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测功机应用于电动汽车电机测试的局限性

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  • 发布时间:2017/12/4 17:40:21
  • 作者:ly_yinhe

电动汽车电机与普通电机差别

  电动汽车电机也是属于电机的类别,基于电动汽车对电机的要求不同,电动汽车电机与普通的工业电机有很多不同的特点,主要特点如下所述:

01严格的额体积要求和质量要求

  普通的工业电机以满足工业运行为第一目的,对于体积和尺寸没有特别严格的要求。电动汽车的尺寸和重量决定了汽车的动力性能和驾驶性能,直接影响电动汽车的质量。所以,电动汽车电机的关注点就在于提高功率重量密度和功率体积密度,因此越小、越轻,功率越大的电机越适用与电动汽车应用。

02独特的转矩特性

  电动汽车电机的启动或低速时要求很高的转矩,将汽车速度以最快的方式提升至期望速度,一般工业电机并没有这么高的启动速度要求。同时,电动汽车电机高速时需要提供足够的功率,使得汽车可以高速巡航。

03宽调速范围

  电动汽车电机的最高速度可能是电机基准速度的4~5倍,甚至更高。目前电动汽车最好的方案莫就在于省去了多档变速箱,只需要配置固定档的齿轮组。这样就要求电机的调速范围越宽越好,可以满足宽范围速度运转的需求。

04全范围效率要求

  电动汽车不像电力机车由受电弓供电,电动汽车由电池供电,巡航范围完全取决于电机效率。电机效率每提高1%,巡航里程就可相应增加1%。所以对于电机的效率要求很高。能高一点,就是胜利,每一点能量都要优化。

测功机应用于电动汽车电机测试的局限

  测功机一般由测试台架及测控机柜构成,主要用于被试电机模拟负载设备,测量被试电机扭矩、转速、功率等参数,完成电机型式及出厂试验测试。

  测试台架一般包括安装底座、扭矩转速传感器、机械负载(制动器),用于电机试验时的力矩加载,模拟电机的不同工况;

  机柜包括电参数测试仪、电机测试仪、测功机控制器、电源等,用于对系统的驱动和对电机的测试。

测试台架

  测功机在通用电机测试检测中有较长的应用历史,为什么说传统测功机无法满足新能源电动汽车电机的测试需求呢?在这里主要是要测功机中施加机械负载的设备(制动器)。常规测功机的机械负载设备一般使用制动器,也有使用电机的。机械负载用于对被试电机提供反向的旋转力矩,吸收被试电机运行时的功率,实现被试电机的“加载”,模拟其实际运行的工况,从而完成测试。

  负载设备即测功机需要模拟被试电机的实际运行工况,那测功机的加载能力,必须覆盖被测电机的全部工况范围,这样才能有效满足模拟“所有工况”的要求。简单来说,就是测功机的机械负载的TN曲线,必须完全覆盖被试电机的TN曲线,这样才能把被试电机的全部TN特性测试出来。

  但是,电动汽车电机与普通电机相具有很多独特的特点,电动汽车电机的TN曲线和普通的电机不同,具有恒功率区域宽(一般恒功率区域能到峰值转速的80%~100%)、峰值转速高(10000rpm以上)等特点,这意味着电动汽车电机既能实现高速小扭矩工况,也能实现低速大扭矩工况,对测功机的TN特性提出了非常高的要求。

  如果要对电动汽车电机进行加载测试,普通的测功机根本不能进行完整的TN曲线加载。现在的测功机多采用磁滞制动器、电涡流制动器、磁粉制动器作为机械负载,而这些机械负载的TN特性曲线均不能有效的满足电动汽车电机的测试应用需求:

  磁粉制动器:可以输出很大的扭矩,但一般只能运行在低转速(1000rpm)以下,只适用于大扭矩、低转速的电机测试场合。电动汽车电机,特别是乘用车电机,转速可高达上万转,磁粉制动器难以满足需求。

  磁滞制动器:磁滞制动器和磁粉制动器相反,可以输出很高的转速,但是其输出扭矩很小,只能输出小扭矩(100N.m以内)。对于电动汽车电机的低速大扭矩工况(200~500N.m的扭矩),磁滞不能有效满足需求。

  电涡流制动器:电涡流制动器支持大扭矩、高转速的输出,但在额定转速范围内(一般是2600~3000rpm),转矩输出和转速输出是成正比的,因此无法满足低速(几百转)情况下的大扭矩输出。

  现在满足电动汽车电机测试比较好的方案就是用高速异步电机的加载方式,用同样恒功率范围宽、峰值转速高的电机作为机械负载。这种加载方式可以根据用户的具体测试范围,定制不同的测功机专用电机作为测试负载,保证机械负载的加载范围覆盖被测电机。因此,现在的测试应用中,传统的测功机难以满足电动汽车电机测试需求,在电动汽车行业应用局限明显,而电机机械负载方式的电机测试系统是当前电动汽车领域比较好的解决方案。

  现在电机机械负载的方式应用较为广泛,但是并不是所有的电机都可以有效满足电动汽车电机机械负载需求。首先,现今的变频电机负载具有较宽的恒功率区间,但是其转速一般不高,不能满足高速测试需求,因此必须选择较高转速的电机;再者,由于电动汽车电机多采用永磁同步电机,其齿槽转矩等原因导致本身转矩波动较大,难以提供稳定的负载转矩输出,因此还有必须考虑负载电机的输出扭矩特性,选择本身可以稳定输出转矩的电机。