笔记：电机系统性能标定测试怎么进行？

1.试验目的

为了研究电机技术性能及提升方向，明确电机驱动性能及应用场景，发挥应用技术优势，现需要对电机的空载反电势、短路电流、电机极对数、旋变极对数、旋变零点、MTPA、电感修正、弱磁Iq、额定温升、峰值温升、驱动外特性及效率、制动外特性及效率等事项进行标定测试，为第二轮设计优化提供数据支持。

1. 试验样件

 试验对象为新能源汽车驱动电机、电机控制器，各部件关键技术参数如下：

表1  驱动电机关键技术参数表

表 2  电机控制器关键技术参数表

1. 试验依据          

GB/T 18488.1-2015  电动汽车用驱动电机系统 第1部分：技术条件

GB/T 18488.2-2015  电动汽车用驱动电机系统 第2部分：试验方法

GB/T 18488-2024  电动汽车用驱动电机系统

5.试验条件

5.1样件状态：

样件外观无破损，线缆相序颜色正确，动力线端子和信号线 pin 针无松动、变形、断裂，各项功能正常，铭牌标识清晰、完整。

5.2试验场地：

新能源电机试验室。

5.3试验环境条件：

a) 温度：18～28℃；

b) 相对湿度：45～75%；

c) 气压：86～106kPa；

5.4试验设备，见表3：

表3 试验设备

5.5试验人员：

6.试验项目

试验项目见表4。

表4 试验项目

7.试验方法

7.1 输入输出特性测试

7.1.1工作电压范围测试

7.1.1.1 试验条件

7.1.1.1.1电机为电动/馈电、热态；

7.1.1.1.2电机入水口温度：40℃，流量：20L/min。

7.1.1.1.3数据记录间隔时间设置为1s，记录模式设置为1s的平均值。

7.1.1.2试验方法

7.1.1.2.1将驱动电机系统的直流母线分别设置为最低工作电压400V、最高工作电压720V。

7.1.1.2.2在驱动电机转速范围内测量点数不少于10 个，在不同工作电压下，测试各转速下驱动电机的最大工作扭矩，每个点测试持续时间≥5s；

7.1.1.2.3每个转速测试点测量完成后，应静止待驱动系统冷却至绕组温度恢复到40℃后，再进行下一转速点测试；

7.1.1.2.4测试过程中不得出现过温报警等故障报警信息；

7.1.1.2.5测试过程中记录电机入/出水口温度、流量、电机温度、电机控制器温度、扭矩、转速、功率、母线电压、母线电流、环境温度、试验时间；

7.1.1.2.6测试完成后，取测试的峰值转矩、峰值功率的平均值作为最终值，输出不同电压下的转速-转矩-功率特性曲线。

7.1.1.3 评价标准

工作电压范围内驱动电机系统应能输出持续转矩、持续功率、峰值转矩、峰值功率。

7.1.2 持续转矩—持续功率试验

7.1.2.1 试验条件

7.1.2.1.1电机为电动/馈电、热态；

7.1.2.1.2电机入水口温度：40℃，流量：20L/min。

7.1.2.1.3数据记录间隔时间设置为1s，记录模式设置为1s的平均值。

7.1.2.2试验方法

7.1.2.2.1电机控制器直流母线电压设定为额定电压，冷却系统工作5min后开始试验。

7.1.2.2.2 在驱动电机系统工作在xxkW@xxNm@xxrpm，参考效率测试的方法进行试验，驱动电机系统应能够持续工作≥60min，并且不超过驱动电机的绝缘等级和规定的温升限值。

7.1.2.2.3每个转矩测试点测量完成后，应静止待驱动系统冷却至绕组温度恢复到40℃以下后，再进行下一转速点测试。

7.1.2.2.4测试过程中过程中应满足技术文件要求且无故障，异常或报警。

7.1.2.2.5测试过程中记录电机入/出水口温度、流量、电机温度、电机控制器温度、扭矩、转速、功率、母线电压、母线电流、交流电压、交流电流、环境温度、试验时间。

7.1.2.2.6测试完成后，取60min持续转矩、持续功率的平均值作为最终值，输出持续转矩-转速-功率特性数据表和曲线。

7.1.2.3 评价标准

电机系统持续运行时间60min的持续转矩和持续功率不应低于产品技术文件规定，电机绕组温度不超过155℃、不报警、无故障。

7.1.3 峰值转矩—峰值功率试验

7.1.3.1 试验条件

7.1.3.1.1电机为电动/馈电、热态；

7.1.3.1.2电机入水口温度：40℃，流量：20L/min。

7.1.3.1.3数据记录间隔时间设置为1s，记录模式设置为1s的平均值。

7.1.3.2 试验方法

7.1.3.2.1 电机控制器直流母线电压设定为额定电压，冷却系统工作5min后开始试验。

7.1.3.2.2 在驱动电机系统工作转速范围内均应选取不小于10个转速点，包含额定转速、最高工作转速、持续功率对应的最低工作转速点，在各转速下测试驱动电机最大扭矩，驱动电机系统应能够正常工作≥60s。

7.1.3.2.3每个转矩测试点测量完成后，应静止待驱动系统冷却至绕组温度恢复到40℃以下后，再进行下一转速点测试。

7.1.3.2.4测试过程中过程中应满足技术文件要求且无故障，异常或报警。

7.1.3.2.5测试过程中记录电机入/出水口温度、流量、电机温度、电机控制器温度、扭矩、转速、功率、母线电压、母线电流、交流电压、交流电流、环境温度、试验时间。

7.1.3.2.6测试完成后，取峰值转矩、峰值功率的平均值作为最终值，输出峰值转矩-转速-功率特性数据表和曲线（外特性曲线）。

7.1.3.3 评价标准

电机系统持续运行时间60s，峰值转矩和峰值功率不应低于产品技术文件规定，电机绕组温度不超过155℃、不报警、无故障。

7.1.4  效率试验

7.1.4.1 试验条件

7.1.4.1.1直流母线电压设定为任务书要求的工作电压540V，电机为电动/馈电、热态；

7.1.4.1.2电机入水口温度：40℃，流量：20L/min。

7.1.4.1.3数据记录间隔时间设置为1s，记录模式设置为1s的平均值。

7.1.4.2 试验方法

7.1.4.2.1转速测试点的选取

在驱动电机系统工作转速范围内的100-2000rpm转速点，步长100rpm，共20个测量点。

7.1.4.2.2转矩测试点的选取

在驱动电机系统电动或馈电状态下，转矩测试点选取: 0-690Nm，其中包含不少于10个转速点，另外还包括未在以上转矩之列的必要的特征点，如：

a）持续转矩数值处的点；

b）峰值转矩(或最大转矩)数值处的点；

c）持续功率曲线上的点；

d）峰值功率(或最大功率)曲线上的点；

e) 其他特殊定义的工作点等。

7.1.4.2.3 测量参数的选择

试验时，根据试验目的，在相关的测试点处可以全部或者部分选择测量下列数据：

a）电机控制器直流母线电压和电流；

b) 驱动电机的电压、电流、频率及电功率；

c）驱动电机的转矩、转速及机械功率；

d）驱动电机、电机控制器或驱动电机系统的效率；

e) 驱动电机电枢绕组的温度；

f) 冷却介质的流量和温度；

g）其他特殊定义的测量参数等。

7.1.4.2.4设置电机系统运行模式为电动或馈电状态，设置要测试的电机控制器的直流母线电压540V。

7.1.4.2.5使用测功机作为负载，设置为n1/P转速模式，控制运行的转速，被测电机系统为转矩模式，控制运行的转矩。

7.1.4.2.6 试验时，先用测功机拖动被测电机运行至目标转速，再控制被测电机运行至目标转矩，待运行状态稳定后，再记录数据。为保证测量的准确度，在达到稳态后，应测量不少于5秒内数据的平均值，作为测试有效值。

7.1.4.2.7每个转速测试点测量完成后，应静止待驱动系统冷却至绕组温度恢复到40℃后，再进行下一转速点测试；

7.1.4.2.8 测试过程中不得出现过温报警等故障报警信息；

7.1.4.2.9 试验过程中，应防止被测电机系统过热而影响测量的准确性，应确保电机温度在40℃-130℃范围内，必要时可以分段测量。

7.1.4.2.10 对于需要考虑到联轴装置、减速箱等传动效率和试验过程中的风摩损耗的情况，按测功电机脱开被测电机，在不同转速下空转消耗的转矩和功率，对试验结果进行修正。

7.1.4.2.11一般情况下，电机控制器和驱动电机之间的电力传输线缆不会对测量结果产生明显影响。如果线缆的长度或阻抗严重影响到了被试系统的工作特性，则需要调整线缆，或者对测量结果予以修正，以避开或减少影响。

7.1.4.2.12根据以上试验方法，完成各电压平台下的驱动与馈电效率试验，分别计算电机控制器效率、驱动电机效率、驱动电机系统效率，填写效率测试数据表，绘制效率map图。

（1）电机控制器效率计算

电机控制器效率分为驱动电机系统电动状态时控制器的效率和驱动电机系统馈电状态时控制器的效率，其值应根据电机控制器输入功率和输出功率的比值计算确定，按式(1)计算:

 × 100% …………………………（1）

式中：

ηe---驱动控制器效率(%)；

Pco---电机控制器输出功率，单位为千瓦（kW）；

Pci---电机控制器输入功率，单位为千瓦（kW）。

（2）驱动电机效率计算

驱动电机效率分为驱动电机系统电动状态时的效率和驱动电机系统馈电状态时的效率，其值应根据驱动电机输入功率和输出功率的比值计算确定。 按式（2）计算：

式中：

ηm---驱动电机效率(%)；

Pmo---驱动电机输出功率，单位为千瓦（kW）；

Pmi---驱动电机输入功率，单位为千瓦（kW）；

（3）驱动电机系统效率计算

驱动电机系统处于电动工作状态时，输入功率为电机控制器直流母线输入的电功率，输出功率为驱动电机轴端的机械功率，驱动电机系统电动工作状态下的效率按式（3）计算：

 …………………………（3）

驱动电机系统处于馈电工作状态时，输入功率为驱动电机轴端的机械功率，输出功率为电机控制器直流母线输出的电功率，驱动电机系统馈电工作状态下的效率按式（4）计算：

 …………………………（4）

式中：

η---驱动电机系统的效率(%)；

n---驱动电机转速，单位为转/分（rpm）；

T---驱动电机轴端转矩，单位为牛·米（Nm）；

U---电机控制器直流母线电压，单位为伏（V）；

I---电机控制器直流母线电流，单位为安（A）。

7.1.4.2.13 筛选额定电压平台下，电机控制器效率、驱动电机效率、驱动电机系统效率的最大值，作为最高效率值。

7.1.4.2.14 采用MATLAB软件进行MAP图绘制，分别统计效率≥80%、≥85%、≥90%和≥95%的测试点区域面积，其值和总的试验测试点区域面积的比值，即为高效工作区的占比。

7.1.4.3 评价标准

7.1.4.3.1驱动电机最高效率：在额定电压下，电动和馈电最高效率应≥95%。

7.1.4.3.2驱动电机效率高效区占比：在额定电压下，电动和馈电效率85%以上高效区占比应＞63%。

7.2 温升试验

7.2.1试验条件

7.2.1.1控制器输入母线电压为额定电压。

7.2.1.2电机入水口温度：60℃，流量：20L/min。

7.2.1.3电机为电动、热态。

7.2.1.4数据记录间隔时间设置为1s，记录模式设置为1s的平均值。

7.2.2试验方法

7.2.2.1测量并记录试验室环境温度，电机绕组的温度可通过电机温度传感器采集读取。

7.2.2.2将电机冷却系统入水口温度设置为60℃，控制驱动电机系统按各种工况运行，电机分别在下表工况点，实时记录电机绕组温度数据、电机转速、母线电压、电机扭矩，同时后台记录电机输出电流、控制器温度、当前故障码等数据。

表5 温升测试工况表

7.2.2.3测试时，在电机温度50-55℃右时加转速至目标转速，然后再加扭矩至目标扭矩，待电机温度到达60℃开始计时，并记录绕组初始温度，待工况运行满足持续时间后立即停机。试验中，实时记录电机绕组温度、控制器温度、电机入/出水口温度、流量、扭矩、转速、母线电压、母线电流、环境温度、试验时间、当前故障码等数据。

7.2.2.4 每一个工况温升测完后，需要等电机温度下降至50-55℃左右时再开始进行下一个工况的测试。

7.2.2.5测试完成后，输出不同工况下的温升数据记录表和曲线。

7.2.3 评价标准

电机系统能够在各种工况持续运行，不超过表5指标要求、不报故障。

7.3空载反电动势

7.3.1试验条件

（1）采用被测电机对拖方法进行试验；

（2）冷却液入口温度：40℃，流量：20L/min，电机静置温度稳定后。

7.3.2试验方法

将电机三相输出线悬空，用电力测功机拖动被测电机分别至不少于10个点rpm，待被测电机运行稳定后用分别测量 WU、UV、VW 两端的电压波形和交流有效值，每组数据读取三组交流有效值，取三组平均值作为反电动势测量值。

7.3.3评价标准

空载反电动势≤XXVrms @额定rpm。

7.4短路电流

7.4.1试验条件

（1）冷却液入口温度：40℃，流量：20L/min，电机静置温度稳定后。

7.4.2试验方法

（1）电机三相线缆按照UVW相序连接，接控制器端用螺栓紧固在一起，进行短路处理，注意对地绝缘，用互感器测U相电流；

（2）测功机运行在转速模式下，拖动被测电机正转，转速从0逐渐升高，直至U相电流不再变大，记录此时的U相电流即为短路电流；

（3）数据记录完毕，测功机转速降至0，下高压和低压电。待放电完成后，拆卸紧固螺栓，将三相电重新接好。

7.4.3评价标准

以实测摸底为准，不作为电机的评价标准。

7.5电机极对数

7.5.1试验条件

1. 冷却液入口温度：40℃，流量：20L/min，电机静置温度稳定后。

（2）设置工作电压为540V，电动状态。

7.5.2试验方法

（1）方法一：电机控制器工作在占空比旁通模式；手动控制占空比依次给U、V、W相3%占空比，使电机旋转一圈，给定U相占空比次数即为电机极对数。

（2）方法二： 测功机设置为n1/P模式，设置测功机转速为1000rpm，拖动被测电机正转，观察功率分析仪读取线三相线电流频率，用式（5）计算被测电机极对数：

p=60f/n …………………………（5）

其中：

p---极对数，单位为对；

f---电流频率，单位为转/分（Hz）；

n---测功机转速，单位为转/分（rpm）。

7.5.3评价标准

电机极对数=3。

7.6旋变极对数

7.6.1试验条件

1. 冷却液入口温度：40℃，流量：20L/min，电机静置温度稳定后。
2. 设置工作电压为540V，电动状态。

7.6.2试验方法

1. 方法一： 测功机设置为n1/P模式，用台架拖动被测电机旋转至200rpm，调整旋变极对数标定值，通过上位机软件监控电机转速，使得上位机电机转速与台架目标转速一致。此时对应的极对数即为旋变极对数。
2. 方法二： 测功机设置为n1/P模式，拖动被测电机旋转， 读取电机转速和当前程序中的旋变极对数， 根据式(6)计算旋变的实际极对数

  …………………………（6）

其中：

p---电机旋变极对数，单位为对；

p0---程序旋变极对数，单位为对；

n---测功机转速，单位为转/分（rpm）；

n0---程序读出的电机转速，单位为转/分（rpm）。

7.6.3评价标准

旋变极对数=3。

7.7旋变零点

7.7.1试验条件

1. 冷却液入口温度：40℃，流量：20L/min，电机静置温度稳定后。
2. 设置工作电压为540V，电动状态。

7.7.2试验方法

电机控制器工作在占空比旁通模式，将旋变零点补偿值标定为0，旋变类型标为递增，然后手动控制占空比依次给U、V、W相3%占空比，给定电机极对数次循环，其中给定U相占空比时电机反馈位置值即为旋变零点修正值。

7.7.3评价标准

旋变零点理论值为272.5°±150′，以实测值为准。

7.8 MTPA 标定

7.8.1试验条件

1. 冷却液入口温度：40℃，流量：20L/min，电机静置温度稳定后。

（2）设置工作电压为540V，电动状态。

7.8.2试验方法

1. 测功机设置为n1/P模式，被测电机为扭矩模式（以d轴正向为参考方向；90°<θ<180°）；测功机拖动被测电机正向旋转至1000rpm；

（2）将电机峰值电流折算到IS，按40步长等分IS，手动设定IS，以40A为步长，从0给到IS的最大值，在每个点调整相应的角度值θ，当台架反馈扭矩最大时，记录当前IS值、角度值θ；

（3）扭矩特性曲线标定，通过测功机拖动电机运行至1000rpm转速，控制器工作在扭矩旁通模式。标定扭矩按照扭矩特性曲线坐标轴进行设定，每一个点调整对应的IS值，直到台架反馈扭矩和目标扭矩一致。

7.8.3评价标准

满足额定转矩≥382Nm、额定功率≥60kW，峰值转矩≥690Nm，峰值功率≥70kW，额定转速1500rpm、峰值转速2000rpm。

7.9电感曲线修正

7.9.1试验条件

（1）冷却液入口温度：40℃，流量：20L/min，电机静置温度稳定后。

（2）设置工作电压为540V，电动状态。

7.9.2试验方法

（1）测功机设置为n1/P模式，被测电机为扭矩模式。用测功机拖动电机运行至1000rpm转速，上位机控制电机不同的扭矩，通过上位机监控Ld与Lq的值，并且填入Ld与Lq的曲线表格中。目前程序中具有自动计算电感的功能，但需要将计算电感的功能使能，才能实现自动计算电感的目的。每标定一个值后观察，反馈电压是否满足≤30V的要求。

7.9.3评价标准

反馈电压≤30V。

7.10弱磁IQ标定

7.10.1试验条件

1. 冷却液入口温度：40℃，流量：20L/min，电机静置温度稳定后。
2. 设置工作电压为540V，电动状态。

7.10.2试验方法

按照MTPA曲线，用等分点的扭矩和该扭矩对应的ID作为横坐标和纵坐标。通过测功机控制电机运行在一个较低的固定转速，控制器工作在DQ电流旁通模式下。Q轴电流目标值按照设定图纵坐标值给定，手动调整ID电流。监控台架反馈扭矩，按照横坐标扭矩值填写对应的ID的值。

7.10.3评价标准

满足额定转矩、额定功率，峰值转矩，峰值功率，额定转速、峰值转速。

8  试验报告

8.1 对试验中出现的各种故障、时间等作详细的记录。

8.2 试验完成后，编制详细的试验报告。