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| 從用戶角度看電機(jī)和逆變器效率測(cè)試 | ||
| 點(diǎn)擊率：2460 作者：上海拓科實(shí)業(yè)有限公司 來源：http://6338338.cn 時(shí)間：2017-8-4 8:51:55 | ||
從用戶角度看電機(jī)和逆變器的效率測(cè)試
電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不管應(yīng)用領(lǐng)域如何，都存在三個(gè)要素：
通常，這些元件一般采用電池作為直流母線 - 逆變器將直流電源轉(zhuǎn)換為交流電 - 電能使用交流電將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。這被稱為 電-機(jī)械功率轉(zhuǎn)換。 工程師試圖實(shí)現(xiàn)什么？在設(shè)計(jì)這些系統(tǒng)時(shí)，工程師通常會(huì)嘗試在驅(qū)動(dòng)周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)效率最大化。在盡可能多的點(diǎn)上來最大化每安培扭矩。有時(shí)這需要巧妙的機(jī)器設(shè)計(jì)，但更多時(shí)候需要通過采用適當(dāng)?shù)目刂萍夹g(shù)來實(shí)現(xiàn)。逆變器器，控制器和電機(jī)都需要完美匹配，以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。但這些部件通常是分開開發(fā)的。系統(tǒng)級(jí)工程師需要最大化整個(gè)系統(tǒng)的效率，而不是某一部件。 如何供電？這些應(yīng)用的供電一般都是采用一個(gè)電池，但有時(shí)可能有一個(gè)整流器系統(tǒng)。電池系統(tǒng)一般都包括一個(gè) DC-DC轉(zhuǎn)換器，可將直流母線調(diào)整到逆變器所需的水平。這些電池通常為鋰離子結(jié)構(gòu)，在汽車應(yīng)用中的電壓范圍為200-400伏，但可高達(dá)600-800伏特。
逆變器的角色逆變器是電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中非常重要的部分，因?yàn)樗械碾娔苻D(zhuǎn)換和控制都在此發(fā)誓。逆變器通常由六個(gè)開關(guān)（三相）組成，以特定模式打開和關(guān)閉以產(chǎn)生交流電。該模式的開關(guān)頻率通常在9kHz至25kHz之間。低于9kHz的頻率變得非常罕見;但對(duì)于大功率應(yīng)用，降低開關(guān)頻率以減少損耗是必需的。更高的開關(guān)頻率受限于開關(guān)的物理限制以及產(chǎn)生的開關(guān)損耗。通常，這些開關(guān)將為 IGBT或 MOSFET。電流電平將決定開關(guān)的選擇。 MOSFET通常用于較低功率。 IGBT用于更高功率。更高的頻率能進(jìn)行更好的控制。但需要大量的資金投入到更寬的帶隙設(shè)備中。這些通常是碳化硅或氮化鎵（GAN）器件。這些器件具有較低的損耗，通常可以在較高的電流和開關(guān)頻率下工作。但現(xiàn)在非常昂貴，但它們將是未來的主流。 接管控制控制是一個(gè)軟件，控制器將查看扭矩和轉(zhuǎn)速是什么，并確定開關(guān)頻率，脈寬調(diào)制（PWM）方法以及如何優(yōu)化效率。這些方面可以在一個(gè)周期內(nèi)迅速改變。大多數(shù)類型的控制，無論電機(jī)類型如何，都是面向現(xiàn)場(chǎng)控制（FOC）。趨勢(shì)是死區(qū)電流控制，采用閉環(huán)電流控制。 直接正交（dq0）變換將在控制中產(chǎn)生。這是一個(gè)基于系統(tǒng)需求的三相 PWM 可視化和控制的數(shù)學(xué)名詞。它采用位置參考來簡化正弦和余弦操縱，使3相更像兩相。
模型需要驗(yàn)證 電驅(qū)動(dòng)需要采用電腦模型進(jìn)行模擬。電機(jī)和控制優(yōu)化需要采用模型和有限元進(jìn)行分析，模型可以非常好地預(yù)測(cè)電機(jī)和逆變器的行為，這是令人難以置信的有用工具。研究人員喜歡進(jìn)行模型驗(yàn)證，因?yàn)樗梢阅軌蛄私饽Ｐ驼嬲倪\(yùn)行情況。
包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和小細(xì)節(jié)，電機(jī)如何纏繞，以及冷卻等。電機(jī)的主要類型是感應(yīng)，永磁，繞線場(chǎng)和開關(guān)磁阻。感應(yīng)電機(jī)是最容易控制的，然而，他們的缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)需要激勵(lì)，這會(huì)產(chǎn)生損失。永磁（PM）電機(jī)在一般用于更高效率且尺寸受到限制的應(yīng)用中，因?yàn)樗鼈兙哂休^高的功率密度，因?yàn)榇朋w提供轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)而不是轉(zhuǎn)子中的損耗。 PM電機(jī)在以不同模式運(yùn)行時(shí)需要一個(gè)逆變器和大量的冷卻和保養(yǎng)。但也有失去恒功率速比CPSR的缺點(diǎn)，因?yàn)榇艌?chǎng)削弱比較困難。為提高機(jī)器的速度，磁場(chǎng)弱化是減小轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的方法�？梢酝ㄟ^注入q軸電流來削弱感應(yīng)電機(jī)或PM機(jī)中的磁場(chǎng)。對(duì)于FOC，需要控制 d軸的量（用于控制轉(zhuǎn)矩）或q軸（用于控制轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)）電流，這也是為何很多開發(fā)人員喜歡對(duì)dq0圖實(shí)時(shí)監(jiān)控的原因。另外，因?yàn)樵诖艌?chǎng)弱化期間磁體可能會(huì)被消磁，因此可能需要監(jiān)視反電動(dòng)勢(shì)。 同步磁阻（SR）電機(jī)具有非常簡單的轉(zhuǎn)子。這些電機(jī)使用磁阻轉(zhuǎn)矩的特性來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這些電動(dòng)機(jī)由于其結(jié)構(gòu)簡單因而應(yīng)用廣泛，但其噪聲和振動(dòng)較大。因此，在這些機(jī)器的測(cè)試中，研究人員主要感興趣的是振動(dòng)圖，何種情況下扭矩和速度振動(dòng)是最強(qiáng)的。
如果磁體過熱，某些區(qū)域可能產(chǎn)生退磁，情況就會(huì)變得糟糕。因此，繞組和開關(guān)冷卻非常重要。開關(guān)的損耗將會(huì)更大，如果開關(guān)太熱也可能產(chǎn)生爆炸。研究人員花費(fèi)大量計(jì)時(shí)間來探索冷卻策略，使便使機(jī)器更有效率。冷卻系統(tǒng)通常是水，油或二醇通過泵送的方式噴灑在期望除去熱量的區(qū)域上。 因此，電機(jī)溫度監(jiān)控也是運(yùn)行和測(cè)試的重要組成部分。通過熱電偶，可以監(jiān)控并記錄，并發(fā)送到控制系統(tǒng)中。在其中同步是非常重要的，只有這樣才能知道溫度變化是在何時(shí)以及何處發(fā)生，以對(duì)其進(jìn)行控制。這也是模型驗(yàn)證的另一個(gè)領(lǐng)域。 提高效率 上述許多主題的最佳方法是進(jìn)行效率測(cè)繪和動(dòng)力測(cè)試。每個(gè)人都希望提高系統(tǒng)的效率。因此擁有原始數(shù)據(jù)對(duì)此很重要，因?yàn)槿绻l(fā)生錯(cuò)誤，您可以參考以前的測(cè)試，并在后處理程序（如MATLAB）中進(jìn)行深入分析。此外，這對(duì)于動(dòng)態(tài)測(cè)試至關(guān)重要，因?yàn)樵谶M(jìn)行動(dòng)態(tài)加載或測(cè)試驅(qū)動(dòng)周期時(shí)，如果沒有原始數(shù)據(jù)，則可能會(huì)產(chǎn)生一些奇怪的不準(zhǔn)確的效率。 當(dāng)它們開始測(cè)試時(shí)，它們將具有一個(gè)設(shè)定的直流母線電壓，然后是設(shè)定的速度。 然后他們將以一定的扭矩加載。加載你所需的多種轉(zhuǎn)矩和速度。這將為您提供所有工況點(diǎn)的效率，并獲得效率圖。這些點(diǎn)將在特定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。有時(shí)您必須等待機(jī)器冷卻才能在工況點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。這就是 HBM eDrive 測(cè)試系統(tǒng) 可以為客戶節(jié)省大量時(shí)間的原因，因?yàn)闇y(cè)試在幾個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，而不是幾秒鐘。 人們通常會(huì)測(cè)試機(jī)器的極限，一般是使其達(dá)到最大速度，以了解其機(jī)器的物理極限。觸發(fā)并擁有數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的能力將使研究人員不僅可以了解機(jī)器故障，而且可以了解失敗的原因。
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