永磁同步电机作为一种新型高效的节能产品，具有结构简单、体积小、效率高、功率因数高、转矩电流比高、转动惯量低、可靠性好、易于散热及维护等优点，已经得到广泛认可和应用。

随着永磁同步电机大范围的应用，人们对其性能要求也越来越高，相关研究、设计人员和单位急需对所研发和生产的电机进行性能测试的设备，希望通过对测试电机的空载特性、负载特性、机械特性、动态特性等各种性能试验采集测试电机的各种参数进行统计、分析和处理，达到研究、改进和优化电机设计的目的和确保新产品的质量、性能达到设计要求。

目前，永磁同步电机的测试平台主要有两类：测功机测试台和对拖式测试台。测功机测试台主要采用磁滞测功机、磁粉测功机或电涡流测功机作为电机负载，通过散热装置将电机测试过程中产生的能量消耗掉。对拖式测试台通过能量消耗、能量回馈或对拖回馈的方式解决回馈能量。其中，能量消耗型通过功率电阻等消耗回馈能量；能量回馈型将电机测试产生的能量再回馈至电网；对拖互馈型通过共直流母线或交流母线的方式形成电功率闭环系统。目前，随着社会上环保意识和节能意识的提高，采用电功率闭环方式的对拖回馈型测试方案正逐渐代替能量消耗型测试方案成为主流方案。

根据测试规划，本测试台主要用来完成-W小功率永磁电机的性能试验，测试项目包括空载试验、负载试验、热试验(温升试验)、失步转矩试验、牵入转矩试验、堵转试验以及反向电动势试验。

考虑尽量兼顾不同功率段和电压等级电机的试验和灵活更换同步驱动变频器的要求，系统采用四象限变频器交流母线回馈的对拖试验方式，通过调压器为被试驱动器供电，能量通过能量再生式变频器回馈至电网，从而形成电功率闭环的试验系统。

该测试台由驱动系统、陪试系统和测控系统组成，各部分作用分别如下：驱动系统包括调压器、同步变频器和被试电机，用于驱动被试电机，使被试电机工作于测试工况。

陪试系统包括驱动加载变频器和陪试电机，完成系统加载和能量回馈。测控系统由电参数测量仪、转矩转速传感器、控制回路等部分组成，用来采集被试电机各类参数(如电参数、机械参数等)以及发出控制指令。

工作原理：变频器选用由ICBT组成的具有能量再生功能的变频器，ICBT供电单元包括ICGBT供电模块，进线滤波器，交流和直流熔断器及其它选件。IGBT供电模块将输入的三相交流电逆变成直流电向逆变单元供电。对拖过程中，变频器分别用于驱动被试永磁同步电机和陪试电机，陪试电机工作于转矩控制模式下模拟电机负载，被试电机工作于转速控制模式下，通过改变输出转速，可以研究在不同负载下，电机各种瞬时工况下的特性。当被测电机拖动陪试电机转动时，陪试电机处于发电状态，能量通过交流母线方式回馈到电网。

永磁同步电机驱动器通常采用矢量控制或直接转矩控制方式驱动，不同于普通感应电机的是永磁同步电机的启动通常需要转子位置信息才能启动。传动变频器宽泛的功率和电压范围可适用于驱动各种类型的电机，包括永磁电机，能够满足任何过程控制、自动化系统的需求。同时，考虑永磁同步电机驱动功率匹配和电压等级问题，同步变频器往往需要更换,以适配不同功率和电压等级的电机，因此采用了调压器为同步变频器供电，并且将该变频器设计成外置式接线，以便于更换。

陪试系统是本测试台的核心部分，也是电机系统加载的关键，要求负载精确可调且响应迅速。相较于交流异步电动机，永磁同步电机动态响应更快，驱动精度更高，可在零速至额定转速下进行加载成被试电机的性能测试。系统采用了交流母线回馈的方式，在此选用了壁挂式能量再生单传动变频器，其供电单元采用ICBT整流方式，精确的控制了系统的能量传输，既可以作为整流器工作，也可作逆变器工作。可以有效的提高直流母线电压，即使在电压较低的电网，逆变器也可以获得较高的功率输出。壁挂式能量再生单传动变频器的核心技术是直接转矩控制，该技术是把转矩作为直接跟踪控制对象，强调的是转矩的直接控制与效果，因此可以对电机的动态变化做出快速反应，其动态转矩阶跃响应时间在开环应用时1~5ms，动态转速误差0.4%，闭环应用时为0.1%，并且能实现低速大力矩、低电流大力矩和“零速满转矩”功能。为了充分发挥变频器的优良特性，提高测试台的整体水平，选用5.5kW变频调速感应电机，该电机额定转矩17.5Nm,最大转矩49Nm，50Hz以下恒转矩调速，50Hz以上恒功率调速，并配置光电编码器，使整个系统的速度控制精度和力矩控制精度都有了可靠的保证。结合直接转矩控制技术，使陪试系统在各种条件的电网下均有卓越的速度控制特性和无与伦比的力矩控制特性。

电机试验过程中，需要采集被试电机电压、电流、功率、转速、转矩等大量测试数据，所需测量的物理量中有电参数和非电参数之分。电参数主要有电压、电流、电功率、功率因数及频率；非电参数主要是指转速、转矩、温度、振动和噪声等物理量。测量仪器仪表及传感器是测试台的核心部分，直接决定着测试数据的准确性和测试台的可靠性。另外，永磁电机采用永磁体励磁，不需要无功励磁电流，因而其效率和功率因数通常比同规格感应电动机高，更容易设计制造高效电机。

由于变频器输出的调制波既有频率很低的基波，同时又有大量的高次谐波。目前一般工业用的电参数测量仪器仪表很难测量从几赫兹到几十千赫兹频率范围的电参数”。而电参数测量的正确性和准确性是电机性能评价的关键，目前国内能保证全局精度0.2级的比较少，基本只能考虑进口品牌电参数测量仪。为了准确评估被试电机的性能，本测试系统电参数测量采用带电机评估模块功高精度功率分析仪进行电参数测量和机械参数测量，可配置1~6个电参数测量通道，能实现电机的输入和输出的高精度同步测量，操作灵活且拥有宽带宽，是电机测试和评估的理想工具。

通常电参数测量仪直接测量电流不超过5A，超过5A则需要采用电流传感器测量，而采用电流传感器测量则会损失测量精度。根据测试能力设计要求，本系统峰值电流为42A，而功率分析仪提供了50A电流测量量程，因而测量系统选用了50A量程，省去了电流传感器，在提高系统测量精度的同时也节约了建设成本。

转矩转速传感器是测试台测试系统的核心组成部分之一，对测量精度、响应速度和过载能力都有较高的要求。鉴于转矩、转速的测量准确性对电机试验检测数据的重要影响和测量峰值转矩44Nm，因而采用了数字式转矩转速传感器进行试验电机的转矩和转速测量。

数字式转矩转速传感器是一种结构独特、响应频率快、测量精度高的新型非接触式传感器，主要由转子和定子组成。转子用法兰直接与电机的轴连接并随电机轴旋转，扭矩以脉冲频率信号经定子输出。其扭矩标定精度最高可达0.05%F.S,额定转速r/min以上,拥有%的过载能力，破坏载荷≥%，完全满足测试台的使用要求。

为了确保被试电机电参数和转矩转速信号的采集数据的同步，采用了集成电机评价模块来测量电机的转速、转矩和输出(机械功率)，通过设置数据采集同步源有效确保电机参数测量的同步。其它辅助测量包括电阻仪、温度仪、噪声计、振动仪等均通过通讯接口集成接入测试系统。

本系统中变频器、被试电机、电参数测量仪、转矩转速传感器、陪试电机、PLC及工控计算机外围设备均是测控系统的控制对象，通过上位机测试软件完成设备的启停、工况检测、电源调整、负载整、数据采集、分析和计算等任务。