CN104375083B - 多相偶数单元交流永磁电机噪声测试方法 - Google Patents

Abstract

多相偶数单元交流永磁电机噪声测试方法，属于电机测试技术领域。为了解决测试多相偶数单元永磁同步电机的噪声时，需要外加负载设备，而影响电机系统噪声的准确测试问题。在测试电机噪声时，电机N个独立运行单元中一半独立运行单元电动运行作为输入功率端，另一半独立运行单元发电运行作为输出功率端，从而在模拟电机在负载的情况下，保证电机所有单元运行。通过测试这种状态下的电机噪声和相关电机参数等效测试出某一负载状态下的电机噪声，通过改变发电单元的负载电阻即可等效测试出电机任意输出功率状态下的噪声。它用于测试多相偶数单元交流永磁电机的噪声。

Description

多相偶数单元交流永磁电机噪声测试方法

技术领域

本发明属于电机测试技术领域。

背景技术

目前，对于永磁同步电机噪声的测试方法主要有声压级测量、声强测量、振动测试法这三种。这三种测试方法根据要求的测试环境和设备条件，都能较为准备地测量出电机的噪声，但是针对大功率电机的噪声测试也存在一些问题。一般情况下，测试电机的转矩需要外加测功机或机械负载装置作为负载，这就增加了测试所需的设备条件。对于大功率低速永磁同步电机这种运行转速较低(一般不超过200rpm)、转矩很大的待测电机而言，需要很大容量的直流电机及其辅助设备作为负载，有些实验室或研究所根本不具备数百千瓦甚至兆瓦级的直流电机负载实验条件，完成不了这种测试。而且加入负载后，测试装置将由电机和力矩传感器串联，变为电机、负载和力矩传感器串联，增加了轴向长度，同时也增加了系统的零件，将影响电机系统噪声的准确测试。

发明内容

本发明的目的是为了解决测试多相偶数单元永磁同步电机的噪声时，需要外加负载设备，而影响电机系统噪声的准确测试问题，本发明提供一种多相偶数单元交流永磁电机噪声测试方法。

本发明的多相偶数单元交流永磁电机噪声测试方法，

所述电机的定子绕组具有N个独立运行单元，每个独立运行单元为3相对称交流绕组，所述电机的相数为3N，其中N为大于3的偶数；所述方法包括如下步骤：

步骤一：测量一个电周期内，定子绕组的自感和互感随转子位置变化的曲线；

步骤二：利用电动机拖动所述电机空载运行至恒定转速，测量所述电机此时的绕组线反电势，进而通过获得的线反电势的波形计算出空载气隙磁密；

步骤三：

利用所述电机的三相电流、步骤一获得的曲线和步骤二获得的空载气隙磁密，获得理想运行状态下的电机气隙磁密；

将N₁个独立运行单元用作发电单元，同时，将剩余的N₂个独立运行单元用作电动单元，所述发电单元发电运行，所述电动单元电动运行，利用发电单元的三相电流、电动单元的三相电流、步骤一获得的曲线和步骤二获得的空载气隙磁密，获得此时运行状态下的电机气隙磁密；

根据电机产生噪声的声功率与气隙磁密的关系，结合理想运行状态下的电机产生噪声的声功率与此时运行状态下的电机产生噪声的声功率相等，进而求出当电机相电流有效值为I时，电动单元相电流值有效值为I₁'，发电单元的相电流有效值为I₂'；

步骤四：将所述N₁个独立运行单元均接入负载电阻；同时，将所述N₂个独立运行单元连接驱动器，其中，N₁＝N₂，N₁+N₂＝N；

步骤五：控制驱动器开始运行，通过调节负载电阻，使电动单元相电流值为I₁'，发电单元的相电流值为I₂'；

步骤六：在距所述电动机的轴线中心半径为lm处放置声级计，利用所述声级计测量电动机周围间距为lm的多个测点的噪声；所述多个测点的噪声的平均值为电机的N个独立运行单元在外加负载的情况下电动运行，且电机相电流为I时的电机噪声；

步骤七：根据需求改变电机相电流有效值I，转入步骤三。

步骤一中，测量一个电周期内，定子绕组的自感和互感随转子位置变化的曲线的方法为：

在一个独立运行单元内加直流电，使电机处于任意位置，在所述独立运行单元的一相绕组两端加入带有直流偏置的正弦交流电压信号，直流偏置的电压分量与待测运行状态下该相绕组的电压相等；

测量所述相绕组的电流以及其他相绕组的电流，从而得到电机处于所述位置时的定子绕组自感和与其他定子绕组的互感，改变加电单元内直流电矢量，使电机处于其他位置，从而测量出一个电周期内定子绕组的自感和互感随转子位置变化的曲线。

步骤三中，理想运行状态下的电机产生噪声的声功率与此时运行状态下的电机产生噪声的声功率相等的具体表达为：

其中，B'_i(θ,t)为此时运行状态下的电机的第i个定子齿表面的气隙磁密，B_i(θ,t)为理想运行状态下的电机的第i个定子齿表面的气隙磁密；n为定子齿数，θ为距离第一个运行独立单元绕组轴线的空间角度值，t为当前时间；

所述获得理想运行状态下的电机气隙磁密为：

其中，N_z为每个线圈匝数，S为每个定子齿面积，B_0(θ)为空载气隙磁密，i_a(t)、i_b(t)和i_c(t)分别为所述电机的三相电流，L_am(θ)、L_bm(θ)和L_cm(θ)分别为各个独立运行单元三相绕组间的自感或互感；a、b和c分别表示独立运行单元的三相；

所述获得此时运行状态下的电机气隙磁密为：

其中，和为发电单元的三相电流，为电动单元的三相电流。

本发明的有益效果在于，本发明利用多相偶数单元永磁同步电机偶数单元的绕组结构特点在测试电机噪声时，能利用部分独立运行单元电动运行作为输入功率端，部分独立运行单元发电运行作为输出功率端，从而在模拟电机在负载的情况下，保证电机所有单元运行。通过测试这种状态下的电机噪声和相关电机参数等效测试出某一负载状态下的电机噪声，通过改变发电单元的负载电阻即可等效测试出电机任意输出功率状态下的噪声，从而既等效测试出了电机的噪声又省去了外加的负载装置。

采用本发明方法实现多相偶数单元电机噪声的测试过程中，电机的机壳和轴伸都不用特殊固定，也不需要负载设备。具有结构简单、性能稳定、数据可靠等一系列优点，可以满足一般性的永磁同步电机机噪声测试的需要。

附图说明

图1为本发明的方法的测试原理示意图。

图2为具体实施方式一中步骤四的原理示意图。

图3为本发明的多相偶数单元永磁同步电机的结构示意图，图中1A、1B和1C分别表示第一个独立运行单元的3相对称交流绕组；2A、2B和2C分别表示第二个独立运行单元的3相对称交流绕组；3A、3B和3C分别表示第三个独立运行单元的3相对称交流绕组；NA、NB和NC分别表示第N个独立运行单元的3相对称交流绕组；e表示电机定子，f表示电机转子，g表示永磁体。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述的多相偶数单元交流永磁电机噪声测试方法，所述电机的定子绕组具有N个独立运行单元，每个独立运行单元为3相对称交流绕组，所述电机的相数为3N，其中N为大于3的偶数；所述方法包括如下步骤：

步骤一：测量一个电周期内，定子绕组的自感和互感随转子位置变化的曲线；

步骤二：利用电动机拖动所述电机空载运行至恒定转速，测量所述电机此时的绕组线反电势，进而通过获得的线反电势的波形计算出空载气隙磁密；

步骤三：

利用所述电机的三相电流、步骤一获得的曲线和步骤二获得的空载气隙磁密，获得理想运行状态下的电机气隙磁密；

将N₁个独立运行单元用作发电单元，同时，将剩余的N₂个独立运行单元用作电动单元，所述发电单元发电运行，所述电动单元电动运行，利用发电单元的三相电流、电动单元的三相电流、步骤一获得的曲线和步骤二获得的空载气隙磁密，获得此时运行状态下的电机气隙磁密；

根据电机产生噪声的声功率与气隙磁密的关系，结合理想运行状态下的电机产生噪声的声功率与此时运行状态下的电机产生噪声的声功率相等，进而求出当电机相电流有效值为I时，电动单元相电流值有效值为I₁'，发电单元的相电流有效值为I₂'；

步骤四：将所述N₁个独立运行单元均接入负载电阻；同时，将所述N₂个独立运行单元连接驱动器，其中，N₁＝N₂，N₁+N₂＝N；

步骤五：控制驱动器开始运行，通过调节负载电阻，使电动单元相电流值为I₁'，发电单元的相电流值为I₂'；

步骤六：在距所述电动机的轴线中心半径为lm处放置声级计，利用所述声级计测量电动机周围间距为lm的多个测点的噪声；所述多个测点的噪声的平均值为电机的N个独立运行单元在外加负载的情况下电动运行，且电机相电流为I时的电机噪声；

步骤七：根据需求改变电机相电流有效值I，转入步骤三。

本实施方式的步骤三是利用电机的三相电流、步骤一获得的曲线和步骤二获得的空载气隙磁密，分别计算某一运行状态下的电机气隙磁密和一部分单元发电运行及一部分单元电动运行的状态下的电机气隙磁密。后一种的电机气隙磁密的电机三相电流为变量，两个状态下的声功率相等，即可反推出无机械负载情况下各个独立运行单元的电流。通过调节负载电阻即可实现电机在一部分单元发电运行，一部分单元电动运行的状态下各个单元电机通入的电流达到等效测试电机噪声的目的。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的多相偶数单元交流永磁电机噪声测试方法的进一步限定，步骤一中，测量一个电周期内，定子绕组的自感和互感随转子位置变化的曲线的方法为：

在一个独立运行单元内加直流电，使电机处于任意位置，在所述独立运行单元的一相绕组两端加入带有直流偏置的正弦交流电压信号，直流偏置的电压分量与待测运行状态下该相绕组的电压相等；

测量所述相绕组的电流以及其他相绕组的电流，从而得到电机处于所述位置时的定子绕组自感和与其他定子绕组的互感，改变加电单元内直流电矢量，使电机处于其他位置，从而测量出一个电周期内定子绕组的自感和互感随转子位置变化的曲线。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的多相偶数单元交流永磁电机噪声测试方法的进一步限定，步骤三中，理想运行状态下的电机产生噪声的声功率与此时运行状态下的电机产生噪声的声功率相等的具体表达为：

其中，B'_i(θ,t)为此时运行状态下的电机的第i个定子齿表面的气隙磁密，B_i(θ,t)为理想运行状态下的电机的第i个定子齿表面的气隙磁密；n为定子齿数，θ为距离第一个运行独立单元绕组轴线的空间角度值，t为当前时间；

所述获得理想运行状态下的电机气隙磁密为：

其中，N_z为每个线圈匝数，S为每个定子齿面积，B_0(θ)为空载气隙磁密，i_a(t)、i_b(t)和i_c(t)分别为所述电机的三相电流，L_am(θ)、L_bm(θ)和L_cm(θ)分别为各个独立运行单元三相绕组间的自感或互感；a、b和c分别表示独立运行单元的三相；

所述获得此时运行状态下的电机气隙磁密为：

其中，和为发电单元的三相电流，为电动单元的三相电流。

本实施方式中，电机产生噪声的声功率与电机气隙磁密的关系下式：

其中，L_cy为电机的声功率。

Claims (2)

1.多相偶数单元交流永磁电机噪声测试方法，所述电机的定子绕组具有N个独立运行单元，每个独立运行单元为3相对称交流绕组，所述电机的相数为3N，其中N为大于3的偶数；其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一：测量一个电周期内，定子绕组的自感和互感随转子位置变化的曲线；

步骤二：利用电动机拖动所述电机空载运行至恒定转速，测量所述电机此时的绕组线反电势，进而通过获得的线反电势的波形计算出空载气隙磁密；

步骤三：

利用所述电机的三相电流、步骤一获得的曲线和步骤二获得的空载气隙磁密，获得理想运行状态下的电机气隙磁密；

将N₁个独立运行单元用作发电单元，同时，将剩余的N₂个独立运行单元用作电动单元，所述发电单元发电运行，所述电动单元电动运行，利用发电单元的三相电流、电动单元的三相电流、步骤一获得的曲线和步骤二获得的空载气隙磁密，获得此时运行状态下的电机气隙磁密；

根据电机产生噪声的声功率与气隙磁密的关系，结合理想运行状态下的电机产生噪声的声功率与此时运行状态下的电机产生噪声的声功率相等，进而求出当电机相电流有效值为I时，电动单元相电流值有效值为I₁'，发电单元的相电流有效值为I₂'；

步骤三中，理想运行状态下的电机产生噪声的声功率与此时运行状态下的电机产生噪声的声功率相等的具体表达为：

$\underset{i=1...n}{\Σ}{\left({B^{\′}}_{i(\mathrm{\θ},t)}\right)}^4=\underset{i=1...n}{\Σ}{B}_{i(\mathrm{\θ},t)}^4$

其中，B'_i(θ,t)为此时运行状态下的电机的第i个定子齿表面的气隙磁密，B_i(θ,t)为理想运行状态下的电机的第i个定子齿表面的气隙磁密；n为定子齿数，θ为距离第一个运行独立单元绕组轴线的空间角度值，t为当前时间；

所述获得理想运行状态下的电机气隙磁密为：

其中，N_z为每个线圈匝数，S为每个定子齿面积，B_0(θ)为空载气隙磁密，i_a(t)、i_b(t)和i_c(t)分别为所述电机的三相电流，L_am(θ)、L_bm(θ)和L_cm(θ)分别为各个独立运行单元三相绕组间的自感或互感；a、b和c分别表示独立运行单元的三相；

所述获得此时运行状态下的电机气隙磁密为：

其中，和为发电单元的三相电流，为电动单元的三相电流；

电机产生噪声的声功率与电机气隙磁密的关系下式：

$L_{cy}\∝\underset{i=1...n}{\Σ}{B}_{i(\mathrm{\θ},t)}^4$

其中，L_cy为电机的声功率；

步骤四：将所述N₁个独立运行单元均接入负载电阻；同时，将所述N₂个独立运行单元连接驱动器，其中，N₁＝N₂，N₁+N₂＝N；

步骤五：控制驱动器开始运行，通过调节负载电阻，使电动单元相电流值为I₁'，发电单元的相电流值为I₂'；

步骤六：在距所述电动机的轴线中心半径为lm处放置声级计，利用所述声级计测量电动机周围间距为lm的多个测点的噪声；所述多个测点的噪声的平均值为电机的N个独立运行单元在外加负载的情况下电动运行，且电机相电流为I时的电机噪声；

步骤七：根据需求改变电机相电流有效值I，转入步骤三。

2.根据权利要求1所述的多相偶数单元交流永磁电机噪声测试方法，其特征在于，

步骤一中，测量一个电周期内，定子绕组的自感和互感随转子位置变化的曲线的方法为：

在一个独立运行单元内加直流电，使电机处于任意位置，在所述独立运行单元的一相绕组两端加入带有直流偏置的正弦交流电压信号，直流偏置的电压分量与待测运行状态下该相绕组的电压相等；

测量所述相绕组的电流以及其他相绕组的电流，从而得到电机处于所述位置时的定子绕组自感和与其他定子绕组的互感，改变加电单元内直流电矢量，使电机处于其他位置，从而测量出一个电周期内定子绕组的自感和互感随转子位置变化的曲线。