徐 鵬，孟 濤，孫玲玲

（南京越博動力系統(tǒng)股份有限公司，江蘇 南京 201702）

電源電壓對電機(jī)性能的影響

徐 鵬，孟 濤，孫玲玲

（南京越博動力系統(tǒng)股份有限公司，江蘇 南京 201702）

影響車用電機(jī)性能的因素有很多，比如環(huán)境溫度、濕度、冷卻水溫、電源電壓、大氣壓等。本文主要通過一臺永磁同步電機(jī)在不同電壓點(diǎn)下的電動外特性測試數(shù)據(jù)，來分析電源電壓對電機(jī)扭矩、功率以及效率的影響。并且繪制曲線圖，從中找出存在的規(guī)律性。

電源電壓；永磁同步電機(jī)；性能

近年來，永磁同步電機(jī)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。尤其在新能源汽車行業(yè)，它以結(jié)構(gòu)簡單、體積小、質(zhì)量輕、損耗小、效率高、功率因素高、無轉(zhuǎn)速差等優(yōu)點(diǎn)成為寵兒。

在平常的測試中，我們通常會關(guān)注電機(jī)在額定電壓點(diǎn)下的電機(jī)性能數(shù)據(jù)。當(dāng)然，有時(shí)根據(jù)試驗(yàn)要求，也會測試欠壓點(diǎn)和過壓點(diǎn)的電機(jī)性能數(shù)據(jù)，但是從未測試同一臺電機(jī)在大量不同電壓點(diǎn)下的性能。所以，筆者想通過此次試驗(yàn)來彌補(bǔ)之前試驗(yàn)中的空缺，并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。本文處理數(shù)據(jù)的方式：通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將所有電壓點(diǎn)產(chǎn)生的扭矩-轉(zhuǎn)速曲線繪制在同一個坐標(biāo)系內(nèi)，這樣可以更加清晰地表現(xiàn)出相同轉(zhuǎn)速時(shí)，不同電壓點(diǎn)下所對應(yīng)的扭矩差值及差值中存在的規(guī)律性。再以同樣的方式對比出不同電壓點(diǎn)下功率及效率的變化規(guī)律。

1 電源電壓對電機(jī)扭矩的影響

試驗(yàn)參數(shù)為：永磁同步電機(jī)，額定功率/峰值功率為50/85 kW，額定扭矩/峰值扭矩為170/320 Nm，額定轉(zhuǎn)速/峰值轉(zhuǎn)速為2 800/6 000 r/min，1 000 r/min時(shí)線反電勢為71 V±3 %V。將一套電機(jī)系統(tǒng)分別置于378 V、418.5 V、459 V、499.5 V、540 V、580.5 V、 621 V、661.5 V、702 V這9種直流電壓下，然后進(jìn)行電動外特性試驗(yàn)，得出試驗(yàn)數(shù)據(jù)，見表1。

根據(jù)表1的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以繪制出不同電源電壓下扭矩-轉(zhuǎn)速曲線，如圖1所示。

圖1 不同電源電壓下扭矩-轉(zhuǎn)速曲線

根據(jù)圖1曲線，可以找出以下規(guī)律。

1）當(dāng)外加電源電壓為378 V、418.5 V、459 V時(shí)，電壓越小，基點(diǎn)轉(zhuǎn)速越小，即越早進(jìn)入恒功率區(qū)。

2）當(dāng)外加電源電壓為499.5 V、540 V、580.5 V及以上時(shí)，基點(diǎn)轉(zhuǎn)速都為2 537 r/min，并且6條曲線很接近。

表1 不同電源電壓下扭矩與轉(zhuǎn)速的測試數(shù)據(jù)

3）在恒扭矩區(qū)域中，9條曲線扭矩值在320 Nm上下波動很小。

4）在弱磁區(qū)域中，同一轉(zhuǎn)速下，小于等于499.5 V的4條曲線扭矩明顯依次變大；而499.5 V及以上的6條曲線扭矩變化較小。

5）在接近峰值轉(zhuǎn)速區(qū)域，排除異常數(shù)據(jù)后，可發(fā)現(xiàn)在同一轉(zhuǎn)速點(diǎn)，外加電源電壓越大，對應(yīng)的扭矩值也相應(yīng)越大。

2 電源電壓對電機(jī)功率的影響

由試驗(yàn)直接可得到電源電壓與電機(jī)功率之間的數(shù)據(jù)，見表2。由數(shù)據(jù)可繪制出不同電源電壓下功率-轉(zhuǎn)速曲線，如圖2所示。

圖2 不同電源電壓下功率-轉(zhuǎn)速曲線

表2 不同電源電壓下功率與轉(zhuǎn)速的測試數(shù)據(jù)

根據(jù)圖2曲線，可以找出以下規(guī)律。

1）在恒扭矩區(qū)域，即使外加電源電壓不同，功率和轉(zhuǎn)速都成正比關(guān)系（P=T×n/9550，T不變，n越大，P越大）。

2）在恒功率區(qū)域，378～499.5 V這4條曲線間功率相差較大，并且存在嚴(yán)重掉功率現(xiàn)象；而499.5～702 V 這6條曲線基本在峰值功率85 kW上下波動。

3）在接近峰值轉(zhuǎn)速區(qū)域，排除異常數(shù)據(jù)后，可發(fā)現(xiàn)在同一轉(zhuǎn)速點(diǎn)，外加電源電壓越大，對應(yīng)的功率值也相應(yīng)越大。

3 電源電壓對電機(jī)效率的影響

由試驗(yàn)可得到電源電壓與電機(jī)效率之間的數(shù)據(jù)，見表3。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以繪制出不同電源電壓下效率-轉(zhuǎn)速曲線，如圖3所示。

根據(jù)圖3曲線，可以找出以下規(guī)律。

1）在不同的電源電壓下，電機(jī)效率都存在快速上升、平緩上升和平緩下降3個階段。

圖3 不同電源電壓下效率-轉(zhuǎn)速曲線

2）在額定轉(zhuǎn)速2 800 r/min之前，378 V電壓下的電機(jī)效率最大，其他電壓下電機(jī)效率基本一致；在2 800 r/min之后，378 V電壓下效率隨即驟降至最小，并且其余電壓點(diǎn)中出現(xiàn)電壓越高效率越高的現(xiàn)象。

4 結(jié)論

本文主要通過一個臺架試驗(yàn)來得到電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、效率4個參數(shù)的大量數(shù)據(jù)，分別根據(jù)轉(zhuǎn)速-扭矩、轉(zhuǎn)速-功率、轉(zhuǎn)速-效率3個曲線圖進(jìn)行了規(guī)律性分析，現(xiàn)進(jìn)行總結(jié)見表4。

表3 不同電源電壓下效率與轉(zhuǎn)速的測試數(shù)據(jù)

表4 規(guī)律匯總

因?yàn)楣P者對電機(jī)的研究頗淺，如上的結(jié)論只是通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)和一些參考資料結(jié)合所得，所以可能存在很多問題。但在后期的工作中，筆者會時(shí)刻關(guān)注電源電壓對電機(jī)性能影響的相關(guān)資料，如有新發(fā)現(xiàn)會及時(shí)更新。

［1］唐任遠(yuǎn).現(xiàn)代永磁電機(jī)理論與設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

［2］武建文，李德成.電機(jī)現(xiàn)代測試技術(shù)（第2版）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

［3］鄭建華.電機(jī)控制與調(diào)速技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

（編輯 楊 景）

Effect of Power Supply Voltage on Motor Performance

XU Peng， MENG Tao， SUN Ling-ling
（Nanjing Yuebo Power System Co.， Ltd.， Nanjing 201702， China）

There are various factors that affect the motor performance， such as ambient temperature， humidity，cooling water temperature， power supply voltage， atmospheric pressure， etc. In this paper， through the electrical characteristic test data of a permanent magnet synchronous motor under different voltage points， the influence of power supply voltage on the motor torque， power and efficiency is analyzed. Based on the plotted graph， the pattern is identified.

power supply voltage; permanent magnet synchronous motor; performance

U463.645

A

1003-8639（2017）06-0043-04

2017-03-16

徐鵬（1992-），男，江蘇盱眙人，工程師；孟濤（1985-），男，江蘇徐州人，工程師；孫玲玲（1981-），女，江蘇南京人，工程師。