ม้านั่งทดสอบ EESM: โรเตอร์ที่คดเคี้ยว, การกระตุ้นภาคสนาม, และการตรวจสอบความถูกต้องของมอเตอร์ซิงโครนัสกระตุ้นด้วยไฟฟ้า

เหตุใด EESM จึงกลับมาที่การสนทนาเกี่ยวกับระบบส่งกำลังของ EV

มอเตอร์แม่เหล็กถาวรมีอิทธิพลเหนือการยึดเกาะของรถยนต์ไฟฟ้ามานานกว่าทศวรรษ, แต่มอเตอร์ซิงโครนัสที่ตื่นเต้นด้วยไฟฟ้ากำลังกลับมาอีกครั้งครั้งสำคัญ. Megane E-Tech ของเรโนลต์ใช้ EESM พร้อมโรเตอร์แบบพันแผลและตัวกระตุ้นแบบไร้แปรงถ่าน. Mercedes-Benz ระบุ EESM สำหรับแพลตฟอร์มเชิงพาณิชย์ eSprinter. เหตุผลตรงไปตรงมา: ไม่มีแม่เหล็กหายาก, สนามที่ควบคุมได้, และพฤติกรรมการล้างอำนาจแม่เหล็กที่ปลอดภัยโดยเนื้อแท้ในสภาวะอุณหภูมิสูงหรือสภาวะความผิดปกติ. เนื่องจากผู้ผลิตชิ้นส่วนยานยนต์พยายามลดการพึ่งพาห่วงโซ่อุปทานนีโอไดเมียมและดิสโพรเซียม, วุฒิการศึกษา EESM กำลังเร่งขึ้น.

การทดสอบ EESM นั้นไม่เหมือนกับการทดสอบ PMSM. โรเตอร์แบบพันแผลจะเพิ่มวงจรไฟฟ้าวงจรที่สอง — การม้วนสนาม — โดยมีระดับฉนวนในตัวมันเอง, ขีดจำกัดความร้อน, และโหมดความผิดปกติ. ตัวกระตุ้นแบบไม่มีแปรง (เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กที่ประกอบเข้ากับเพลาโรเตอร์) เพิ่มความซับซ้อนทางกลซึ่งขั้นตอนการรับรอง PMSM เพิกเฉย. วิศวกรตรวจสอบความถูกต้องจำเป็นต้องมีโปรโตคอลการทดสอบที่ครอบคลุมการควบคุมปัจจุบันของฟิลด์อย่างชัดเจน, ฉนวนขดลวดโรเตอร์, ประสิทธิภาพของตัวกระตุ้น, และอันตรกิริยาระหว่างระดับการกระตุ้นภาคสนามกับเอาท์พุตแรงบิด ซึ่งไม่มีปรากฏอยู่ในมอเตอร์เหนี่ยวนำกระแสสลับมาตรฐานหรือแผนการทดสอบ PMSM.

EESM แตกต่างจาก PMSM และมอเตอร์เหนี่ยวนำทางไฟฟ้าอย่างไร

• ขดลวดสนามบนโรเตอร์: ต่างจาก PMSM (แม่เหล็กถาวรบนโรเตอร์) หรือมอเตอร์เหนี่ยวนำ (โรเตอร์กรงกระรอกลัดวงจร), EESM มีขดลวดพลัง DC พันรอบแกนโรเตอร์. ระดับกระแสของสนามจะควบคุมฟลักซ์ช่องว่างอากาศโดยตรง รวมถึงกราฟแรงบิด-ความเร็วแบบเรียลไทม์.
• ตัวกระตุ้นแบบไม่มีแปรง: EESM ของยานยนต์ส่วนใหญ่ใช้ระบบกระตุ้นแบบไร้แปรงถ่าน: เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับขนาดเล็กบนเพลาโรเตอร์ (ขั้วสเตเตอร์/โรเตอร์กลับด้านเมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องหลัก) ส่งกระแสตรงไปยังขดลวดสนามผ่านวงจรเรียงกระแสที่หมุนด้วยโรเตอร์. วิธีนี้จะกำจัดแปรงและแหวนสลิป แต่ต้องมีการตรวจสอบความถูกต้องของตัวกระตุ้นเป็นระบบย่อย.
• แรงบิดสูงสุดต่อแอมแปร์ (มทป) ด้วยการอ่อนตัวของสนาม: ในภาวะ PMSM, MTPA และการอ่อนตัวลงของสนามเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพมุมปัจจุบัน dq ล้วนๆ. ใน EESM, การลดความอ่อนลงของสนามทำได้โดยการลดกระแสของสนาม - แกนควบคุมอื่น. EESM สามารถทำให้สนามแม่เหล็กอ่อนลงได้ลึกกว่า PMSM โดยไม่มีข้อจำกัดในปัจจุบัน, ช่วยให้สามารถจ่ายพลังงานคงที่ด้วยความเร็วสูงได้ดีขึ้น.
• แรงบิดเป็นศูนย์: โดยไม่มีแม่เหล็กถาวร, แรงบิดของฟันเฟืองถูกกำจัดโดยการออกแบบ. นี่เป็นข้อได้เปรียบสำหรับการดำเนินการล่องเรือที่มีประสิทธิภาพสูงและ NVH ที่มีเสียงรบกวนต่ำ แต่จะลบตัวบ่งชี้การวินิจฉัยตนเองที่วิศวกรทดสอบ PMSM พึ่งพาสำหรับการประเมินสุขภาพของแม่เหล็ก.

รายการทดสอบหลักสำหรับการตรวจสอบ EESM

1. สนามปัจจุบันเทียบกับ. การทำแผนที่แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด

โดยที่โรเตอร์หมุนด้วยความเร็วที่กำหนดและสเตเตอร์เปิดอยู่, กระแสสนามจะถูกกวาดจากศูนย์ถึงค่าพิกัดสูงสุด (โดยทั่วไป 5–25 A DC ขึ้นอยู่กับขนาดเครื่อง). แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดที่ขั้วสเตเตอร์จะถูกบันทึกในแต่ละสเต็ปปัจจุบัน. เส้นโค้งแรงดึงดูดนี้ (การเชื่อมโยงฟลักซ์ของช่องว่างอากาศกับ. สนามปัจจุบัน) ระบุลักษณะพฤติกรรมความอิ่มตัวของวงจรแม่เหล็กและยืนยันว่าตัวกระตุ้นส่งกระแสสนามที่เพียงพอในทุกความเร็ว.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิดที่ความเร็วพิกัดและกระแสสนามที่กำหนด (วี), กระแสสนามความอิ่มตัวของจุดเข่า (ก), ความต้องการกระแสเร้าที่สนามจัดอันดับ (A จากอินเวอร์เตอร์).

2. ฉนวนและความต้านทานของขดลวดโรเตอร์

ขดลวดสนามโรเตอร์เป็นตำแหน่งข้อบกพร่องของฉนวนที่มีความเสี่ยงสูง: มันหมุน, ประสบกับความเครียดจากแรงเหวี่ยง, เห็นการขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกันระหว่างทองแดงและเหล็ก, และสัมผัสกับ DC ที่ถูกแก้ไขแทนที่จะเป็น AC แบบไซน์. ความต้านทานของขดลวดโรเตอร์วัดที่ความเย็นและที่สภาวะคงตัวของความร้อน (การคำนวณค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิ). ความต้านทานของฉนวนวัดระหว่างขั้วขดลวดสนามกับแกนโรเตอร์ที่ 500 กระแสตรง, โดยมีเกณฑ์การยอมรับโดยทั่วไป 10 MΩขั้นต่ำ. วัดความเหนี่ยวนำของขดลวดเพื่อยืนยันว่าไม่มีการลัดวงจร.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: ความต้านทานกระแสตรงเย็น (โอ้), ความต้านทานความร้อนที่สภาวะคงตัวทางความร้อน (โอ้), ความต้านทานของฉนวน (MΩที่ 500 กระแสตรง), ความเหนี่ยวนำของขดลวดสนาม (mH).

3. การผลิตแรงบิดเทียบกับ. กระแสสนามที่จุดความเร็วหลายจุด

ที่แต่ละจุดที่กำหนดความเร็วสามจุด (30%, 70%, และ 100% ความเร็วสูงสุด), กระแสสเตเตอร์จะถูกเก็บไว้ที่ค่าพิกัดในขณะที่กระแสสนามถูกกวาดไป 20% ถึง 120% ของการจัดอันดับ. แรงบิดเอาท์พุตจะถูกบันทึกที่จุดรวมแต่ละจุด. สิ่งนี้จะสร้างพื้นผิว MTPA พื้นฐาน ซึ่งเป็นระดับกระแสของสนามที่สร้างแรงบิดสูงสุดสำหรับกระแสสเตเตอร์ที่กำหนด และเผยให้เห็นความไม่สมดุลใดๆ ในพื้นผิวควบคุมที่บ่งบอกถึงความไม่สมดุลของขดลวดโรเตอร์หรือข้อจำกัดของตัวกระตุ้น.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: กระแสสนาม MTPA ที่ความเร็วพิกัด (ก), แรงบิดที่ MTPA ทำให้เป็นแรงบิดปกติ (%), กระแสสนามที่แรงบิดอิ่มตัว.

4. ช่วงการอ่อนตัวของสนามและประสิทธิภาพความเร็วสูง

มอเตอร์จะถูกเร่งความเร็วจากความเร็วพื้นฐานที่กำหนดไปจนถึงความเร็วทดสอบสูงสุด (โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 1.5–2 × ความเร็วพื้นฐาน) ที่กระแสสเตเตอร์ที่ได้รับการจัดอันดับในขณะที่กระแสสนามจะลดลงอย่างต่อเนื่อง. แรงบิดและกำลังจะถูกบันทึกเป็นฟังก์ชันของความเร็วในบริเวณที่สนามอ่อนลง. อัตราส่วนความเร็วกำลังคงที่ — อัตราส่วนของความเร็วสูงสุดต่อความเร็วพื้นฐาน — เป็นข้อกำหนดสำคัญสำหรับมอเตอร์ฉุด และต้องได้รับการตรวจสอบทดลองกับเป้าหมายการออกแบบ.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: อัตราส่วนความเร็วกำลังคงที่, แรงบิดที่ความเร็วสูงสุด, กระแสสเตเตอร์ที่จำเป็นสำหรับการลดสนามความเร็วสูงสุด (ก), Exciter back-EMF ที่ความเร็วสูงสุด (วี).

5. ประสิทธิภาพของตัวกระตุ้นแบบไร้แปรงถ่านและการตรวจสอบวงจรเรียงกระแส

ระบบย่อยของเรกเตอร์ - เครื่องกำเนิดไฟฟ้าขนาดเล็กที่พันกลับด้านบนเพลาบวกกับวงจรเรียงกระแสแบบหมุน - ได้รับการทดสอบอย่างอิสระโดยการเชื่อมต่อโหลดความต้านทานที่รู้จัก (การจำลองการคดเคี้ยวของสนาม) ไปยังเอาต์พุตวงจรเรียงกระแสในขณะที่กระแสอินพุตสเตเตอร์กระตุ้นแบบกวาดและความเร็วของโรเตอร์. วัดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงเอาท์พุตและการกระเพื่อม. การทดสอบนี้ระบุความล้มเหลวของไดโอดเรียงกระแส (ตรวจพบว่าเป็นระลอกคลื่นที่เพิ่มขึ้น) และความไม่สมดุลของขดลวดกระตุ้นก่อนการประกอบเครื่องจักรทั้งหมด.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: แรงดันไฟขาออก DC ที่กระแสอินพุตเร้าพิกัด (วี), ระลอกคลื่น AC บนเอาต์พุตที่แก้ไขแล้ว (เอ็มวี), เอาต์พุตวงจรเรียงกระแสที่ความเร็วการหมุนขั้นต่ำ (วีที่ 200 รอบต่อนาที).

6. การจัดการความร้อนของขดลวดสนามโรเตอร์

ขดลวดโรเตอร์ไม่มีเส้นทางระบายความร้อนโดยตรง ความร้อนจะต้องผ่านเหล็กโรเตอร์ไปยังเพลาและช่องว่างอากาศ. อุณหภูมิของขดลวดโรเตอร์วัดโดยใช้ความต้านทานที่เพิ่มขึ้น (วิธี ΔR ต่อ IEC 60034-1) เนื่องจากเซ็นเซอร์โดยตรงนั้นติดตั้งกับส่วนประกอบที่หมุนได้ยาก. การทดสอบจะรันมอเตอร์ที่โหลดที่กำหนดตามระยะเวลาการทดสอบความร้อนที่กำหนด และยืนยันว่าอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของขดลวดโรเตอร์ยังคงอยู่ภายในขีดจำกัดระดับฉนวน (คลาส F: 100 K เพิ่มขึ้นเหนือ 40°C โดยรอบ, คลาสเอช: 125 เค ลุกขึ้น).

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: อุณหภูมิของขดลวดโรเตอร์จะเพิ่มขึ้นที่สภาวะคงตัวทางความร้อน (เค), อุณหภูมิของขดลวดสเตเตอร์เพิ่มขึ้น (เค), อุณหภูมิแบริ่งที่สภาวะคงตัวความร้อน (องศาเซลเซียส).

บูรณาการการทดสอบ EESM เข้ากับโครงการพัฒนา EV ของคุณ

การรับรอง EESM ไม่ได้แทนที่ประสบการณ์การทดสอบ PMSM แต่จะขยายออกไป. ไดนาโมมิเตอร์สี่ควอแดรนท์เดียวกัน, ข้อกำหนดความแม่นยำของตัวแปลงสัญญาณแรงบิดเดียวกัน (0.1% FS หรือดีกว่า), และใช้เครื่องมือวัดความร้อนแบบเดียวกัน. อินเทอร์เฟซการควบคุมมีการเปลี่ยนแปลงอะไรบ้าง: แท่นทดสอบจะต้องจ่ายและควบคุมแหล่งกำเนิดกระแสไฟตรงของสนามไฟฟ้ากระแสตรงอย่างแม่นยำ โดยไม่ขึ้นอยู่กับอินเวอร์เตอร์สเตเตอร์หลัก, ซิงโครไนซ์กับตำแหน่งโรเตอร์เพื่อการแมป MTPA ที่แม่นยำ. การวินิจฉัยขดลวดโรเตอร์ — ความต้านทานของฉนวน, ความต้านทานเพิ่มขึ้น, ตัวเหนี่ยวนำ — ต้องใช้ช่องการวัด DC แรงดันต่ำแยกต่างหากซึ่งสามารถเข้าถึงเทอร์มินัลเอาท์พุตของเร้าได้อย่างปลอดภัยผ่านฟิกซ์เจอร์สลิปริงหรือเชื่อมต่อกับเทอร์มินัลที่พันของโรเตอร์ก่อนการประกอบ.

หากโครงการพัฒนา EV ของคุณมุ่งสู่มอเตอร์ฉุดลาก EESM ไม่ว่าจะเพื่อการลดปริมาณธาตุหายากก็ตาม, การขยายช่วงสนามที่อ่อนแอลง, หรือความทนทานต่อความเสียหายจากอุณหภูมิ — จำเป็นต้องอัปเดตข้อกำหนดของม้านั่งทดสอบก่อนที่ต้นแบบตัวแรกจะมาถึง. ติดต่อทีมวิศวกรของเรา เพื่อตรวจสอบข้อกำหนดในการตรวจสอบความถูกต้องของ EESM และกำหนดค่าโซลูชันการทดสอบที่เหมาะสม.