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變頻壓縮機電機電感仿真與測試方法的研究

文檔作者：黃輝胡余生陳東鎖肖勇成文文檔來源： 1．珠海格力電器股份有限公司 2．珠海格力節(jié)能環(huán)保制冷技術(shù)研究中心有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月27日
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2013年第41卷第5期 流體機械
文章編號： 1005—0326(2013)05—0011—04
變頻壓縮機電機電感仿真與測試方法的研究
黃輝 ，胡余生 ，陳東鎖 ，肖勇 ，唐成文
(1．珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海519070；2．珠海格力節(jié)能環(huán)保制冷技術(shù)研究中心有限公司，廣東珠海519070)
摘要： 隨著對變頻壓縮機高能效的深入研究，永磁輔助同步磁阻電機得到了愈來愈多的應用。對于永磁輔助同步磁
阻電機而言，交、直軸電感對電機性能的影響很大。本文針對永磁輔助同步磁阻電機電感仿真及測試方法進行分析，提
出一種比較實用的d,q軸電感仿真及測試方法。利用提出的電壓積分法進行電感參數(shù)測試試驗，測試結(jié)果基本與仿真
值相符合，最后利用比較輸出電磁轉(zhuǎn)矩方法驗證仿真及測試方法的準確性，具有很高的實用參考價值。
關鍵詞： 變頻壓縮機；永磁輔助同步磁阻電機；電感；電壓積分法
中圖分類號： TH45 文獻標識碼： A doi：10．3969／j．issn．1005—0329．2013．05．003
Research on the W ay of Test and Emulation of the Inductance of the Permanent M agnetic
Synchronous Reluctance M otor for th e Variable Speed Compressor
HUANG Hui ，HU Yu．sheng ，CHEN Dong—SUO ，XIAO Yong ，TANG Cheng—wen
(1．Gree Electric Appliances，INC．of Zhuhm，Zhuhai 519070，China；2．Green Refrigeration Equipment Engineering
Research Center of ZHUHAI GREE Co．Ltd．，Zhuhai 5 19070，China)
Abstract： With deep I seaI℃h of the high capability of the variable speed compressor．the application of permanent magnetic
synchronous reluctance motors become more and more．The inductance of the q-axis and d-axis has the tremendous influence to
the capab ility of motor for perm anent magnetic synchronous reluctance motor．The way of Test and Emulation of the inductance of
the perm anent magnetic synchronous reluctance motor is analyzed，and a mole applied way of test and emulation of the inductance
of the q-axis and d-axis is got．The test of parameter of the inductance is taken by the way of voltage integral，and it has no evident
diference be tween the result of test and the emulation．Finally，the way of test and emulation is validated truly with the contrast of
electromagnetic torque of motor，it has very applied value of referring．
Key word： variable speed compressor；pemianent magnetic synchronous reluctance motor；inductance；voltage integral
1 引言
隨著空調(diào)行業(yè)對變頻壓縮機需求的迅速增
長，變頻壓縮機的高效化也越來越受到人們的重
視。永磁輔助同步磁阻電機具有低成本、高效率、
調(diào)速范圍寬廣等優(yōu)點，得到了廣泛的研究與應用。
在永磁輔助同步磁阻電機的電磁轉(zhuǎn)矩中磁阻轉(zhuǎn)矩
占比很大，所以直軸(d軸)電感與交軸(q軸)電
感對永磁輔助同步磁阻電機的性能影響非常大。
在采用矢量控制的永磁同步電機控制系統(tǒng)中，交、
直軸電感直接參與電機驅(qū)動控制，電感參數(shù)的不
準確會影響電機轉(zhuǎn)子位置檢測，可能造成失步停
收稿日期： 2013—02—28
機；在弱磁區(qū)，電機參數(shù)的不準確會導致電機驅(qū)動
電流增大，影響電機效率 。所以，建立一種準
確的仿真及測試方法對于永磁輔助同步磁阻電機
的深入研究具有重要意義。
2 電機d,q軸電感參數(shù)仿真方法研究
目前常用的電感仿真是利用有限元仿真軟
件在靜磁場中對電機模型施加恒定三相對稱電
流，計算電機三相自感及互感，通過d、q軸矩陣
變換求出d、q軸電感 ，其與電機實際工作狀
態(tài)存在一定的差別，特別對于需要進行弱磁控
l2 FLUID MACHINERY Vo1．
41，No．5，2013
制的永磁輔助同步磁阻電機，不能很好的考慮
到d、q軸電流的交叉飽和，為此需要尋找一種
其他仿真方法。
2．1 電機d、q電感理論分析與方法論證
q鈿J
l
? 7
一
圖1 水磁輔助同步磁阻電機空間矢量
如圖1，根據(jù)永磁輔助同步磁阻電機的空間
矢量分布可知 ：
= 一 (1)
』【 = cos (3)
= sin7 ‘
電感的數(shù)值定義公式L=1／1，可知：
【L (4)
q = ／i ‘
可得：
c ／(i,cos#) (5)
【L。= sinT／(issin#)
式中 —— 電機負載時三相繞組合成磁鏈
。
— — 電機負載時三相繞組合成電流
— — 轉(zhuǎn)子永磁體在定子繞組產(chǎn)生的三
相合成磁鏈
— — 繞組電流 產(chǎn)生的磁鏈
、盧、y—— 轉(zhuǎn)子d軸與磁鏈 、電流
、磁鏈 的夾角
— — 定子磁鏈 的d軸分量
— — 定子磁鏈 的q軸分量
i ——定子電流i 的d軸分量
i?！ㄗ与娏鱥 的q軸分量
從圖1中可以看出對于d、q軸電感相等的表
貼式永磁電機，由于L =L。，繞組電流i 產(chǎn)生的
定子磁鏈 的相位角y與繞組電流i 的相位角JB
始終是相同的，與定子電流的d、q軸分量沒有關
系。
但對于￡。／L ≠1的電機，當合成磁場Il， 的
方向與轉(zhuǎn)子d或q軸不重合時，存在轉(zhuǎn)子的凸極
性使合成磁場發(fā)生偏移，磁力線從轉(zhuǎn)子磁阻最小
的方向通過，導致電流i 與磁鏈 不重合，即 、
不相同，所以 、 。不相等。因此，利用上述方
法計算d、q電感是符合實際的。
在采用功率不變約束時， 和i 分別為相有
效值的 倍，y角可以通過以下2種方法求出：
(1)利用輸出的相電流與繞組電流產(chǎn)生的相
磁鏈的相位差可得出夾角盧一 ，利用已知電流
相位角盧，可以直接求出磁鏈與d軸夾角 ，如圖
2。
O．15
邑一0．oo
— O．15
t(ms)
圖2 相電流與相磁鏈的相位差JB一
(2)利用繞組電流產(chǎn)生的相磁鏈與轉(zhuǎn)子永磁
體產(chǎn)生空載繞組相磁鏈的相位差可得出夾角 。
2．2 d、q軸電感參數(shù)隨電流變化的仿真
利用上述磁鏈求電感的仿真方法求出 、￡。
隨電流變化的仿真曲線，由于電機鐵心硅鋼片磁
導率的非線性，使得電感因硅鋼片飽和而下降，d、
q軸磁路的不同，d、q軸電感受電流飽和的影響
也不相同 。電感隨電流變化的仿真曲線如圖3
所示。
圖3 不同電流下L 、L。變化對比
如圖3所示， 、 都隨電流的增大而減小，
由于d、q軸磁路的不同， 隨電流變化影響較
小，L 隨電流增大明顯下降 。
d軸、q軸電感隨d、q軸電流變化如圖4、5所
示。
2013年第41卷第5期 流體機械 13
宣
鐨
0
O 0．7
Z
圖4 d軸電感隨d,q軸電流變化
從圖4可以看出，當d軸電流，d較小時，隨
著q軸電流f 的增大， 電感先減小而后又增
大，當 增大到一定值后，隨著厶的增大， 也隨
之減小。
一
30
量
霧15
0
0 O．7 1．4
l
圖5 q軸電感隨d、q軸電流變化
從圖5可以看出，隨著d軸電流 的增大，
電感相應減小。
由圖4、5的仿真結(jié)果可以得到：d軸電流對d
軸電樞反應電感的影響比較小，而q軸電流對q
軸電樞反應電感的影響比較明顯¨ 。
3 電感測試方法
目前常用的電感測試方法主要有兩相電壓
法、最值法、直流衰減法、電壓積分法及直接負載
法等5種，兩相電壓測試法未能考慮電機實際運
行的交直耦合情況，而且轉(zhuǎn)子固定位置的不同也
會影響到電感大小，對永磁輔助同步磁阻電機來
說測試電感值準確度低；最值法測試電感，由于電
機齒槽轉(zhuǎn)矩的影響，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子尋找最值點很難實
現(xiàn)，操作上也會存在誤差，影響測試精度；直流衰
減法需借助計算機采樣技術(shù)和系統(tǒng)辨識的數(shù)學工
具，實現(xiàn)困難；直接負載法測試電感參數(shù)，影響因
素多，誤差易積累。
綜合對比各種測試方法，電壓積分法實驗過
程簡單、方便，易于實現(xiàn)，可通過簡單改變連線方
式實現(xiàn)模擬永磁輔助同步磁阻電機實際運行的
交、直軸磁路飽和情況。
3．1 電壓積分法測試原理
為測試電感中的磁鏈，可將電感通過電阻R
短路，并對電阻兩端電壓積分，則電感中的磁鏈：
， ∞ ， ∞
= l =l iRdt (6) U U
所以：
． ∞
= J Mdt／，0 (7)
．J已
尺2
圖6 電壓積分法測量電感原理電路
如圖6所示，測量前，閉合開關S，當電阻滿
足R／R =R，／R 時，電橋平衡，電壓積分器的讀
數(shù)置零；然后，打開開關S，電橋構(gòu)成一個直流衰
減回路，利用電壓積分器積分兩端的直流衰減電
壓，得到讀數(shù)：
= I dt=l i(R2+R4)dt (8)
而衰減回路中電阻上的電壓為i(R+R：+R3
+R )，由此可知：
J ( +月2+尺3+ 4)dt= (9)
因此：
L = — 籌 川
為使測得的參數(shù)更接近實際情況，須考慮永
磁輔助同步磁阻電機實際運行的d、q軸磁路飽和
情況以及永磁體增、去磁效應對交直軸同步電感
參數(shù)的影響，改進后測試電路，如圖7所示。
(a)去磁情況q軸對d軸的影響(b)d軸對q軸的影響
圖7 考慮交叉飽和時d、q電感測試電路原理
4 試驗結(jié)果及分析
根據(jù)上述仿真和測試方法分別對2臺不同永
14 FLUID MACHINERY Vo1．41，No．5，2013
磁輔助同步磁阻電機的d、q軸電感進行仿真和測
試，并且根據(jù)內(nèi)置永磁輔助同步磁阻電機的電磁
轉(zhuǎn)矩計算公式驗證d、q軸電感仿真和測試的準確
性。
=P[~fi co + 1( d—Lq
)i sin2 ]
(11)
測試及驗證結(jié)果見表1。
表1 電感仿真、測試及結(jié)果驗證對比
型號 電機1 電機2
電機槽極數(shù) 9S6P 18S6P
繞組方式 集中卷 分布卷
額定功率P(w) 1400 2600
測試電流，(A) 3．5 7．9
電機磁鏈(Wb) 0．32 O．24
實測 (H) 0．0065 O．0o415
實測L (H) 0．0154 0．0129
仿真值 (H) 0．oo59 0．0O40
仿真值 (H) 0．016O 0．0142
弱磁角度(。) 120 120
計算轉(zhuǎn)矩(N·M) 1．88 4．73
實測轉(zhuǎn)矩(N·M) 1．94 4．96
誤差(％) 3．16 4．72
從表1數(shù)據(jù)中可看出永磁輔助同步磁阻電機
的d、q軸電感仿真值與實測值基本相符，通過實
測電機轉(zhuǎn)矩與計算轉(zhuǎn)矩對比可推知實測d、q軸電
感值與真實值的偏差，2種電機電感測試對比誤
差在5％以內(nèi)，能夠滿足工程精度要求，為永磁輔
助同步磁阻電機的進一步的研究與應用提供重要
的現(xiàn)實依據(jù)。
5 結(jié)語
機的電感參數(shù)，并將計算結(jié)果與試驗結(jié)果進行了
對比，結(jié)果表明本文所采用的仿真及測試方法能
夠滿足工程精度要求。對于提高永磁輔助同步磁
阻電機的性能有一定的實際意義和應用價值。
參考文獻
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作者簡介：黃輝(1963一)，男，總工程師，長期從事制冷空調(diào)
本文驗證了仿真及測試方法的合理性及準確 和壓縮機技術(shù)研究，通訊地址：519070廣東珠海市前山金雞路6
性，仿真和測試了不同型號永磁輔助同步磁阻電 號珠海格力電器股份有限公司。
(上接第59頁)
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作者簡介：劉志斌(1979一)，男，在讀博士研究生，主要從事
污水熱能資源再生利用的設備和系統(tǒng)研究，通訊地址：116024遼
寧大連市大連理工大學土木4號實驗樓431室。

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