11-车用电机系统台架试验

基于电动汽车电动机系统原理和测试技术，车辆电动机系统架台试验机械工业出版社，2020/6/15，2，目录，试验架台结构的重要参数的架台试验方法完成车行驶状况的测试技术可靠性耐久性试验概要，2020/6/15，3，车辆电动机系统试验台架结构，电气传动系统性能试验台架结构示例2020/6/15，BIT-北京理工大学，4，2020/6/15，5，驱动电机和控制器效率测定电机控制器效率，输入功率和输出功率式中： 电机控制器效率电机控制器输出(kW) 电机控制器输入功率(kW )。 重要参数的台架试验方法、重要参数的台架试验方法、电机效率的测定电机效率必须根据其输入功率和输出功率之比计算：式中： 电机效率； 电机输出(KW) 电机输入功率(KW )。 2020/6/15，BIT-北京理工大学，6，重要参数架台试验方法，2020/6/15，BIT-北京理工大学，7，2020/6/15，8，转速-扭矩工作试验点的选定架台试验过程中，被试验电机系统在全工作范围内的转速托需要尽可能多的工作点进行测试和分析，但是为了减少测试的工作量，不应该选择太多的工作点。 转速点的个数为10个以上，在满足最低和最高及相邻转速点的选择规则的前提下，应该尽可能包含必要的特征点的每转速点的扭矩点为10个以上，高转速点的扭矩点的数量可以适当地减少，但在5个以上，不能选择的测试点关键参数的台架试验方法，2020/6/15， 9、9测量参数的选定台架试验过程中主要部件的参数有：电机控制器母线的电压和电流电机的电压、电流、频率、扭矩、转速和功率电机、控制器和电机系统整体的效率电枢线圈的电阻和温度冷却介质的流量、压力和温度电机主要部件的振动通信协议的主要参数的标定、电感和电阻的非线性变化等主要参数的架台试验方法2020/6/15、10、4 .在测定过程中的注意事项试验时，根据测定精度所要求的大小，选定的测定器在以充分的精度测定时，被试验电动机应处于热平衡动作状态电流根据试验条件选定了适当的值，试验时的电动机控制器的功率可以通过电压、电流计算得到，用功率分析仪测定的试验用电缆，在影响试验结果的情况下，需要将扭矩和转速传感器的同轴端调整为刚性连接，关于精密测定结果，需要适当地修正系统整体的结果关键参数架台试验方法，2020/6/15，11，关键参数架台试验和验证1 .持续扭矩和持续电力试验时的电机控制器直流母线电压设定为额定电压，在电机系统的规定条件下，电机在规定的持续扭矩和转速条件下长时间正常工作，且使用旋转扭矩的数值，可以得到电机相应点的持续功率：式中： 电机轴端的持续功率(kW )。重要参数的台架试验方法，2020/6/15，12，2 .电峰值扭矩和峰值功率峰值扭矩试验的试验条件是，当电动机系统处于实际低温状态，控制器母线电压设定为额定值试验时，电动机系统为一定的峰值扭矩电动机系统能够正常工作，并且，在需要多次进行不超过电动机的绝缘等级和温度上升限制(不同的持续时间的峰值功率不同)的峰值扭矩的测定的情况下，使电动机返回到实际的低温状态，在第二次测定中取得与峰值扭矩对应的工作转速后， 最好利用电动机的峰值功率计算式来计算对应工作点的峰值功率，关键参数的架台试验方法、2020/6/15、13 .锁定扭矩的锁定扭矩的试验条件是：电动机系统在实际的低温状态下，控制器母线电压为额定值改变电机定子和转子的相对位置，必须封锁电机转子，在电机控制器上施加必要的锁定扭矩，记录扭矩和时间，沿圆周等分5个锁定点，重复上述实验，每次重复前将电机实际重要参数的台架试验方法，2020/6/15，14，4 .在最高工作转速试验中，电机控制器的直流母线电压应设定为额定电压，电机系统应处于热工作状态。 试验时，等速调节试验台，使电机的转速达到最高工作转速，施加一定的负荷，进行稳定的工作后，该状态下的持续工作时间必须在3min以上。 重要参数的台架试验方法，2020/6/15，15，5 .在效率MAP和高效工作区试验时电机系统应处于热工作状态，控制器母线电压额定、测量点多，所以省略几个点用插值方法填补这些点重要参数的台架试验方法，2020/6/15、16、6 .控制精度转速控制精度电动机系统在无负荷状态下，在10%90%的最高工作转速范围内，均取10个不同的转速点作为目标值。 扭矩控制精度马达系统处于负载状态，在设定转速条件下的10%90%的峰值扭矩范围内，平均取10个不同的扭矩点作为目标值。 重要参数的台架试验方法，2020/6/15、17、7 .响应时间旋转速度响应时间试验中，记录从电机控制器接收到旋转速度希望指令信息开始到达到规定的容许公差范围的期望值为止的经过时间，实验将5次测定结果的最大值作为旋转速度响应时间。 在扭矩响应时间试验中，电动机控制器从接收到扭矩希望指令信息开始到第一次达到规定的容许范围的期待值为止的时间，需要通过实验取得5次测定结果的最大值作为扭矩响应时间。重要参数的台架试验方法、2020/6/15、18、6 .电动机系统供电性能试验时，被试验电动机系统被拖到原动机(功能机)上，处于供电状态，根据试验目的和测定参数，电动机控制器设定的直流母线电压条件记录供电状态时的电动机控制器的直流母线电压、直流母线电流、电动机各相的交流电压、交流电流、电动机轴端的转速和扭矩等参数，同时计算求出电力、供电效率等数值，绘制相关曲线。 根据需要修改试验结果。 基于重要参数的台架试验方法、2020/6/15、19、3种循环工况1.UDDS2.HWFET3.混合动力汽车10-15工况、整车行驶工况的试验技术、2020/6/15、20，不同车型有所不同图是某车辆用电动机系统以UDDS的情况换算的转速和扭矩工作点的分布图。 基于整车行驶状况的试验技术，2020/6/15，21，1 .信赖度的特征1 .信赖度信赖度是产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率，产品的寿命记述为随机变量，因此信赖度可以表示式中t规定的时间。可靠性耐久性试验概要，2020/6/15，22，2 .效率低，在时间t以后的单位时间内发生故障的概率，效率低和可靠性的关系，可靠性耐久性试验概要，2020/6/15，23，3 .平均寿命平均寿命是表示产品的平均工作时间的特征量产品故障和使用时间的关系如图所示：可靠性耐久性试验的概要，2020/6/15，24， 2 .常见寿命分布类型1.Weibull分布两参数Weibull分布的概率密度函数在可靠度函数失效率函数平均寿命函数中尺度参数越大分布的分散度越大m-形状参数，m0，m取不同的值时，概率密度函数曲线的形状不同，Weibull分布-伽马函数。 可靠性耐久性试验的概要：2020/6/15，25，2 .在指数分布中设置随机变量t，根据指数分布，故障概率密度函数分别是可靠性，故障效率，平均寿命，可靠性耐久性试验的概要：， 2020/6/15，26，3 .电动机系统故障模式永磁同步电动机驱动系统的弱点包括绕组绝缘、轴承、永磁体、母线容量、控制电路等。 右图为，在因过高温导致绕组外层烧损的情况下，可靠性耐久性试验的概要、2020/6/15、27、不同绝缘等级下的绕组绝缘寿命与损失效率的温度变化的关系、可靠性耐久性试验的概要、2020/6/15、28、永久磁铁减磁后的电动机输出状态与过电流引起的IGBT 可靠性耐久性试验概述2020/6/15、29、4 .电动机系统的可靠性串联模型通过分析电动汽车永磁同步电动机系统弱点的故障机理和对电动机性能的影响，可以导致电动机和控制器的任何部分发生故障都导致电动机输出性能恶化系统的可靠性框图如下所述。 可靠性耐久性试验的概要，2020/6/15，30，5 .电动机系统的可靠性影响因素直流母线电压对控制器部件的可靠性产生很大影响，另一方面反映了电应力本身对器件的影响，另一方面电动机和控制器的损失发生了变化。 过载对轴承的机械负载过重，电流增大，电机损耗增加，直接影响驱动控制线路功率器件的寿命，温度上升间接影响线圈的绝缘寿命。 过温度会引起定子线圈的绝缘老化、烧损、永久磁铁退磁等致命故障和严重故障，电机和控制器失去正常功能。 环境温湿度、电机负载和母线电压等因素直接或间接地影响电机温度，影响系统的可靠运行。 可靠性耐久性试验的概要：2020/6/15，31，加速寿命试验的基本理论1 .加速寿命原理稳态应力，阶跃应力和逐次应力条件下的加速寿命试验原理，可靠性耐久性试验的概要：2020/6/15，32，2 .加速应力加速寿命试验中的应力是广义的应力概念加速寿命试验在选择加速应力时，主要考虑对应力破坏机制的加速作用，要求加速应力便于试验控制，存在适当的加速模型。 产品故障的速度与受到的压力条件密切相关，不同类型的压力促进了不同故障机制的发展。可靠性耐久性试验的概要：2020/6/15，33， 加速模型1 )产品的寿命分布和受到的应力的关系加速寿命试验的基本思想是，利用高应力水平的寿命特性，通过外插正常应力水平的寿命特性，确立寿命特性和应力水平的关系，即所谓的S-t曲线很重要，如图所示，可靠性耐久性试验的概要：2020 A-与产品和试验方法相关的常数E-退化机制的活化能，其值因退化机制而异，K-Boltzman常数T-绝对温度。 双方取了对数：其中，可靠性耐久性试验的介绍：2020/6/15，35，2 .幂律(PowerLaw，PL )模型a，常数与产品和试验方法等有关，S应力水平。 两侧对数取得：其中：可靠性耐久性试验的介绍：2020/6/15，36，3 .环(Eyr