在我們做電機系統(tǒng)EMC測試的時候經(jīng)常或者不可避免的會遇到電機堵轉(zhuǎn)測試的測試工況。其實堵轉(zhuǎn)測試是電驅(qū)系統(tǒng)性能考核指標之一。
什么是堵轉(zhuǎn)?
電機堵轉(zhuǎn)是電機在轉(zhuǎn)速為0轉(zhuǎn)時仍然輸出扭矩的一種情況。電機堵轉(zhuǎn)時電機功率因數(shù)極低,電機就像接在電源中的一個電感元件,只有其自身的電阻和電感,自然電流會大大增加。電機運行時會產(chǎn)生反電動勢,這是消耗電壓的主要部分。堵轉(zhuǎn)時反電勢為零,所有電壓都加載在繞組上,所以電流很大。根據(jù)電機容量的大小和加工工藝不同,電機堵轉(zhuǎn)電流一般為電機額定電流的5-12倍。因此,電機的一般性試驗就包括堵轉(zhuǎn)試驗這一項。
為什么要測堵轉(zhuǎn)?
因為堵轉(zhuǎn)工況是純電動汽車常見工況之一,堵轉(zhuǎn)特性又是電驅(qū)動系統(tǒng)關(guān)鍵性能考核指標之一。
其描述的主要是:
(1)在一定坡度路面啟動、??俊?/span>
(2)駕駛員拉手剎踩油門。
(3)車輪被馬路牙子等卡死。
(4)變速器由于換擋系統(tǒng)或齒輪膠合導致的卡滯等工況。此時驅(qū)動電機系統(tǒng)輸出軸被抱死無法正常運轉(zhuǎn)而處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。
堵轉(zhuǎn)測試
測試方法參考GBT 18488.2:2015中的定義,如下圖:
電機堵轉(zhuǎn)的機理
以SVPWM技術(shù)為例。SVPWM是由三相功率逆變器的六個功率開關(guān)元件組成的特定開關(guān)模式產(chǎn)生的脈寬調(diào)制波,能夠使輸出電流波形盡可能接近于理想的正弦波形,目前無刷電機控制常采用7段式SVPWM,三相定子電流矢量相位之間互差120°,三相電流如下式所示:
其中I為三相定子電流幅值;θ為轉(zhuǎn)子位置,即定子電流矢量與參考軸(A相電流方向)之間的夾角。由此可見,正常工作時三相電流為對稱的正弦交流電流,如圖所示。
SVPWM控制算法是將三相電機的輸出電壓分解為七個矢量,分別為正向最大矢量,正向中等矢量,正向最小矢量,負向最小矢量,負向中等矢量,負向最大矢量和零矢量。這七個矢量可以通過控制脈沖寬度來控制三相電機的輸出電壓。如圖
當堵轉(zhuǎn)時,電機轉(zhuǎn)速為零,輸出機械功率為零,此時動力電機會處于上圖的某一區(qū)域。其根本原因是:轉(zhuǎn)子磁場位置被固定,定子電流矢量也將被固定在對應(yīng)的方向上,此時存在堵轉(zhuǎn)飽和效應(yīng),即轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場對各相磁路產(chǎn)生不均衡的影響,進而導致三相定子電流不再是正弦電流,而是直流電流,且電流穩(wěn)態(tài)幅值不相等。
綜上所述,電機在堵轉(zhuǎn)的時候,電機的轉(zhuǎn)速為0,那么三相的相電流頻率也為0,也就是相電流實際上為類似于只有開關(guān)頻率的頻率成分的直流電流。如圖:
但是這里有一個問題?
根據(jù)上述公式,電機堵轉(zhuǎn)的時候初始相位決定著你的調(diào)制波的幅值,這個幅值是一個常數(shù)。如圖
電機堵在不同的相位會導致三相的PWM波不同。以七段式為例,我們分別看一下電機堵轉(zhuǎn)初始相位在0度,30度,45度和90度的三相的PWM信號,如圖
堵轉(zhuǎn)在0度時
堵轉(zhuǎn)在30度時:
堵轉(zhuǎn)在45度時
堵轉(zhuǎn)在90度時
感興趣的朋友可以用公式推導一下SVPWM七段式或者五段式控制算法在堵轉(zhuǎn)的工況下生成的PWM波。
(內(nèi)容、圖片來源:CST電磁兼容性仿真,侵刪)
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