電動(dòng)汽車的電機(jī)中搭載了先進(jìn)的正弦波控制技術(shù)，可高效控制電機(jī)從低速到高速的轉(zhuǎn)速。該技術(shù)是實(shí)現(xiàn)燃油經(jīng)濟(jì)性與行駛性能雙重優(yōu)化的核心要素。

本應(yīng)用將為大家介紹如何測(cè)量除了在電車用電機(jī)，也在作為工業(yè)用高效電機(jī)廣泛使用的永磁同步電機(jī)(PMSM)中運(yùn)用的電機(jī)矢量控制(磁場(chǎng)定向控制)的重要電機(jī)參數(shù)。

通過(guò)采用HIOKI功率分析儀及配套的電機(jī)參數(shù)測(cè)量PC軟件，可精準(zhǔn)且高效地采集與驅(qū)動(dòng)條件密切相關(guān)的電機(jī)參數(shù)，顯著提升研發(fā)與測(cè)試效率。

電機(jī)參數(shù) Ld( 直軸電感 )、Lq( 交軸電感 ) 的介紹

電機(jī)參數(shù)Ld和Lq是指與電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相關(guān)的q軸和d軸電感值，是永磁同步電機(jī)(PMSM)和同步磁阻電機(jī)(SynRM)矢量控

制中不可或缺的關(guān)鍵參數(shù)。

■ d軸電感(Ld)：d軸與永磁體的磁場(chǎng)方向一致。Ld為指向磁體極中心的軸上的電機(jī)電感。

■ q軸電感(Lq)：q軸是與d軸垂直的軸線。Lq有助于扭矩生成電流分量軸線上的電感值。

Ld與Lq的基本差異受永磁體配置和電機(jī)結(jié)構(gòu)的影響。此外，Ld和Lq具有電流依賴性——隨著驅(qū)動(dòng)電流的增加，電感值會(huì)下降。對(duì)于永磁同步電機(jī)(PMSM)及其控制系統(tǒng)的開發(fā)者而言，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)高效的電機(jī)控制是核心目標(biāo)，因此理解Ld和Lq的電流依存特性是達(dá)成這一目標(biāo)的必要條件。

功率分析儀不僅能夠測(cè)量電機(jī)的電力效率，還具備測(cè)量Ld和Lq所需的高精度傳感與運(yùn)算能力，相較于其他測(cè)量方法更為高效。

在分析電機(jī)參數(shù)Ld和Lq時(shí)，需準(zhǔn)確傳感驅(qū)動(dòng)電流的大小與相位，并通過(guò)運(yùn)算處理得出結(jié)果。為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量，測(cè)量工具

需滿足以下兩項(xiàng)要求：

■ 高精度測(cè)量電壓與電流的幅值及相位

■ 檢測(cè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角度，并基于d軸計(jì)算電流

Ld和Lq的測(cè)量需要基于PWM控制下嚴(yán)重失真的電壓及由其產(chǎn)生的電流波形，精確測(cè)量其基波分量的有效值和相位。因此，需使用高分辨率、高精度波形補(bǔ)償性能并配備專用諧波解析功能的儀器——即功率分析儀，而非普通示波器類波形記錄設(shè)備。

電機(jī)控制工程師將Ld和Lq的測(cè)量結(jié)果應(yīng)用于控制程序來(lái)驗(yàn)證其對(duì)電機(jī)特性與效率提升是否有幫助。此時(shí)，功率分析儀能夠同時(shí)驗(yàn)證隨電機(jī)轉(zhuǎn)速與扭矩變化的效率測(cè)量結(jié)果及電機(jī)參數(shù)Ld和Lq的測(cè)量結(jié)果，通過(guò)單次數(shù)據(jù)進(jìn)行全面評(píng)估。

在獲取Ld和Lq的數(shù)據(jù)之前，需要先測(cè)量Ld和Lq運(yùn)算所需的兩個(gè)常數(shù)(R和Ke)。測(cè)量順序如下述步驟1-3。

1. 電樞電阻 (R) 的測(cè)量

使用HIOKI RM3548等高精度電阻計(jì)測(cè)量電機(jī)的三相繞組電阻，將其平均化后計(jì)算出電樞電阻R。

2. 設(shè)備連接

通過(guò)將電流傳感器和電壓電纜連接至三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路，檢測(cè)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流、電壓及轉(zhuǎn)子角度。由于需要進(jìn)行相位調(diào)零，因此使用負(fù)載電機(jī)驅(qū)動(dòng)DUT電機(jī)，并測(cè)量電機(jī)感應(yīng)電壓。

3. 相位調(diào)零與感應(yīng)電壓常數(shù)的測(cè)量

使用HIOKI功率分析儀PW8001配套的Ld/Lq電感測(cè)量PC軟件時(shí)，用戶只需按照軟件中預(yù)設(shè)的Ld/Lq測(cè)量流程逐步配置，即可在軟件界面上完成全部操作。

PW8001 Ld，Lq Analyzer

■ 相位調(diào)零：通過(guò)實(shí)時(shí)繪制散點(diǎn)圖可直觀確認(rèn)相位調(diào)零效果。圖中0°的點(diǎn)即表示已成功/正確調(diào)零。

■ 感應(yīng)電壓常數(shù)Ke測(cè)量：實(shí)時(shí)顯示Ke值的穩(wěn)定性。助力正確決定用于Ld和Lq計(jì)算的常數(shù)Ke參數(shù)。

4.Ld, Lq 的測(cè)量

測(cè)量數(shù)據(jù)的收集與電機(jī)參數(shù)的運(yùn)算全部自動(dòng)完成。為進(jìn)一步掌握特性，PC軟件會(huì)生成并分析包含X-Y圖的Ld及Lq值的

實(shí)時(shí)圖表。

■ Ld、Lq實(shí)時(shí)繪圖

■ Ld-Id、Lq-Iq的X-Y圖

■ 基礎(chǔ)電力數(shù)據(jù)與最多6項(xiàng)電機(jī)參數(shù)實(shí)時(shí)散步圖

上述測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)，使用功率分析儀PW8001可獲取電機(jī)的Ld和Lq數(shù)據(jù)。

本指南對(duì)于以下問(wèn)題進(jìn)行了解答。

■ 為什么電機(jī)的Ld和Lq值的正確性如此重要？

■ 如何測(cè)量電機(jī)的Ld與Lq？

電機(jī)的高度矢量控制(磁場(chǎng)定向控制)是通過(guò)準(zhǔn)確鎖定各種動(dòng)作條件下的Ld和Lq，驗(yàn)證性能提升而得以實(shí)現(xiàn)的。

HIOKI的功率分析儀PW8001不僅具備高精度電力測(cè)量的基礎(chǔ)功能，在電機(jī)參數(shù)測(cè)量領(lǐng)域也表現(xiàn)卓越。除測(cè)量硬件外，通過(guò)搭載設(shè)置簡(jiǎn)單，便于獲取數(shù)據(jù)且提供直觀分析的軟件，大幅減少評(píng)估工作量，助力縮短研發(fā)周期。