(zhuǎn)子磁極為鐵氧體磁環(huán)，充磁成6對極。定子鐵心由沖片迭成，有18個齒槽和線圈。三相繞組成星形接法。
電感測試采用動態(tài)磁滯回線法——一種改進的耋法，測試時轉(zhuǎn)子固定在某一位置，在a相繞組內(nèi)通一定大小的工頻交流電，測取a相的電流訊號，a、b、c三相繞組的端電壓。便可得a相繞組的增量電感：
a相對b相和c相的互感為：
寫出式(1)的條件是沒有其他多余的耦合電路的影響�，F(xiàn)在電機的轉(zhuǎn)子上沒有阻尼繞組，轉(zhuǎn)子永磁體材料的導屯率很小，b相和c相繞組開路或外部電路阻抗很大，便符合這一條件。轉(zhuǎn)子軛部鐵心有一定影響不會造成很大的誤差，且本方法采用電流上升和電流下降時的平均值作為測試的結(jié)果，消除了動態(tài)磁滯效應（包括渦流效應）的影響。為b和c相繞組端電壓的交流分量或開路電壓。測試系統(tǒng)如圖1所示。
按上述原理，整個測試系統(tǒng)主要是一個數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，這里采用的是安裝在pc機內(nèi)的一塊pcl - 812型的數(shù)據(jù)采集板。當某一恒定值，轉(zhuǎn)角為某一固定位置時，給a相繞組通以工頻的交流電流。進行采樣，所得的數(shù)據(jù)便可求出給定如i和e值時-im< <im范圍內(nèi)的電感和互感值，轉(zhuǎn)予的位置角可通過測控程序步進電動機驅(qū)動器(mc - 50806)發(fā)出適當?shù)姆较蛐盘柡兔}沖數(shù)來控制。測試時讓轉(zhuǎn)子在一對極距等分成足夠多的位置自動定位，重復上述采樣過程，所得數(shù)據(jù)便可求出給定。在要求范圍內(nèi)及作任意轉(zhuǎn)角療時的電感和互感值，改變恒定電流“和i。的組合，重復上述過程，就完成非線性電感和互感測試的全部采樣。通過數(shù)據(jù)處理程序即可求出z其他相繞組的自感(/bb，/cc)和相繞組聞的互感(/be等)可以根據(jù)電機的對稱性條件獲得。
有幾點需補充說明如下：
(1)轉(zhuǎn)子的定位。采用步進電動機自動定位系統(tǒng)，大大簡化了測試過程，而且定位的重復性好，使測得的數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，在該測試系統(tǒng)中起相當重要的作用。所采用的步進電動機是珠海運控電機公司生產(chǎn)的110bh5 50b型五相混合式步進電動機，采取4-5通電即20狀態(tài)運行時，步距角為0. 360，被測電機為6對極，在1對極范圍內(nèi)(600)可以獲得166個定位點，為了確定電感隨轉(zhuǎn)角的變化關系已足夠有余。矩角特性近似為：
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