永磁同步电动机互馈对拖测试平台的研究

    张永鑫，  杨喜军，姜建国

(上海交通大学电气工程系，上海200240)

    摘要：设计了一种伺服驱动器永磁同步电动机(PMSM)互馈对拖测试平台，在简述矢量控制原理的基础上，建立了该测试平台机械轴模型，并采用Simulink对整个测试平台进行了仿真分析。在实际建立的伺服驱动器一PMSM互馈对拖测试平台上对伺服驱动器、PMSM进行了实际运行测试，|式验结果表明该测试平台运行效率较高，优于其他现有测试平台。另外，给出了共用交流母线与共用直流母线的两种互馈对拖测试平台的损耗与效率分析，提出了能效比的概念，能够有效地表征测试平台的节能效果。

    关键词：永磁同步电动机；互馈对拖平台；机械轴模型

    中国分类号：TM351 文献标识码：A文章编号：1673-6540(2010)02-0047-06

0  引  言

    随着交流电动机高性能变频调速技术及永磁同步电动机(PMSM)设计制造技术的不断进步，以矢量控制技术为核心的PMSM工业伺服驱动器得到了飞速发展，市场前景良好，带来了很好的社会效益和经济效益。任何一种新研发的伺服驱动器或PMsM均需要长时问的性能验证，为此需要设汁高性能测试平台。刭目前为止，变频传动系统的模拟测试平台大致包括以下几种类型：(1)能量消耗型；(2)能量回馈型；(3)互馈对拖型。其中，能量消耗型需要直流发电机和功率电阻来模拟实际负载，系统庞大，控制复杂，能量消耗严重。能量回馈型需要同步电动机和直流发电机及并网装置，系统复杂，效率较低。互馈列拖型包括两种：共用交流母线型和共用直流母线型。共用直流母线型的结构相对简单，控制容易，效率****，整流设备功率最小。该互馈对拖型测试平台非常适用于钡4试伺服驱动器一PMSM传动系统的性能。本文建立了共用直流母线的互馈对拖型测试平台，描述了该测试平台的工作原理，对整个机电系统进行了建模和仿真分析，给出了该测试平台的实际运行情况分析，并对互馈对拖测试平台的损耗与效率进行了分析,提出了能效比的概念.

1  互馈对拖测试平台的结构

   图1给出了共用交流母线的伺服驱动器-PMSM瓦馈对拖测试平台示意图。整个系统由四

部分组成，分别是两套三相变压器一脉宽调制(PWM)整流器、被测变频器一电动机系统、负载变频器．电动机系统及上位机，其中两台PMSM通过联轴器互相连接。两个三相整流器的功率等级相当，大于被测电机和负载电机的功率等级。

    图2给出了共用直流母线的伺服驱动器一PMSM互馈对拖测试平台示意图。整个系统由四部分组成，分别是三相PwM整流器、被测变频器一电动机系统、负载变频器一电动机系统及上位机，其中两台PMSM通过联轴器互相连接。比较图1和图2可见：由于只需要一个三相整流器，且功率容量较小，共用直流母线的伺服驱动器一PMSM互馈对拖测试平台的整体容量和效率等优于共用交流母线的伺服驱动器一PMSM互馈对拖测试平台：

    共用直流母线的伺服驱动器一PMSM互馈对拖测试平台各部分功能描述如下。

    三相PwM整流器经过降压变压器与三相电网连接，能够实现四象限运行，实现单位功率因数，输出稳定的肖流电压，提供互馈测试平台所需的能量。三相变压器一PwM整流器可以采用四象限升压电压源整流器或四象限降压型矩阵整流

器，对于小功率互馈对拖测试平台，呵以采用单相变压器一PwM整流器，PwM整流器可以采用四象限升压电压源整流器。

    由于被测电动机与负载电动机同轴连接，一个工作于电动状态，另一个工作于发电状态，被测变频器一电动机系统工作于速度闭环状态，用来控制整个测试平台的转速，负载变频器一电动机系统工作于转矩闭环状态，通过控制负载电动机的电流来改变负载电动机的转矩大小，模拟被测电机的负载变化，这样互馈测试平台可以实现速度和转矩的灵活调节，完成各种试验功能测试。

上位机用于监控整个系统的运行，根据试验要求通过Rs485总线向变频器发出控制指令，同时接收它们的运行数据，并对数据进行保存、分析与显示。

    由于两套伺服驱动器一PMSM系统共用直流母线并同轴连接，能量在两者内部互馈，整个系统消耗的能量就是各个部分的总损耗，主要包括电