Przełączany silnik reluktancyjny (SRM) Stanowisko testowe: Tętnienie momentu obrotowego, Mapowanie indukcyjności i NVH

Dlaczego testowanie SRM wymaga innego podejścia

Silniki reluktancyjne z przełączaniem ponownie stały się poważnym konkurentem w układach napędowych pojazdów elektrycznych 48 V systemy pomocnicze. W przeciwieństwie do PMSM lub silników indukcyjnych, SRM nie ma magnesów trwałych ani uzwojeń wirnika — moment obrotowy jest generowany wyłącznie w wyniku tendencji biegunów wirnika do ustawiania się w jednej linii z biegunami stojana pod napięciem. Ta prosta konstrukcja zapewnia doskonałą odporność na uszkodzenia i niski koszt materiałów, wprowadza jednak zestaw wyzwań testowych, z którymi standardowe stanowisko testowe silników prądu przemiennego nie jest w stanie sobie poradzić od razu po wyjęciu z pudełka.

Indukcyjność zależna od położenia wirnika, z natury wysokie tętnienie momentu obrotowego, agresywne przebiegi komutacji prądu wymagają specyficznych możliwości pomiarowych. Inżynierowie próbujący scharakteryzować SRM na stanowisku testowym przeznaczonym dla maszyn synchronicznych pominą najważniejsze wskaźniki wydajności.

Jak zasada działania SRM zmienia program testów

W PMSM, mapujesz prędkość, moment obrotowy i wydajność w stosunkowo gładkiej przestrzeni roboczej. W SRM, zachowanie maszyny jest zasadniczo nieliniowe: Indukcyjność fazowa zmienia się w sposób ciągły wraz z kątem wirnika, a moment obrotowy jest funkcją zarówno prądu, jak i położenia. Dlatego każda znacząca charakterystyka SRM zaczyna się od indukcyjność względem kąta (L-ty) mapa.

• Profilowanie L-θ: Stanowisko testowe blokuje wirnik w dyskretnych pozycjach kątowych za pomocą precyzyjnego serwohamulca lub silnika pozycjonującego, przykłada po kolei niewielki prąd zakłócający AC do każdej fazy, i mierzy powstałą indukcyjność fazową. Stosunek indukcyjności pełnej wyrównanej do niewyrównanej (zazwyczaj 5:1 Do 10:1) określa zdolność maszyny do wytwarzania momentu obrotowego.
• Statyczny pomiar momentu obrotowego: W każdej zablokowanej pozycji rotora, stanowisko pomiarowe zwiększa prąd fazowy i rejestruje powstały moment statyczny za pomocą przetwornika momentu reakcji. To buduje T(I, I) tabela przeglądowa zasilająca jednostkę sterującą.
• Dynamiczne przemiatanie komutacyjne: Kąt włączenia (I_NA) i kąt wyłączenia (I_wyłączony) są przesuwane w całym zakresie prędkości roboczych, aby znaleźć optymalne kąty przełączania pod kątem wydajności i tętnienia momentu obrotowego, zarówno przy obciążeniu znamionowym, jak i przy maksymalnym momencie obrotowym.

Podstawowe pozycje testowe do charakteryzacji SRM

1. Kwantyfikacja tętnienia momentu obrotowego

Tętnienie momentu obrotowego SRM może osiągnąć 40–100% międzyszczytowe przy niskiej prędkości bez aktywnego łagodzenia tętnienia. Stanowisko badawcze musi rejestrować chwilowy moment obrotowy przy rozdzielczości kątowej poniżej 1°. Sprzężony z wałem szerokopasmowy przetwornik momentu obrotowego (≥ 5 kHz, dokładność ≤ 0.1% FS) w połączeniu z rezolwerem lub koderem 4,096 Minimalne wymagania dotyczące oprzyrządowania to PPR lub lepszy.

Kluczowe wskaźniki: Tętnienie od szczytu do szczytu jako % średniego momentu obrotowego; podstawowa częstotliwość tętnienia (= prędkość × liczba biegunów wirnika × liczba faz); tętnienie momentu obrotowego w pełnym zakresie roboczym od 10% Do 110% obciążenie znamionowe.

2. Hałas akustyczny i wibracje (NVH)

Promieniowe siły magnetyczne, które wytwarzają moment obrotowy w SRM, odkształcają również tylną część stojana przy harmonicznych częstotliwości przełączania. Dzięki temu pojazdy napędzane systemem SRM są słyszalne w sposób, w jaki platformy oparte na PMSM nie są słyszalne. Testowanie NVH na stanowisku SRM zazwyczaj obejmuje ocenę komory półbezechowej lub co najmniej pomiar mocy akustycznej zgodnie z normą ISO 1680 / IEC 60034-9. Układ mikrofonów znajduje się w 1 m od powierzchni maszyny; Akcelerometry wibracyjne są przymocowane do obudowy stojana w czterech głównych pozycjach.

Kluczowe wskaźniki: Poziom mocy akustycznej (dB[A]) Na 1 M; dominujące linie widmowe vs. częstotliwość przełączania par biegunów; strukturalnie przenoszona prędkość drgań (mm/s RMS) w obudowie stojana.

3. Mapowanie wydajności

Ponieważ SRM działa bez wstecznego pola elektromagnetycznego podczas postoju, utrata miedzi dominuje przy niskich prędkościach, podczas gdy utrata rdzenia (histereza i prąd wirowy w laminowanym stojanie) gwałtownie wzrasta powyżej prędkości podstawowej. Mapa wydajności w całym zakresie momentu obrotowego i prędkości wymaga pracy stanowiska w trybie stałego momentu obrotowego przy niskich prędkościach i trybie stałej mocy powyżej prędkości podstawowej. Wejściową moc elektryczną należy mierzyć po stronie szyny DC (przed konwerterem) w celu wychwytywania strat konwertera, które stanowią część wydajności systemu.

Kluczowe wskaźniki: Maksymalna wydajność systemu (silnik + falownik); N.E.D.C / Średnia ważona wydajność WLTP; wydajność przy częściowym obciążeniu przy 10%, 25%, 50% znamionowy moment obrotowy.

4. Charakterystyka termiczna

Stojany SRM nagrzewają się na końcowych zwojach uzwojenia, ale wirnik (nie posiadające uzwojeń) pozostaje chłodniejszy niż równoważny PMSM. Światłowodowe czujniki temperatury w żłobkach stojana i bezdotykowa sonda na podczerwień na średnicy zewnętrznej wirnika dają najczystszy obraz. Stanowisko powinno utrzymywać temperaturę złącza w granicach ±1°C docelowej wartości zadanej podczas pomiaru sprawności w stanie ustalonym, aby wyeliminować wpływ dryfu termicznego na rezystancję.

5. EMC / Emisje przewodzone ze stopnia mocy

Twardo przełączające konwertery SR generują znaczne przewodzące zakłócenia elektromagnetyczne na szynie zasilającej prądu stałego. Stanowisko badawcze powinno zawierać LISN (Sieć stabilizacji impedancji linii) według CISPR 25 Klasa 3 i a 100 Sonda prądowa o szerokości pasma MHz na każdej fazie prowadzi do wychwytywania skoków przełączania. Jest to szczególnie istotne dla 48 V aplikacje miękkiej hybrydy BSG/ISG, w których SRM współdzieli magistralę z wrażliwą elektroniką ADAS.

Kluczowe wskaźniki: Obwiednia emisji przewodzonej vs. CISPR 25 limity; szczytowe napięcie przejściowe na zdarzenie przełączające (V/µs dV/dt).

Konfiguracja stanowiska testowego do pracy w SRM

Preferuje się hamownię z czterokwadrantowym obciążeniem regeneracyjnym prądu przemiennego, dzięki czemu energia podczas aktywnego hamowania jest zwracana do sieci, a nie rozpraszana w postaci ciepła w bateriach rezystorów – co jest ważne przy wysokich cyklach pracy. Sterownik prędkości musi obsługiwać wysoce niesinusoidalny wyjściowy moment obrotowy SRM bez efektu „pływania”.; szerokość pasma co najmniej 200 Hz w trybie kontroli prędkości jest typowe. Do zastosowań wysokonapięciowych (400 V i wyżej), transformator izolujący i blokada bezpieczeństwa muszą być przystosowane do napięcia szyny DC z co najmniej 2-krotnym marginesem bezpieczeństwa.

Jeśli Twój program obejmuje maszyny z przełączaną reluktancją – czy to w przypadku samochodowych systemów ISG, serwonapędy przemysłowe, lub powstająca trakcja EV — nasz zespół inżynierów może określić odpowiedni łańcuch pomiarowy i architekturę sterowania dla liczby biegunów i poziomu mocy Twojego silnika. Porozmawiaj z naszym zespołem inżynierów o konfiguracji stanowiska SRM.