功率分析仪测量指南：电机参数 Ld(直轴电感)、Lq(交轴电感)

电动汽车的电机中搭载了先进的正弦波控制技术，可高效控制电机从低速到高速的转速。该技术是实现燃油经济性与行驶性能双重优化的核心要素。
本应用将为大家介绍如何测量除了在电车用电机，也在作为工业用高效电机广泛使用的永磁同步电机(PMSM)中运用的电机矢量控制(磁场定向控制)的重要电机参数。
通过采用HIOKI功率分析仪及配套的电机参数测量PC软件，可精准且高效地采集与驱动条件密切相关的电机参数，显著提升研发与测试效率。
q轴电感和d轴电感的区别

电机参数 Ld( 直轴电感 )、Lq( 交轴电感 ) 的介绍
电机参数Ld和Lq是指与电机旋转磁场相关的q轴和d轴电感值，是永磁同步电机(PMSM)和同步磁阻电机(SynRM)矢量控
制中不可或缺的关键参数。
■ d轴电感(Ld)：d轴与永磁体的磁场方向一致。Ld为指向磁体极中心的轴上的电机电感。
■ q轴电感(Lq)：q轴是与d轴垂直的轴线。Lq有助于扭矩生成电流分量轴线上的电感值。
Ld与Lq的基本差异受永磁体配置和电机结构的影响。此外，Ld和Lq具有电流依赖性——随着驱动电流的增加，电感值会下降。对于永磁同步电机(PMSM)及其控制系统的开发者而言，实现精准高效的电机控制是核心目标，因此理解Ld和Lq的电流依存特性是达成这一目标的必要条件。

功率分析仪适合测量Ld和Lq的原因
功率分析仪不仅能够测量电机的电力效率，还具备测量Ld和Lq所需的高精度传感与运算能力，相较于其他测量方法更为高效。

在分析电机参数Ld和Lq时，需准确传感驱动电流的大小与相位，并通过运算处理得出结果。为实现精准测量，测量工具
需满足以下两项要求：
■ 高精度测量电压与电流的幅值及相位
■ 检测转子旋转角度，并基于d轴计算电流
Ld和Lq的测量需要基于PWM控制下严重失真的电压及由其产生的电流波形，精确测量其基波分量的有效值和相位。因此，需使用高分辨率、高精度波形补偿性能并配备专用谐波解析功能的仪器——即功率分析仪，而非普通示波器类波形记录设备。

电机控制工程师将Ld和Lq的测量结果应用于控制程序来验证其对电机特性与效率提升是否有帮助。此时，功率分析仪能够同时验证随电机转速与扭矩变化的效率测量结果及电机参数Ld和Lq的测量结果，通过单次数据进行全面评估。
Ld，Lq的测量

在获取Ld和Lq的数据之前，需要先测量Ld和Lq运算所需的两个常数(R和Ke)。测量顺序如下述步骤1-3。

1. 电枢电阻 (R) 的测量

使用HIOKI RM3548等高精度电阻计测量电机的三相绕组电阻，将其平均化后计算出电枢电阻R。

2. 设备连接

通过将电流传感器和电压电缆连接至三相电机驱动线路，检测电机的驱动电流、电压及转子角度。由于需要进行相位调零，因此使用负载电机驱动DUT电机，并测量电机感应电压。

3. 相位调零与感应电压常数的测量

使用HIOKI功率分析仪PW8001配套的Ld/Lq电感测量PC软件时，用户只需按照软件中预设的Ld/Lq测量流程逐步配置，即可在软件界面上完成全部操作。

PW8001 Ld，Lq Analyzer
■ 相位调零：通过实时绘制散点图可直观确认相位调零效果。图中0°的点即表示已成功/正确调零。
■ 感应电压常数Ke测量：实时显示Ke值的稳定性。助力正确决定用于Ld和Lq计算的常数Ke参数。

4.Ld, Lq 的测量

测量数据的收集与电机参数的运算全部自动完成。为进一步掌握特性，PC软件会生成并分析包含X-Y图的Ld及Lq值的
实时图表。
■ Ld、Lq实时绘图
■ Ld-Id、Lq-Iq的X-Y图
■ 基础电力数据与最多6项电机参数实时散步图

上述测试结果可见，使用功率分析仪PW8001可获取电机的Ld和Lq数据。

总结
本指南对于以下问题进行了解答。
■ 为什么电机的Ld和Lq值的正确性如此重要？
■ 如何测量电机的Ld与Lq？
电机的高度矢量控制(磁场定向控制)是通过准确锁定各种动作条件下的Ld和Lq，验证性能提升而得以实现的。
HIOKI的功率分析仪PW8001不仅具备高精度电力测量的基础功能，在电机参数测量领域也表现卓越。除测量硬件外，通过搭载设置简单，便于获取数据且提供直观分析的软件，大幅减少评估工作量，助力缩短研发周期。

审核编辑 黄宇