Moteur à réluctance commuté (MRS) Banc d'essai: Ondulation de couple, Cartographie d'inductance et NVH

Pourquoi les tests SRM nécessitent une approche différente

Les moteurs à réluctance commutée sont réapparus comme un concurrent sérieux dans les transmissions EV et 48 V systèmes auxiliaires. Contrairement aux PMSM ou aux moteurs à induction, le SRM n'a pas d'aimants permanents ni d'enroulements de rotor - le couple est entièrement généré par la tendance des pôles du rotor à s'aligner avec les pôles du stator sous tension. Cette construction simple apporte une excellente tolérance aux pannes et un faible coût des matériaux, mais il introduit un ensemble de défis de test qu'un banc d'essai de moteur à courant alternatif standard n'est pas configuré pour gérer immédiatement..

Inductance dépendante de la position du rotor, ondulation de couple intrinsèquement élevée, et les formes d'onde de commutation de courant agressives nécessitent des capacités de mesure spécifiques. Les ingénieurs qui tenteront de caractériser un SRM sur un banc d'essai conçu pour les machines synchrones passeront à côté des indicateurs de performance les plus critiques..

Comment le principe de fonctionnement du SRM modifie le programme de test

Dans un PMSM, vous mappez vitesse-couple-efficacité dans un espace de fonctionnement relativement fluide. Dans un MRS, le comportement de la machine est fondamentalement non linéaire: l'inductance de phase varie continuellement avec l'angle du rotor, et le couple est fonction à la fois du courant et de la position. Toute caractérisation SRM significative commence donc par un inductance par rapport à l'angle (L-ième) carte.

• Profilage L-θ: Le banc d'essai verrouille le rotor dans des positions angulaires discrètes à l'aide d'un servofrein de précision ou d'un moteur de positionnement, applique un petit courant de perturbation AC à chaque phase tour à tour, et mesure l'inductance de phase résultante. Le rapport d'inductance entièrement aligné/non aligné (typiquement 5:1 à 10:1) définit la capacité de production de couple de la machine.
• Mesure de couple statique: À chaque position du rotor verrouillé, le banc augmente le courant de phase et enregistre le couple statique résultant via le transducteur de couple de réaction. Cela construit un T(je, je) table de recherche qui alimente l'unité de contrôle.
• Balayage de commutation dynamique: Angle d'allumage (je_sur) et angle d'arrêt (je_désactivé) sont balayés sur toute la plage de vitesse de fonctionnement pour trouver les angles de commutation optimaux pour l'efficacité et l'ondulation du couple., à la charge nominale et au couple maximal.

Éléments de test de base pour la caractérisation SRM

1. Quantification de l'ondulation du couple

L'ondulation du couple SRM peut atteindre 40 à 100 % de crête à crête à basse vitesse sans atténuation active de l'ondulation. Le banc d'essai doit capturer le couple instantané à une résolution angulaire inférieure à 1°. Un transducteur de couple à large bande passante couplé à un arbre (≥ 5 khz, précision ≤ 0.1% FS) combiné avec un résolveur ou un codeur avec 4,096 PPR ou mieux est l'exigence minimale en matière d'instrumentation.

Indicateurs clés: Ondulation de crête à crête comme % du couple moyen; fréquence d'ondulation fondamentale (= vitesse × nombre de pôles du rotor × nombre de phases); ondulation du couple sur toute la plage de fonctionnement de 10% à 110% charge nominale.

2. Bruit acoustique et vibrations (Nvh)

Les forces magnétiques radiales qui produisent un couple dans un SRM déforment également le fer arrière du stator aux harmoniques de fréquence de commutation.. Cela rend les véhicules pilotés par SRM audibles d'une manière que les plates-formes basées sur PMSM ne le sont pas.. Les tests NVH sur le banc SRM impliquent généralement une évaluation en chambre semi-anéchoïque ou au minimum une mesure de la puissance acoustique selon la norme ISO. 1680 / CEI 60034-9. Le réseau de microphones est placé à 1 m de la surface de la machine; les accéléromètres de vibration sont collés au boîtier du stator aux quatre positions cardinales.

Indicateurs clés: Niveau de puissance sonore (dB[UN]) à 1 m; raies spectrales dominantes vs. fréquence de commutation de paires de pôles; vitesse de vibration transmise structurellement (mm/s RMS) au carter du stator.

3. Cartographie de l'efficacité

Parce qu'un SRM fonctionne sans contre-EMF à l'arrêt, la perte de cuivre domine à basse vitesse tandis que la perte de noyau (hystérésis et courants de Foucault dans le stator feuilleté) augmente fortement au-dessus de la vitesse de base. Une carte d'efficacité sur toute l'enveloppe couple-vitesse nécessite que le banc fonctionne en mode couple constant à basse vitesse et en mode puissance constante au-dessus de la vitesse de base.. La puissance électrique d’entrée doit être mesurée côté bus DC (en amont du convertisseur) pour capturer les pertes du convertisseur qui font partie de l’efficacité du système.

Indicateurs clés: Efficacité maximale du système (moteur + onduleur); N.E.D.C. / Rendement moyen pondéré WLTP; efficacité à charge partielle à 10%, 25%, 50% couple nominal.

4. Caractérisation thermique

Les stators SRM chauffent aux extrémités des enroulements, mais le rotor (n'ayant pas d'enroulements) reste plus frais que le PMSM équivalent. Des capteurs de température à fibre optique dans les fentes du stator et une sonde infrarouge sans contact sur le diamètre extérieur du rotor donnent l'image la plus claire. Le banc doit maintenir la température de jonction à ± 1 °C du point de consigne cible pendant la mesure de l'efficacité en régime permanent afin d'éliminer les effets de dérive thermique sur la résistance..

5. EMC / Émissions conduites de l'étage de puissance

Les convertisseurs SR à commutation dure génèrent d'importantes interférences électromagnétiques conduites sur le rail d'alimentation CC. Le banc de test doit inclure un LISN (Réseau de stabilisation d'impédance de ligne) selon le CISPR 25 Classe 3 et un 100 Sonde de courant de bande passante MHz sur chaque fil de phase pour capturer les pointes de commutation. Ceci est particulièrement pertinent pour 48 V applications BSG/ISG hybrides légères où le SRM partage un bus avec l'électronique ADAS sensible.

Indicateurs clés: Enveloppe d’émission conduite vs. CISPR 25 limites; tension de crête transitoire par événement de commutation (V/µs dV/dt).

Configuration du banc de test pour le travail SRM

Un dynamomètre avec une charge régénérative CA à quatre quadrants est préférable afin que l'énergie pendant le freinage actif soit restituée au réseau plutôt que dissipée sous forme de chaleur dans les bancs de résistances – ce qui est important pour les cycles de service élevés.. Le contrôleur de vitesse doit gérer le couple de sortie hautement non sinusoïdal du SRM sans chasser.; une bande passante d'au moins 200 Hz en mode contrôle de vitesse est typique. Pour les applications haute tension (400 V et plus), le transformateur d'isolement de banc et le verrouillage de sécurité doivent être conçus pour la tension du bus CC avec une marge de sécurité d'au moins 2 ×.

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