1 引言

　　电动/发电一体机测量、试验系统是为电动/发电机系统设计服务的，主要为动发一体机结构设计、动发一体机调速系统设计、动发一体机发电输出（系统一次电）提供相应的功能测试、单元测试、联合调试的试验系统。该系统为动发一体机相关专项测试系统。

　　该系统针对动发一体机结构设计、动发一体机调速系统设计、动发一体机发电输出设计提供相应的功能测试、单元测试、联合调试的环境，试验系统需要达到以下功能：能够提供各种环境下的测试所需动力；测试系统的稳定性及自身参数的监测；能够灵活配置功能试验、单元试验、联合调试所需参数的测量；测试数据合理性与可追述性及数据的共享能力；对测试数据具有一定的分析能力；接口能力等。对于系统的测试方式可实现手动测试、定点测试、自动曲线测试等；系统测试数据的表现形式有表格形式、曲线形式并且具备数据可储存、查询、对比及打印等。

　　2 基本设计概念和运行流程

　　动发一体机测试系统需根据动发一体机的工作原理设计。永磁动发一体机原理包括电-磁驱动过程、磁-电输出过程。从动发一体机的运行过程可分为：电机启动升速过程、速度调制保持过程、状态切换、发电输出过程、保护空转过程等。

　　根据动发一体机原理和运行特性，我们将测试系统的设计划分为针对两大并行状态的测试即电磁状态部分与磁电状态部分的测试，如图1为电机电磁、磁电状态的关系图。

　　电致磁部分即动发一体机的电动机工作部分，在运行中包含电机启动过程、电机升速过程、电机速度保持过程。磁致电部分包括动发一体机发电过程和低速保护过程。

　　动发一体机从电致磁过程→状态切换→磁致电过程→低速保护，整个过程由动发机控制器完成，试验平台通过与控制器的指令交换完成：输入电压U、电流I、功率Pin（积算），输出扭矩T、转速N、转角θ，输出电压Uout、输出电流Iout、能量转换效率（积算）、定子温度、系统震动及噪声等数据的采集工作，并与设计参数进行对比分析提交实验报告。

　　实验系统除完成动发一体机的整系统测试外，设计可配合控制器完成对电磁、磁电过程中单元功能性试验如：单绕组电磁特性试验、绕组电磁一致性试验、单绕组磁电特性试验、绕组磁电试验、电磁状态绕组组合方式优化、磁电状态绕组切换与输出能力试验、电磁状态下震动分析、磁电状态下阻尼分析等。

　　试验系统还可在辅助电机及控制器配合下完成对绕组磁电环境下，发电能力的测试。

　3 系统结构及实验项目设计　　设计动发一体机测试系统整体结构如图2所示。测试系统硬件组成内容包括以下部分：测试系统动力电源配备、测试系统仪表电源配备、被测绕组电流检测、电-磁强度检测、被测电机输出扭矩检测、被测电机转角检测、被测电机转速检测、定子绕组线圈温度检测、系统震动及噪音检测、磁屏蔽及安全保护等；　　为配合各项试验硬件还需配备：仪表操作盘控制系统、数据采集服务器、数据分析服务器、电机控制器及接口等。　　具体测试项目：输入电压U、电流I、功率Pin（积算），输出扭矩T、转速N、转角θ，输出电压Uout、输出电流Iout、能量转换效率（积算）、定子温度td、系统震动及噪声等。相互关系见表1.4 系统设备选型　　依结构的设计和实验项目的设定，系统检测的目标参数数量并不多。为充分满足电动/发电一体机的基础研究，测试系统需要提供大量的基本数据，故每个参数要求的实时性和精度要求都很高。同时系统需要实时分析显示被试目标的运行状态，对系统的主控设备选择、信号采集设备、一次传感设备的选型提出了更高的要求。　　主处理系统的选型：为了满足宽范围的性能测试，本设计主系统采用了基于PC的双层分布式结构，数据处理DPU、显示与设定OPU、数据分析分别为独立处理器，以满足高速采样与处理。　　电机控制选型：由于本系统主要任务为测试参数，对应的被试电结构机会有很大的差异，故控制系统无法统一设计。本系统采用外部控制方式，通过外部控制器控制电机，控制器与测试系统联机通讯保证控制信号与测试参数的对应。　　数据采集系统选型：针对被试目标转速要求0~30000 rpm数据采样速率会根据电机永磁体极数及对应定子线槽数计算采样周期，经计算本系统最小采样周期为20 kHz，采样周期频率越高，数据可分析性越高。本系统数据采集选用NI USB-6229 BNC。该模块具有16路差分BNC模拟输入(16位, 250 kS/s)4路BNC模拟输出(16位, 833 kS/s)，48路数字I/O(其中32路时钟同步, 8个BNC)，32位计数器，基本满足本试验系统的需要。　　传感器选型：对于被试目标的信号变化传感器的响应也要跟得上，不然再高采样频率的采集系统也不会发挥作用，故在系统选型过程中对传感器的响应速度要求最为重要。本系统的主要传感器选型为：电流检测CHB-50TF和CHB-100TF闭环霍尔电流传感器线性度< 0.1%；反应时间< 1μs；频率范围0~100KHz；扭矩检测JN338-50AG小型高速传感器线性≤0.1%F?S；应变计动态应变波的响应时间3.2×10-6s，能够满足测试系统需要。　　5 结束语　　就目前电机类测试系统来说，大都为通用电机效率测量用，真正为收集电机设计基础数据的测试系统很少，对于电动/发电一体机的测试系统更是少见。本系统的设计主要的目标是为电动/发电一体机的设计人员提供一套理论与实际的参照系统，以更好的提高设计水平和创新能力。