Motore a riluttanza commutata (SRM) Banco di prova: Ondulazione della coppia, Mappatura dell'induttanza e NVH

Perché i test SRM richiedono un approccio diverso

I motori a riluttanza commutata sono riemersi come un serio contendente nelle trasmissioni dei veicoli elettrici 48 V sistemi ausiliari. A differenza del PMSM o dei motori a induzione, l'SRM non ha magneti permanenti né avvolgimenti del rotore: la coppia è generata interamente dalla tendenza dei poli del rotore ad allinearsi con i poli dello statore energizzati. Questa semplice costruzione offre un'eccellente tolleranza ai guasti e un basso costo del materiale, ma introduce una serie di sfide di test che un banco di prova per motori CA standard non è impostato per gestire immediatamente.

Induttanza dipendente dalla posizione del rotore, ondulazione di coppia intrinsecamente elevata, e le forme d'onda di commutazione della corrente aggressive richiedono capacità di misurazione specifiche. Gli ingegneri che tentano di caratterizzare un SRM su un banco di prova progettato per macchine sincrone perderanno gli indicatori di prestazione più critici.

Come il principio operativo dell’SRM cambia l’agenda dei test

In un PMSM, mappi l'efficienza della velocità-coppia in uno spazio operativo relativamente fluido. In un SRM, il comportamento della macchina è fondamentalmente non lineare: l'induttanza di fase varia continuamente con l'angolo del rotore, e la coppia è una funzione sia della corrente che della posizione. Ogni caratterizzazione SRM significativa inizia quindi con an induttanza rispetto all'angolo (L-esimo) mappa.

• Profilatura L-θ: Il banco di prova blocca il rotore in posizioni angolari discrete utilizzando un servofreno di precisione o un motore di posizionamento, applica a turno una piccola corrente di perturbazione CA a ciascuna fase, e misura l'induttanza di fase risultante. Il rapporto di induttanza completamente allineato/non allineato (tipicamente 5:1 A 10:1) definisce la capacità di produzione di coppia della macchina.
• Misurazione della coppia statica: Ad ogni posizione bloccata del rotore, il banco aumenta la corrente di fase e registra la coppia statica risultante tramite il trasduttore di coppia di reazione. Questo costruisce un T(io, io) tabella di ricerca che alimenta l'unità di controllo.
• Sweep di commutazione dinamica: Angolo di accensione (io_SU) e angolo di svolta (io_spento) vengono spostati lungo l'intervallo di velocità operativa per trovare gli angoli di commutazione ottimali per l'efficienza e l'ondulazione della coppia, sia al carico nominale che alla coppia di picco.

Elementi di test fondamentali per la caratterizzazione SRM

1. Quantificazione dell'ondulazione della coppia

L'ondulazione della coppia SRM può raggiungere il 40–100% da picco a picco a bassa velocità senza attenuazione attiva dell'ondulazione. Il banco prova deve acquisire la coppia istantanea con una risoluzione angolare inferiore a 1°. Un trasduttore di coppia ad elevata larghezza di banda accoppiato all'albero (≥ 5 KHz, precisione ≤ 0.1% Fs) abbinato ad un risolutore o ad un encoder con 4,096 PPR o migliore è il requisito minimo della strumentazione.

Metriche chiave: Ondulazione da picco a picco come % di coppia media; frequenza di ondulazione fondamentale (= velocità × conteggio dei poli del rotore × conteggio delle fasi); ondulazione della coppia nell'intero intervallo operativo da 10% A 110% carico nominale.

2. Rumore acustico e vibrazioni (Nvh)

Le forze magnetiche radiali che producono coppia in un SRM deformano anche il ferro posteriore dello statore alle armoniche della frequenza di commutazione. Ciò rende i veicoli guidati da SRM udibili in modi che le piattaforme basate su PMSM non lo sono. I test NVH sul banco SRM comportano in genere una valutazione della camera semi-anecoica o almeno una misurazione della potenza sonora secondo ISO 1680 / CEI 60034-9. L'array di microfoni è posizionato in 1 m dalla superficie della macchina; gli accelerometri di vibrazione sono collegati all'alloggiamento dello statore nelle quattro posizioni cardinali.

Metriche chiave: Livello di potenza sonora (dB[UN]) A 1 M; linee spettrali dominanti vs. frequenza di commutazione della coppia polare; velocità di vibrazione trasmessa strutturalmente (mm/s efficace) all'alloggiamento dello statore.

3. Mappatura dell'efficienza

Perché un SRM funziona senza back-EMF in condizioni di fermo, la perdita di rame è dominante alle basse velocità, mentre la perdita del nucleo (isteresi e correnti parassite nello statore laminato) aumenta bruscamente al di sopra della velocità base. Una mappa di efficienza sull'intero inviluppo di coppia e velocità richiede che il banco funzioni in modalità a coppia costante a basse velocità e in modalità a potenza costante al di sopra della velocità base. La potenza elettrica in ingresso deve essere misurata sul lato bus DC (a monte del convertitore) per catturare le perdite del convertitore che fanno parte dell’efficienza del sistema.

Metriche chiave: Massima efficienza del sistema (motore + inverter); N.E.D.C / Efficienza media ponderata WLTP; efficienza a carico parziale a 10%, 25%, 50% coppia nominale.

4. Caratterizzazione termica

Gli statori SRM si surriscaldano alle estremità dell'avvolgimento, ma il rotore (non avendo avvolgimenti) rimane più fresco dell'equivalente PMSM. I sensori di temperatura a fibra ottica nelle fessure dello statore e una sonda a infrarossi senza contatto sul diametro esterno del rotore forniscono l'immagine più chiara. Il banco deve mantenere la temperatura di giunzione entro ±1°C del setpoint target durante la misurazione dell'efficienza in stato stazionario per eliminare gli effetti di deriva termica sulla resistenza.

5. EMC / Emissioni condotte dallo stadio di potenza

I convertitori SR a commutazione hardware generano significative interferenze elettromagnetiche condotte sulla linea di alimentazione CC. Il banco di prova dovrebbe includere un LISN (Rete di stabilizzazione dell'impedenza di linea) secondo CISPR 25 Classe 3 e un 100 Sonda di corrente con larghezza di banda MHz su ciascun cavo di fase per catturare picchi di commutazione. Ciò è particolarmente rilevante per 48 V Applicazioni BSG/ISG ibride leggere in cui l'SRM condivide un bus con l'elettronica sensibile ADAS.

Metriche chiave: Inviluppo delle emissioni condotte vs. Cispr 25 limiti; transitorio di tensione di picco per evento di commutazione (V/μs dV/dt).

Configurazione del banco di prova per il lavoro SRM

È preferibile un dinamometro con carico rigenerativo CA a quattro quadranti in modo che l'energia durante la frenatura attiva venga restituita alla rete anziché dissipata sotto forma di calore nei banchi di resistori, aspetto importante in caso di cicli di lavoro elevati. Il controller di velocità deve gestire l'uscita di coppia altamente non sinusoidale dell'SRM senza oscillazioni; una larghezza di banda di almeno 200 Gli Hz nella modalità di controllo della velocità sono tipici. Per applicazioni ad alta tensione (400 V e superiori), il trasformatore di isolamento da banco e l'interblocco di sicurezza devono essere dimensionati per la tensione del bus CC con almeno 2 volte il margine di sicurezza.

Se il vostro programma prevede macchine a riluttanza commutata, sia per i sistemi ISG automobilistici, servoazionamenti industriali, o la trazione emergente dei veicoli elettrici: il nostro team di ingegneri può specificare la giusta catena di misurazione e architettura di controllo per il numero di poli e il livello di potenza del tuo motore. Parla con il nostro team di ingegneri sulla configurazione del banco SRM.