Реактивный двигатель с переключателем (СРМ) Испытательный стенд: Пульсация крутящего момента, Отображение индуктивности и NVH

Почему тестирование SRM требует другого подхода

Реактивные реактивные двигатели снова стали серьезным конкурентом в трансмиссиях электромобилей и 48 V вспомогательные системы. В отличие от PMSM или асинхронных двигателей, SRM не имеет постоянных магнитов и обмоток ротора — крутящий момент полностью создается за счет стремления полюсов ротора совместиться с полюсами статора, находящимися под напряжением.. Эта простая конструкция обеспечивает превосходную отказоустойчивость и низкую стоимость материалов., но это создает ряд проблем при тестировании, с которыми стандартный испытательный стенд для двигателей переменного тока не может справиться «из коробки»..

Индуктивность, зависящая от положения ротора, по своей сути высокая пульсация крутящего момента, и агрессивные формы сигналов коммутации тока требуют специальных возможностей измерения. Инженеры, которые пытаются охарактеризовать SRM на испытательном стенде, предназначенном для синхронных машин, упустят наиболее важные показатели производительности..

Как принцип работы SRM меняет программу испытаний

В ПМСМ, вы отображаете эффективность скорости, крутящего момента в относительно гладком рабочем пространстве. В СРМ, поведение машины принципиально нелинейно: фазовая индуктивность постоянно меняется в зависимости от угла ротора, а крутящий момент является функцией как тока, так и положения.. Поэтому каждая значимая характеристика SRM начинается с зависимость индуктивности от угла (L-й) карта.

• L-θ профилирование: Испытательный стенд фиксирует ротор в дискретных угловых положениях с помощью прецизионного сервотормоза или позиционирующего двигателя., подает небольшой переменный ток возмущения поочередно на каждую фазу, и измеряет результирующую фазовую индуктивность. Полное соотношение индуктивности выровненного и невыровненного (обычно 5:1 к 10:1) определяет способность машины создавать крутящий момент.
• Статическое измерение крутящего момента: В каждом положении заблокированного ротора, стенд увеличивает фазный ток и записывает результирующий статический крутящий момент с помощью датчика реактивного момента.. Это строит Т(я, я) справочная таблица, которая подает данные в блок управления.
• Динамическая развертка коммутации: Угол включения (я_на) и угол поворота (я_{выключенный}) проверяются по всему диапазону рабочих скоростей, чтобы найти оптимальные углы переключения для повышения эффективности и пульсации крутящего момента., как при номинальной нагрузке, так и при пиковом крутящем моменте.

Основные тестовые задания для определения характеристик SRM

1. Количественная оценка пульсаций крутящего момента

Пульсации крутящего момента SRM могут достигать 40–100 % от пика до пика на низкой скорости без активного подавления пульсаций.. Испытательный стенд должен фиксировать мгновенный крутящий момент с угловым разрешением менее 1°.. Датчик крутящего момента с широкой полосой пропускания, соединенный с валом (≥ 5 кГц, точность ≤ 0.1% Фс) в сочетании с резольвером или энкодером с 4,096 PPR или выше — это минимальные требования к оборудованию..

Ключевые показатели: Пульсация от пика к пику, как % среднего крутящего момента; основная частота пульсаций (= скорость × количество полюсов ротора × количество фаз); Пульсации крутящего момента во всем рабочем диапазоне от 10% к 110% номинальная нагрузка.

2. Акустический шум и вибрация (Н.В.)

Радиальные магнитные силы, которые создают крутящий момент в SRM, также деформируют заднюю часть статора на гармониках частоты переключения.. Это делает транспортные средства с приводом SRM более слышимыми, чем платформы на базе PMSM.. Испытание NVH на стенде SRM обычно включает в себя измерение полубезэховой камеры или, как минимум, измерение звуковой мощности в соответствии с ISO. 1680 / МЭК 60034-9. Микрофонная решетка расположена в 1 м от поверхности машины; вибрационные акселерометры прикреплены к корпусу статора в четырех кардинальных положениях.

Ключевые показатели: Уровень звуковой мощности (дБ[А]) в 1 м; доминирующие спектральные линии против. частота переключения полюсной пары; структурно передаваемая скорость вибрации (мм/с среднеквадратичное значение) в корпусе статора.

3. Карта эффективности

Потому что SRM работает без противо-ЭДС в состоянии покоя., потери в меди преобладают на низких скоростях, тогда как потери в сердечнике (гистерезис и вихревые токи в ламинированном статоре) резко превышает базовую скорость. Карта эффективности во всем диапазоне крутящего момента и скорости требует, чтобы стенд работал в режиме постоянного крутящего момента на низких скоростях и в режиме постоянной мощности выше базовой скорости.. Входная электрическая мощность должна измеряться на стороне шины постоянного тока. (перед преобразователем) для учета потерь преобразователя, которые составляют часть эффективности системы.

Ключевые показатели: Пиковая эффективность системы (мотор + инвертор); Н.Э.Д.К. / Средневзвешенная эффективность WLTP; КПД частичной нагрузки при 10%, 25%, 50% номинальный крутящий момент.

4. Термическая характеристика

Статоры SRM перегреваются на концах витков обмотки., но ротор (не имеющий обмоток) остается холоднее, чем эквивалентный PMSM. Оптоволоконные датчики температуры в пазах статора и бесконтактный инфракрасный датчик на наружном диаметре ротора дают максимально четкое изображение.. Стенд должен поддерживать температуру перехода в пределах ±1°C от заданного значения во время измерения эффективности в установившемся режиме, чтобы исключить влияние теплового дрейфа на сопротивление..

5. EMC / Кондуктивные излучения от силовой ступени

Преобразователи SR с жестким переключением создают значительные кондуктивные электромагнитные помехи на шине питания постоянного тока.. Испытательный стенд должен включать LISN. (Сеть стабилизации линейного импеданса) согласно СИСПР 25 Сорт 3 и 100 Пробник тока в полосе пропускания МГц на каждой фазе позволяет улавливать импульсы переключения.. Это особенно актуально для 48 V мягкие гибридные приложения BSG/ISG, в которых SRM использует одну шину с чувствительной электроникой ADAS..

Ключевые показатели: Кондуктивная эмиссия против. Циспр 25 пределы; Пиковое переходное напряжение на одно событие переключения (В/мкс dV/dt).

Конфигурация испытательного стенда для работы SRM

Предпочтителен динамометр с четырехквадрантной рекуперативной нагрузкой переменного тока, чтобы энергия во время активного торможения возвращалась в сеть, а не рассеивалась в виде тепла в группах резисторов, что важно при высоких рабочих циклах.. Регулятор скорости должен обрабатывать сильно несинусоидальный выходной крутящий момент SRM без колебаний.; полоса пропускания не менее 200 Гц в режиме регулирования скорости является типичным. Для высоковольтных применений (400 В и выше), стендовый изолирующий трансформатор и защитная блокировка должны быть рассчитаны на напряжение шины постоянного тока с запасом безопасности не менее 2х..

Если ваша программа включает в себя переключаемые реактивные машины — будь то автомобильные системы ISG., промышленные сервоприводы, или развивающаяся тяга электромобилей — наша команда инженеров может подобрать правильную цепочку измерений и архитектуру управления для количества полюсов и уровня мощности вашего двигателя.. Поговорите с нашей командой инженеров о конфигурации стенда SRM.