Geschalteter Reluktanzmotor (SRM) Prüfstand: Drehmomentwelligkeit, Induktivitätszuordnung und NVH

Warum SRM-Tests einen anderen Ansatz erfordern

Geschaltete Reluktanzmotoren sind wieder ein ernstzunehmender Kandidat für Antriebsstränge von Elektrofahrzeugen geworden 48 V-Hilfssysteme. Im Gegensatz zu PMSM oder Induktionsmotoren, Das SRM hat keine Permanentmagnete und keine Rotorwicklungen – das Drehmoment wird ausschließlich durch die Tendenz der Rotorpole erzeugt, sich an den bestromten Statorpolen auszurichten. Diese einfache Konstruktion bringt eine hervorragende Fehlertoleranz und niedrige Materialkosten mit sich, Es bringt jedoch eine Reihe von Testherausforderungen mit sich, für deren Bewältigung ein Standardprüfstand für Wechselstrommotoren nicht ausgelegt ist.

Rotorlageabhängige Induktivität, von Natur aus hohe Drehmomentwelligkeit, und aggressive Stromkommutierungswellenformen erfordern spezielle Messmöglichkeiten. Ingenieure, die versuchen, ein SRM auf einem Prüfstand für Synchronmaschinen zu charakterisieren, werden die wichtigsten Leistungsindikatoren übersehen.

Wie das Funktionsprinzip des SRM die Testagenda verändert

In einem PMSM, Sie bilden Drehzahl-Drehmoment-Effizienz in einem relativ gleichmäßigen Betriebsraum ab. In einem SRM, Das Verhalten der Maschine ist grundsätzlich nichtlinear: Die Phaseninduktivität variiert kontinuierlich mit dem Rotorwinkel, und das Drehmoment ist eine Funktion sowohl des Stroms als auch der Position. Jede sinnvolle SRM-Charakterisierung beginnt daher mit einem Induktivität über dem Winkel (L-th) Karte.

• L-θ-Profilierung: Der Prüfstand arretiert den Rotor mithilfe einer Präzisions-Servobremse oder eines Positionierungsmotors in diskreten Winkelpositionen, wendet nacheinander einen kleinen Wechselstrom-Störstrom an jede Phase an, und misst die resultierende Phaseninduktivität. Das vollständige Verhältnis der ausgerichteten zu nicht ausgerichteten Induktivität (typischerweise 5:1 Zu 10:1) definiert die Drehmomenterzeugungsfähigkeit der Maschine.
• Statische Drehmomentmessung: An jeder verriegelten Rotorposition, Die Bank steigert den Phasenstrom und zeichnet das resultierende statische Drehmoment über den Reaktionsdrehmomentwandler auf. Dadurch entsteht ein T(ich, ich) Nachschlagetabelle, die die Steuereinheit speist.
• Dynamischer Kommutierungsdurchlauf: Einschaltwinkel (ich_An) und Abbiegewinkel (ich_aus) werden über den Betriebsdrehzahlbereich geschwenkt, um die optimalen Schaltwinkel für Effizienz und Drehmomentwelligkeit zu finden, sowohl bei Nennlast als auch bei Spitzendrehmoment.

Kerntestelemente für die SRM-Charakterisierung

1. Quantifizierung der Drehmomentwelligkeit

Die SRM-Drehmomentwelligkeit kann bei niedriger Drehzahl ohne aktive Welligkeitsminderung 40–100 % Spitze-zu-Spitze erreichen. Der Prüfstand muss das Momentandrehmoment mit einer Winkelauflösung von unter 1° erfassen. Ein wellengekoppelter Drehmomentwandler mit hoher Bandbreite (≥ 5 KHz, Genauigkeit ≤ 0.1% Fs) kombiniert mit einem Resolver oder Encoder mit 4,096 PPR oder besser ist die Mindestanforderung an die Instrumentierung.

Schlüsselkennzahlen: Welligkeit von Spitze zu Spitze als % des mittleren Drehmoments; Grundwelligkeitsfrequenz (= Drehzahl × Rotorpolzahl × Phasenzahl); Drehmomentwelligkeit über den gesamten Betriebsbereich von 10% Zu 110% Nennlast.

2. Akustischer Lärm und Vibration (NVH)

Die radialen magnetischen Kräfte, die in einem SRM ein Drehmoment erzeugen, verformen auch das Statorrückeisen bei den Oberwellen der Schaltfrequenz. Dies macht SRM-angetriebene Fahrzeuge auf eine Art und Weise hörbar, wie es bei PMSM-basierten Plattformen nicht der Fall ist. NVH-Tests auf dem SRM-Prüfstand umfassen in der Regel eine Bewertung der halbreflexionsarmen Kammer oder mindestens eine Schallleistungsmessung gemäß ISO 1680 / IEC 60034-9. Das Mikrofonarray ist platziert bei 1 m von der Maschinenoberfläche entfernt; Vibrationsbeschleunigungsmesser sind an den vier Himmelsrichtungen mit dem Statorgehäuse verbunden.

Schlüsselkennzahlen: Schallleistungspegel (dB[A]) bei 1 M; dominante Spektrallinien vs. Polpaar-Schaltfrequenz; strukturell übertragene Schwinggeschwindigkeit (mm/s RMS) am Statorgehäuse.

3. Effizienzkartierung

Denn ein SRM arbeitet im Stillstand ohne Gegen-EMK, Bei niedrigen Geschwindigkeiten dominiert der Kupferverlust, während der Kernverlust vorherrscht (Hysterese und Wirbelstrom im lamellierten Stator) steigt stark über die Grundgeschwindigkeit an. Ein Effizienzkennfeld über den gesamten Drehmoment-Drehzahl-Bereich erfordert, dass die Bank bei niedrigen Drehzahlen im Modus mit konstantem Drehmoment und oberhalb der Grunddrehzahl im Modus mit konstanter Leistung arbeitet. Die elektrische Eingangsleistung muss auf der DC-Bus-Seite gemessen werden (vor dem Konverter) um Wandlerverluste zu erfassen, die Teil der Systemeffizienz sind.

Schlüsselkennzahlen: Höchste Systemeffizienz (Motor + Wechselrichter); N.E.D.C / WLTP-gewichtete durchschnittliche Effizienz; Teillastwirkungsgrad bei 10%, 25%, 50% Nenndrehmoment.

4. Thermische Charakterisierung

SRM-Statoren laufen an den Wicklungsköpfen heiß, aber der Rotor (ohne Wicklungen) bleibt kühler als das entsprechende PMSM. Faseroptische Temperatursensoren in den Statorschlitzen und eine berührungslose Infrarotsonde am Rotoraußendurchmesser liefern das klarste Bild. Der Prüfstand sollte die Sperrschichttemperatur während der Steady-State-Effizienzmessung innerhalb von ±1 °C des Zielsollwerts halten, um thermische Drifteffekte auf den Widerstand zu vermeiden.

5. EMC / Leitungsgebundene Emissionen der Leistungsstufe

Hartschaltende SR-Wandler erzeugen erhebliche leitungsgebundene elektromagnetische Störungen auf der DC-Versorgungsschiene. Der Prüfstand sollte über ein LISN verfügen (Netz zur Stabilisierung der Leitungsimpedanz) gemäß CISPR 25 Klasse 3 und a 100 Stromsonden mit MHz-Bandbreite an jeder Phasenleitung zur Erfassung von Schaltspitzen. Dies ist besonders relevant für 48 V Mild-Hybrid-BSG/ISG-Anwendungen, bei denen das SRM einen Bus mit der empfindlichen ADAS-Elektronik teilt.

Schlüsselkennzahlen: Leitungsgebundene Emissionshüllkurve vs. CISPR 25 Grenzen; Spitzenspannungstransient pro Schaltereignis (V/µs dV/dt).

Prüfstandskonfiguration für SRM-Arbeit

Ein Dynamometer mit regenerativer Vierquadranten-Wechselstromlast wird bevorzugt, damit die Energie beim aktiven Bremsen in das Netz zurückgeführt wird und nicht als Wärme in Widerstandsbänken abgegeben wird – wichtig bei hohen Arbeitszyklen. Der Drehzahlregler muss die stark nicht-sinusförmige Drehmomentabgabe des SRM ohne Pendeln bewältigen; eine Bandbreite von mindestens 200 Hz im Geschwindigkeitsregelungsmodus ist typisch. Für Hochspannungsanwendungen (400 V und höher), Der Tischtrenntransformator und die Sicherheitsverriegelung müssen für die DC-Busspannung mit mindestens dem 2-fachen Sicherheitsspielraum ausgelegt sein.

Wenn Ihr Programm geschaltete Reluktanzmaschinen umfasst – sei es für ISG-Systeme im Automobilbereich, industrielle Servoantriebe, oder neue Traktion von Elektrofahrzeugen – unser Ingenieurteam kann die richtige Messkette und Steuerungsarchitektur für die Polzahl und den Leistungspegel Ihres Motors spezifizieren. Sprechen Sie mit unserem Engineering-Team Informationen zur SRM-Bankkonfiguration.