Motor de reluctancia conmutada (SRM) Banco de pruebas: Ondulación del par, Mapeo de inductancia y NVH

Por qué las pruebas SRM requieren un enfoque diferente

Los motores de reluctancia conmutada han resurgido como un serio competidor en las transmisiones de vehículos eléctricos y 48 V sistemas auxiliares. A diferencia del PMSM o los motores de inducción, El SRM no tiene imanes permanentes ni devanados de rotor; el par se genera enteramente por la tendencia de los polos del rotor a alinearse con los polos del estator energizados.. Esta construcción simple ofrece una excelente tolerancia a fallas y un bajo costo de material., pero presenta una serie de desafíos de prueba que un banco de pruebas de motores de CA estándar no está configurado para manejar de manera inmediata..

Inductancia dependiente de la posición del rotor, ondulación de par inherentemente alta, y las formas de onda de conmutación de corriente agresivas exigen capacidades de medición específicas. Los ingenieros que intenten caracterizar un SRM en un banco de pruebas diseñado para máquinas síncronas perderán los indicadores de rendimiento más críticos..

Cómo el principio operativo del SRM cambia la agenda de pruebas

En un PMSM, usted mapea la velocidad, el par y la eficiencia en un espacio operativo relativamente fluido. En un SRM, El comportamiento de la máquina es fundamentalmente no lineal.: La inductancia de fase varía continuamente con el ángulo del rotor., y el par es una función tanto de la corriente como de la posición.. Por lo tanto, toda caracterización significativa de SRM comienza con una inductancia versus ángulo (L-ésimo) mapa.

• Perfil L-θ: El banco de pruebas bloquea el rotor en posiciones angulares discretas mediante un servofreno de precisión o un motor de posicionamiento., aplica una pequeña corriente de perturbación de CA a cada fase por turno, y mide la inductancia de fase resultante. La relación de inductancia completa entre alineado y no alineado (típicamente 5:1 a 10:1) define la capacidad de producción de par de la máquina.
• Medición de par estático: En cada posición del rotor bloqueado, El banco aumenta la corriente de fase y registra el par estático resultante a través del transductor de par de reacción.. Esto construye una T(i, i) tabla de consulta que alimenta la unidad de control.
• Barrido de conmutación dinámica: Ángulo de encendido (i_en) y ángulo de apagado (i_apagado) Se barren a lo largo del rango de velocidad de operación para encontrar los ángulos de conmutación óptimos para la eficiencia y la ondulación del par., tanto a carga nominal como a par máximo.

Elementos de prueba básicos para la caracterización de SRM

1. Cuantificación de la ondulación del par

La ondulación del par SRM puede alcanzar entre un 40 % y un 100 % de pico a pico a baja velocidad sin mitigación activa de la ondulación. El banco de pruebas debe capturar el par instantáneo con una resolución angular inferior a 1°.. Un transductor de par de gran ancho de banda acoplado a un eje (≥ 5 khz, precisión ≤ 0.1% FS) combinado con un resolver o codificador con 4,096 PPR o mejor es el requisito mínimo de instrumentación.

Métricas clave: Ondulación de pico a pico como % de par medio; frecuencia de ondulación fundamental (= velocidad × número de polos del rotor × número de fases); ondulación del par en todo el rango operativo desde 10% a 110% carga nominal.

2. Ruido Acústico y Vibración (Nvh)

Las fuerzas magnéticas radiales que producen par en un SRM también deforman el hierro posterior del estator en los armónicos de frecuencia de conmutación.. Esto hace que los vehículos impulsados ​​por SRM sean audibles de una manera que las plataformas basadas en PMSM no lo son.. Las pruebas NVH en el banco SRM generalmente implican una clasificación de cámara semianecoica o, como mínimo, una medición de potencia sonora según ISO. 1680 / CEI 60034-9. El conjunto de micrófonos está colocado en 1 m desde la superficie de la máquina; Los acelerómetros de vibración están unidos a la carcasa del estator en las cuatro posiciones cardinales..

Métricas clave: Nivel de potencia sonora (dB[A]) en 1 metro; líneas espectrales dominantes vs. frecuencia de conmutación del par de polos; velocidad de vibración transmitida estructuralmente (mm/s RMS) en la carcasa del estator.

3. Mapeo de eficiencia

Porque un SRM funciona sin back-EMF cuando está parado, La pérdida de cobre domina a bajas velocidades, mientras que la pérdida del núcleo (histéresis y corrientes parásitas en el estator laminado) aumenta bruscamente por encima de la velocidad base. Un mapa de eficiencia en toda la gama par-velocidad requiere que el banco funcione en modo de par constante a bajas velocidades y en modo de potencia constante por encima de la velocidad base.. La potencia eléctrica de entrada debe medirse en el lado del bus de CC. (aguas arriba del convertidor) para capturar las pérdidas del convertidor que forman parte de la eficiencia del sistema.

Métricas clave: Máxima eficiencia del sistema (motor + inversor); CONSEJO ECONÓMICO Y SOCIAL / Eficiencia media ponderada WLTP; eficiencia de carga parcial en 10%, 25%, 50% par nominal.

4. Caracterización térmica

Los estatores SRM se calientan en las espiras finales del devanado., pero el rotor (sin devanados) permanece más frío que el PMSM equivalente. Los sensores de temperatura de fibra óptica en las ranuras del estator y una sonda infrarroja sin contacto en el diámetro exterior del rotor ofrecen la imagen más clara.. El banco debe mantener la temperatura de la unión dentro de ±1°C del punto de ajuste objetivo durante la medición de eficiencia en estado estable para eliminar los efectos de la deriva térmica en la resistencia..

5. EMC / Emisiones conducidas desde la etapa de potencia

Los convertidores SR de conmutación dura generan importantes interferencias electromagnéticas conducidas en el carril de alimentación de CC. El banco de pruebas debe incluir un LISN (Red de estabilización de impedancia de línea) según CISPR 25 Clase 3 y un 100 Sonda de corriente de ancho de banda de MHz en cada fase para capturar picos de conmutación. Esto es especialmente relevante para 48 V aplicaciones BSG/ISG híbridas suaves donde el SRM comparte un bus con electrónica ADAS sensible.

Métricas clave: Envoltura de emisión conducida vs.. Cispr 25 límites; voltaje pico transitorio por evento de conmutación (V/μs dV/dt).

Configuración del banco de pruebas para trabajos SRM

Se prefiere un dinamómetro con carga regenerativa de CA de cuatro cuadrantes para que la energía durante el frenado activo regrese a la red en lugar de disiparse como calor en bancos de resistencias, lo cual es importante en ciclos de trabajo elevados.. El controlador de velocidad debe manejar la salida de par altamente no sinusoidal del SRM sin oscilar.; un ancho de banda de al menos 200 Hz en el modo de control de velocidad es típico. Para aplicaciones de alto voltaje (400 V y superior), El transformador de aislamiento del banco y el enclavamiento de seguridad deben estar clasificados para el voltaje del bus de CC con al menos 2 veces el margen de seguridad..

Si su programa incluye máquinas de reluctancia conmutada, ya sea para sistemas ISG automotrices, servoaccionamientos industriales, o tracción EV emergente: nuestro equipo de ingeniería puede especificar la cadena de medición y la arquitectura de control adecuadas para el número de polos y el nivel de potencia de su motor.. Habla con nuestro equipo de ingeniería acerca de la configuración del banco SRM.