電機模擬系統(tǒng)KL-Emotor系統(tǒng)組成如下:
電機模擬系統(tǒng)KL-Emotor由4部分構(gòu)成。分別是試驗管理分系統(tǒng)、實時仿真分系統(tǒng)、功率接口和信號接口。
試驗管理分系統(tǒng)是上位機系統(tǒng),通過以太網(wǎng)控制實時仿真分系統(tǒng)的運行,運行專門為電機模擬系統(tǒng)KL-Emotor開發(fā)的軟件QuiK-Emotor,可以完成電機模型配置、試驗管理、自動測試、數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)存儲等功能。
實時仿真分系統(tǒng)是下位機系統(tǒng),是整個系統(tǒng)的核心分系統(tǒng)。包括RT-LAB OP5600實時仿真器和各種IO板卡,需要具備系統(tǒng)數(shù)學模型實時運行以及實時I/O端口配置等功能,通過I/O采樣功率放大分系統(tǒng)輸出的電壓和電流信號,參與高精度電機模型的解算位置,獲得電機輸出電流的參考值Iabc*,再通過電流控制器的調(diào)制生成功率放大設(shè)備的電壓參考值,控制功率放大設(shè)備的三相輸出端的電壓和電流特性和模擬的電機一致;另外將轉(zhuǎn)速位置傳感器模型的解算結(jié)果,通過適當?shù)腎/O板卡輸出到被測設(shè)備的控制器端,參與電機控制。此部分的解算可以根據(jù)用戶不同的需求利用CPU完成或FPGA完成,其中,CPU計算的仿真步長可達10μs,F(xiàn)PGA計算的仿真步長可達250ns,可仿真電機的諧波反電動勢、齒槽效應、三相不對稱等現(xiàn)象。
功率接口實現(xiàn)與被測設(shè)備的功率連接,信號接口將三相輸出的電壓和電流經(jīng)過傳感器采樣到實時仿真分系統(tǒng)中,參與模型的解算。
KL-Emotor電機模擬系統(tǒng)的詳細技術(shù)參數(shù)如下:
電機在現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展中起著舉足輕重的作用,包括航空、航天、船舶、電力和汽車等各個領(lǐng)域,尤其是在電動汽車、風力發(fā)電、機車牽引、船舶電力推進等技術(shù)飛速發(fā)展的今天,研發(fā)人員對各種電機及電機控制器的設(shè)計、開發(fā)和測試手段依然比較單一。
傳統(tǒng)的測試方法為搭建電機測試臺架,利用測功機做加載電機。該方法的優(yōu)點是被常規(guī)工況的測試精度高,但是也帶來以下問題:(1)測試臺架本身占地面積大、成本昂貴;(2)高速旋轉(zhuǎn)的機械部件給試驗人員帶來了風險;(3)無法進行高轉(zhuǎn)速、電氣故障等工況試驗;(4)對負載電機的控制要求很高;(5)無法方便更換測試電機類型或型號。
當前比較流行的測試方法還包括硬件在環(huán)測試(Hardware in the loop, HIL)技術(shù),通過實時仿真設(shè)備模擬電機、功率變換設(shè)備和各種電壓電流轉(zhuǎn)速等傳感器,將真實電機控制板通過I/O接口與實時仿真模型完成信號的閉環(huán)交互,該方法可以方便的完成電機控制策略的開發(fā)和驗證,但是只有信號級的數(shù)據(jù)交互,而真正的電機控制器是包括電機控制板、驅(qū)動電路和功率電路等一起的整套設(shè)備,該方法并不能完成真正意義上的電機控制器的測試,只能叫控制器硬件在環(huán)測試(Contrllor hardware in the loop, CHIL)。
為了解決以上提到方法的問題,上海科梁信息工程有限公司利用*的功率硬件在環(huán)測試(Power Hardware in the loop, PHIL)技術(shù),定制開發(fā)了可用于各種領(lǐng)域各種類型的電機控制器或變頻器的電機模擬系統(tǒng)KL-Emotor,該設(shè)備是未來電機和電機控制器開發(fā)和設(shè)計的關(guān)鍵設(shè)備。
電機模型
本系統(tǒng)配置的電機模型包括CPU模型和FPGA模型,電機種類包括:永磁同步電機模型、交流異步電機、開關(guān)磁阻電機等,建模方式包括:固定DQ模型、變DQ模型、基于有限元分析的模型等;另外,可以根據(jù)用戶需求定制電機模型;
該功放采用線性技術(shù),相對于開關(guān)型的功率放大設(shè)備具有以下優(yōu)勢: