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传统测功机不能用于电动汽车电机试验的原因

2018-05-15 13:51:32·  来源：ZLG致远电子  
　
平常说到电机试验，大家第一时间就想到测功机这种电机测试设备。但实际上，面对越来越复杂的行业应用，如电动汽车电机测试，测功机亦渐渐显露出短板来，这是为什么呢？

平常说到电机试验，大家第一时间就想到测功机这种电机测试设备。但实际上，面对越来越复杂的行业应用，如电动汽车电机测试，测功机亦渐渐显露出短板来，这是为什么呢？

平常说到电机试验，大家第一时间就想到测功机这种电机测试设备。但实际上，面对越来越复杂的行业应用，如电动汽车电机测试，测功机亦渐渐显露出短板来，这要从测功机的构造说起。

测功机的构造很简单，由一个机柜和测试台架组成，其中测试台架又常称作测功头，一般是指扭矩转速传感器和制动器做成一体的款式。测试台架包括安装底座、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。



那为什么说传统测功机无法满足新行业，如电动汽车电机的测试需求呢？这主要是要谈到测功机的一个核心部件——机械负载（制动器）。测功机的机械负载一般使用制动器，也有使用电机的，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。

而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，那才能满足模拟“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，必须覆盖被试电机的TN曲线，这样才能把被试电机的全程TN特性测试出来。



但问题来了，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（永磁同步电机的恒功率区域能到峰值转速的80%甚至更高）、峰值转速高（10000rpm以上）的特点，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。



这时我们发现，如果要满足电动汽车电机的全程TN曲线加载，普通的测功机根本无法满足。因为普通测功机一般是用磁滞制动器、电涡流制动器、磁粉制动器或变频电机作为负载的，而这些机械负载的特性曲线，都各自存在自己的短板：

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。可偏偏电动汽车电机，特别是乘用车电机，动辄上万rpm的转速，让磁粉制动器直接出局。



磁滞制动器：和磁粉相反，可以输出很高的转速，但输出扭矩收到很大的局限，只能输出小扭矩（100N.m以内）。对于电动汽车的低速大扭矩工况（200~500N.m的扭矩输出非常常见），磁滞又无法满足需求。



电涡流制动器：支持大扭矩、高转速的扭矩输出，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，无法满足低速（几百rpm）情况下的大扭矩输出。



那针对电动汽车电机试验这种情况，目前比较好的方案就是用高速异步电机的加载方案，用本身同样恒功率范围宽、峰值转速高的电机作为加载负载。这种方案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。



由此可见，传统的测功机在电动汽车行业的应用并不多，高速电机负载的电机测试系统的当前行业最好的解决方案。

当然，也不是所有电力测功机都适合做电动汽车电机测试系统的，有以下两个点要注意：

1、传统的电力测功机是用普通变频电机来做机械负载的，恒功率范围也宽，但峰值转速不高，一般只能到6000rpm，不满足电动汽车行业的高速测试需要。

2、很多用户觉得只要用一个同样高速的电机作为负载就可以满足测试，就用和被试电机一样的电机做对拖，觉得这样可以省下一笔。但这种应用方案同样具备局限性。

电动汽车电机目前多采用永磁同步电机，其本身输出的转矩波动较大，用来当测试负载电机的话，无法提供稳定的转矩输出，导致测试结果一致性底下。而专门的电动汽车测试系统所用的高速异步电机，其本身转矩波动较小（主要是变频器的电流波动引起，变频器品质好的话，相对于被测电机的转矩波动来说是非常小的），用于试验时就能保证测试结果的稳定性，同时还能提供被测电机的转矩波动波形。



致远电子针对电动汽车电驱部分的核心：逆变器和电机，基于MPT混合型电机测试系统设计出电动汽车电机试验平台解决方案，采用高速异步电机及测功机专用高性能变频器作为测试系统负载，为电动汽车电机及其逆变器的研发、生产提供专业化的测试系统。
 
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