Motor de relutância comutado (SRM) Bancada de testes: Ondulação de torque, Mapeamento de indutância e NVH

Por que o teste SRM requer uma abordagem diferente

Os motores de relutância comutada ressurgiram como um sério concorrente em sistemas de transmissão EV e 48 V sistemas auxiliares. Ao contrário do PMSM ou dos motores de indução, o SRM não possui ímãs permanentes nem enrolamentos do rotor - o torque é gerado inteiramente pela tendência dos pólos do rotor de se alinharem com os pólos energizados do estator. Esta construção simples traz excelente tolerância a falhas e baixo custo de material, mas introduz um conjunto de desafios de teste que uma bancada de teste de motor CA padrão não está configurada para lidar imediatamente.

Indutância dependente da posição do rotor, ondulação de torque inerentemente alta, e formas de onda agressivas de comutação de corrente exigem recursos de medição específicos. Os engenheiros que tentarem caracterizar um SRM em uma bancada de testes projetada para máquinas síncronas perderão os indicadores de desempenho mais críticos..

Como o princípio operacional do SRM muda a agenda de testes

Em um PMSM, você mapeia a eficiência de velocidade-torque em um espaço operacional relativamente suave. Em um SRM, o comportamento da máquina é fundamentalmente não linear: a indutância de fase varia continuamente com o ângulo do rotor, e o torque é uma função da corrente e da posição. Toda caracterização significativa de SRM começa, portanto, com uma indutância versus ângulo (L-ésimo) mapa.

• Perfil L-θ: A bancada de testes trava o rotor em posições angulares discretas usando um servofreio de precisão ou motor de posicionamento, aplica uma pequena corrente de perturbação CA a cada fase por sua vez, e mede a indutância de fase resultante. A relação de indutância totalmente alinhada para não alinhada (tipicamente 5:1 para 10:1) define a capacidade de produção de torque da máquina.
• Medição de torque estático: Em cada posição de rotor travado, a bancada aumenta a corrente de fase e registra o torque estático resultante através do transdutor de torque de reação. Isso constrói um T(eu, eu) tabela de consulta que alimenta a unidade de controle.
• Varredura de comutação dinâmica: Ângulo de ativação (eu_sobre) e ângulo de desligamento (eu_desligado) são varridos pela faixa de velocidade operacional para encontrar os ângulos de comutação ideais para eficiência e ondulação de torque, tanto na carga nominal quanto no pico de torque.

Itens principais de teste para caracterização de SRM

1. Quantificação de ondulação de torque

A ondulação de torque do SRM pode atingir 40–100% pico a pico em baixa velocidade sem mitigação ativa de ondulação. A bancada de testes deve capturar torque instantâneo com resolução angular abaixo de 1°. Um transdutor de torque de alta largura de banda acoplado a eixo (≥ 5 kHz, precisão ≤ 0.1% FS) combinado com um resolvedor ou codificador com 4,096 PPR ou melhor é o requisito mínimo de instrumentação.

Métricas principais: Ondulação pico a pico como % de torque médio; frequência de ondulação fundamental (= velocidade × contagem de pólos do rotor × contagem de fases); ondulação de torque em toda a faixa operacional, desde 10% para 110% carga nominal.

2. Ruído acústico e vibração (NVH)

As forças magnéticas radiais que produzem torque em um SRM também deformam o ferro traseiro do estator nas harmônicas de frequência de chaveamento.. Isso torna os veículos movidos por SRM audíveis de uma forma que as plataformas baseadas em PMSM não são. O teste NVH na bancada SRM normalmente envolve uma classificação de câmara semi-anecóica ou, no mínimo, uma medição de potência sonora de acordo com ISO 1680 / CEI 60034-9. O conjunto de microfones é colocado em 1 m da superfície da máquina; acelerômetros de vibração são ligados à carcaça do estator nas quatro posições cardeais.

Métricas principais: Nível de potência sonora (dB[UM]) no 1 eu; linhas espectrais dominantes vs. frequência de comutação de pares de pólos; velocidade de vibração transmitida estruturalmente (mm/s RMS) na carcaça do estator.

3. Mapeamento de Eficiência

Porque um SRM opera sem back-EMF quando parado, a perda de cobre domina em baixas velocidades, enquanto a perda do núcleo (histerese e corrente parasita no estator laminado) sobe acentuadamente acima da velocidade base. Um mapa de eficiência em todo o envelope de torque-velocidade exige que a bancada opere no modo de torque constante em baixas velocidades e no modo de potência constante acima da velocidade base. A energia elétrica de entrada deve ser medida no lado do barramento CC (a montante do conversor) para capturar perdas do conversor que fazem parte da eficiência do sistema.

Métricas principais: Eficiência máxima do sistema (motor + inversor); N.E.D.C. / Eficiência média ponderada WLTP; eficiência de carga parcial em 10%, 25%, 50% torque nominal.

4. Caracterização Térmica

Os estatores SRM esquentam nas extremidades do enrolamento, mas o rotor (sem enrolamentos) permanece mais frio que o PMSM equivalente. Sensores de temperatura de fibra óptica nas ranhuras do estator e uma sonda infravermelha sem contato no diâmetro externo do rotor fornecem a imagem mais nítida. A bancada deve manter a temperatura da junção dentro de ±1°C do ponto de ajuste alvo durante a medição de eficiência em estado estacionário para eliminar os efeitos de desvio térmico na resistência.

5. EMC / Emissões conduzidas do Power Stage

Conversores SR de comutação rígida geram interferência eletromagnética conduzida significativa no trilho de alimentação CC. A bancada de testes deve incluir um LISN (Rede de Estabilização de Impedância de Linha) por CISPR 25 Aula 3 e um 100 Sonda de corrente de largura de banda de MHz em cada terminal de fase para capturar picos de comutação. Isto é especialmente relevante para 48 V aplicações BSG/ISG moderadamente híbridas, onde o SRM compartilha um barramento com componentes eletrônicos ADAS sensíveis.

Métricas principais: Envelope de emissão conduzida vs.. CISPR 25 limites; transitório de tensão de pico por evento de comutação (V/µs dV/dt).

Configuração do banco de testes para trabalho de SRM

Um dinamômetro com carga regenerativa CA de quatro quadrantes é preferido para que a energia durante a frenagem ativa retorne à rede em vez de ser dissipada como calor em bancos de resistores - importante em ciclos de trabalho elevados. O controlador de velocidade deve lidar com a saída de torque altamente não senoidal do SRM sem oscilação; uma largura de banda de pelo menos 200 Hz no modo de controle de velocidade é típico. Para aplicações de alta tensão (400 V e acima), o transformador de isolamento de bancada e o intertravamento de segurança devem ser classificados para a tensão do barramento CC com pelo menos 2x margem de segurança.

Se o seu programa envolve máquinas de relutância comutada — seja para sistemas ISG automotivos, servoacionamentos industriais, ou tração EV emergente — nossa equipe de engenharia pode especificar a cadeia de medição e a arquitetura de controle corretas para a contagem de pólos e o nível de potência do seu motor. Fale com nossa equipe de engenharia sobre a configuração do banco SRM.