การทดสอบเทอร์โบชาร์จเจอร์ไฟฟ้าและมอเตอร์อีบูสเตอร์: การตรวจสอบความเร็วสูงพิเศษสำหรับระบบเพิ่มกำลังไฟฟ้า 48V และ HV

เหตุใดการเร่งด้วยไฟฟ้าจึงเปลี่ยนแปลงการทดสอบมอเตอร์

เทอร์โบชาร์จเจอร์ไฟฟ้าและอีบูสเตอร์เป็นหนึ่งในการใช้งานมอเตอร์ที่มีความต้องการมากที่สุดในงานวิศวกรรมยานยนต์. พวกเขาต้องเร่งโรเตอร์จากการหยุดนิ่งเป็น 100,000–200,000 RPM ในระดับต่ำกว่า 300 มิลลิวินาที, ทนอุณหภูมิด้านไอเสียเกิน 900°C ในบริเวณใกล้เคียง, และอยู่รอดจากความเหนื่อยล้าแบบวนซ้ำหลายทศวรรษโดยไม่ต้องมีการบำรุงรักษา. โปรโตคอลการทดสอบมอเตอร์มาตรฐาน—ออกแบบมาสำหรับระบบขับเคลื่อนแบบฉุดลากที่ทำงานที่ 5,000–20,000 RPM—ยังไม่เพียงพอ. โต๊ะทดสอบความเร็วสูงโดยเฉพาะพร้อมการรองรับแบริ่งที่สร้างขึ้นตามจุดประสงค์, อุปกรณ์โหลดตามหลักอากาศพลศาสตร์, และการได้มาซึ่งข้อมูลระดับไมโครวินาทีจำเป็นต้องมีคุณสมบัติส่วนประกอบเหล่านี้ก่อนที่จะเข้าสู่การผลิตซีรีส์.

การผลักดันไปสู่สถาปัตยกรรมมายด์ไฮบริด 48V และระบบส่งกำลังไฮบริดเต็มรูปแบบ 400–800V ได้เร่งการนำระบบเพิ่มพลังงานไฟฟ้ามาใช้ในรถยนต์นั่งส่วนบุคคล, ยานพาหนะเพื่อการพาณิชย์, และอุปกรณ์นอกทางหลวง. E-booster ช่วยลดความล่าช้าของเทอร์โบที่รอบเครื่องยนต์ต่ำ, ในขณะที่เทอร์โบชาร์จเจอร์ที่ได้รับความช่วยเหลือทางไฟฟ้าจะกู้คืนเอนทาลปีไอเสียเพื่อขับเคลื่อนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและเตรียมล้อคอมเพรสเซอร์ล่วงหน้าไปพร้อมๆ กัน. การกำหนดค่าทั้งสองมีความต้องการทางไฟฟ้าและเครื่องกลอย่างมากบนมอเตอร์ BLDC หรือ PMSM ในตัว ซึ่งเป็นความต้องการที่ไม่สามารถตรวจสอบได้บนแท่นทดสอบมอเตอร์ทั่วไป.

กายวิภาคของมอเตอร์ E-Turbo และ E-Booster

• การก่อสร้างโรเตอร์: ปลอกหุ้มด้วยคาร์บอนไฟเบอร์หรือไทเทเนียมเกรดสูงช่วยกักเก็บแม่เหล็กหายากจากแรงเหวี่ยงที่ 200,000 รอบต่อนาที. ความทนทานต่อความไม่สมดุลของโรเตอร์วัดเป็นไมโครกรัม·มิลลิเมตร.
• ระบบลูกปืน: อีบูสเตอร์ส่วนใหญ่ใช้ตลับลูกปืนลมฟอยล์หรือตลับลูกปืนเซรามิกไฮบริด; e-turbo มักใช้แบริ่งน้ำมันวงแหวนลอยร่วมกับเพลาเทอร์โบชาร์จเจอร์. ตลับลูกปืนแต่ละประเภทมีกลไกการสูญเสียและข้อกำหนดในการทดสอบที่แตกต่างกัน.
• โทโพโลยีมอเตอร์: PMSM พื้นผิวที่มีขดลวดแบบเข้มข้นมีอิทธิพลเหนือความกะทัดรัดและประสิทธิภาพที่ความเร็วพิกัด. ขดลวด 6 เฟสที่ทนต่อข้อผิดพลาดให้ความซ้ำซ้อนในการออกแบบที่ได้มาจากการบิน.
• สภาพแวดล้อมที่มีความร้อน: อุณหภูมิจุดร้อนที่คดเคี้ยวจะต้องอยู่ต่ำกว่า 200°C ในขณะที่ตัวเรือนกังหันที่อยู่ติดกันทำงานที่ 800–950°C. การเคลือบแผงกั้นความร้อนและช่องจ่ายน้ำหล่อเย็นแบบแอคทีฟเป็นคุณสมบัติการออกแบบที่ได้รับการตรวจสอบแล้วบนม้านั่งทดสอบ.
• บูรณาการอิเล็กทรอนิกส์กำลัง: อินเวอร์เตอร์มักถูกบรรจุร่วมกับมอเตอร์, ต้องมีการทดสอบทางไฟฟ้าและความร้อนของระบบขับเคลื่อนพร้อมกัน.

รายการทดสอบหลัก

1. ความเร็วสูงสุดและความอดทนเกินความเร็ว

แท่นทดสอบจะต้องหมุนชุดโรเตอร์เพื่อให้ได้ความเร็วสูงสุดที่กำหนด—โดยทั่วไปคือ 100,000–200,000 RPM สำหรับอีบูสเตอร์—จากนั้นใช้ระยะขอบความเร็วเกินที่กำหนดที่กำหนดไว้, โดยปกติ +10–15% ต่อข้อกำหนด OEM, เป็นระยะเวลา 30–60 วินาที. การเติบโตของโรเตอร์และหน้าสัมผัสของกรงแบริ่งจะได้รับการตรวจสอบด้วยเซนเซอร์ดิสเพลสเมนต์แนวแกนและแนวรัศมี.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: ความเร็วต่อเนื่องสูงสุด, อัตราความอยู่รอดที่เกินความเร็ว, การเจริญเติบโตของแกนโรเตอร์ที่อุณหภูมิสูงสุด, อุณหภูมิของแบริ่งที่เพิ่มขึ้นเทียบกับความเร็ว.

2. การเร่งความเร็วและการตอบสนองชั่วคราว

E-boosters ถูกเลือกเพราะว่าตอบสนองภายใต้ 300 นางสาว. ม้านั่งทดสอบจะวัดเวลาตอบสนองขั้นตอนตั้งแต่ความเร็วเป็นศูนย์ถึง 90% ของความเร็วเป้าหมาย, จุดสูงสุดปัจจุบันระหว่างการเร่งความเร็ว, และแรงบิดกระเพื่อมระหว่างทางลาดขึ้น. แนะนำให้ใช้ไดนาโมมิเตอร์แบบ AC แบบรีเจนเนอเรชั่น เนื่องจากสามารถใช้กราฟโหลดตามหลักอากาศพลศาสตร์ที่ตั้งโปรแกรมได้ ซึ่งจำลองความต้านทานล้อของคอมเพรสเซอร์ที่จุดความเร็วแต่ละจุด.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: 0เวลาความเร็ว –90%, กระแสพุ่งสูงสุด, เปอร์เซ็นต์การเกินความเร็ว, แอมพลิจูดระลอกแรงบิดระหว่างทางลาด.

3. การทำแผนที่ประสิทธิภาพของมอเตอร์

ตาม IEC 60034-2-1, การสูญเสียจะถูกแยกออกเป็นการสูญเสียทองแดง, การสูญเสียธาตุเหล็ก, แรงเสียดทานทางกล, และการสูญเสียน้ำหนักที่หลงทาง. ด้วยความเร็วสูงเป็นพิเศษ, แรงเสียดทานทางกลจากแบริ่งและแรงลมจากพื้นผิวโรเตอร์มีอิทธิพลเหนือ—มักจะคิดเป็น 30–40% ของการสูญเสียทั้งหมดที่ความเร็วสูงสุด. แผนที่ประสิทธิภาพจะถูกบันทึกทั่วทั้งขอบเขตการทำงานของแรงบิดเต็มความเร็ว, รวมถึงจุดโหลดชิ้นส่วนที่แสดงถึงรอบความต้องการเพิ่มกำลังของเครื่องยนต์จริง.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: ประสิทธิภาพสูงสุด, ประสิทธิภาพ ณ จุดปฏิบัติการมาตรฐาน, เศษส่วนองค์ประกอบการสูญเสียแต่ละรายการเป็นเปอร์เซ็นต์.

4. การจำแนกลักษณะทางความร้อน

อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของขดลวดวัดภายใต้โหลดพิกัดต่อเนื่อง, ด้วยแท่นทดสอบที่ควบคุมอัตราการไหลของน้ำหล่อเย็นและอุณหภูมิทางเข้าเพื่อสร้างสภาวะขอบเขตความร้อนของยานพาหนะ. ความต้านทานความร้อนตั้งแต่ขดลวดไปจนถึงสารหล่อเย็นจะถูกแยกออกมาและเปรียบเทียบกับชิ้นงานที่ออกแบบ. การระบุฮอตสปอตโดยใช้เทอร์โมคัปเปิลแบบกระจายหรือเซ็นเซอร์ไฟเบอร์ออปติกเป็นมาตรฐานสำหรับมอเตอร์อีเทอร์โบเนื่องจากมีรูปทรงแบบปิด.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: อุณหภูมิจุดร้อนที่คดเคี้ยวที่โหลดพิกัด, ความต้านทานความร้อนจากขดลวดสู่สารหล่อเย็น, เวลาในการคงตัวของความร้อน, การไล่ระดับอุณหภูมิของแบริ่งตลอดช่วงความเร็ว.

5. การปรับสมดุลของโรเตอร์และลายเซ็นการสั่นสะเทือน

ไอเอสโอ 1940-1 เกรด G0.4 หรือดีกว่านั้นเป็นเรื่องปกติสำหรับโรเตอร์อีบูสเตอร์. แท่นทดสอบจะวัดสเปกตรัมการสั่นสะเทือนที่ความเร็วการทำงานของเป้าหมายทั้งหมดเพื่อระบุเสียงสะท้อน, จุดผ่านแดนที่สำคัญ, และความถี่เสียงที่เกิดจากแบริ่ง. แผนภาพแคมป์เบลล์ทำแผนที่ความกว้างของการสั่นเทียบกับความเร็ว, และความถี่เรโซแนนซ์ใดๆ ภายในช่วงการทำงานจะถูกตั้งค่าสถานะสำหรับการออกแบบโรเตอร์ใหม่.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: ความไม่สมดุลของสารตกค้างในหน่วย g·mm, แอมพลิจูดของการสั่นที่ความเร็ววิกฤติ, พื้นเสียงแบกในหน่วยเดซิเบล, การระบุเรโซแนนซ์ไดอะแกรมแคมป์เบลล์.

6. การแลกเปลี่ยน BLDC และปฏิสัมพันธ์ของอินเวอร์เตอร์

ที่ 150,000 รอบต่อนาที, ความถี่ไฟฟ้าพื้นฐานสูงถึง 5,000–15,000 เฮิรตซ์ ขึ้นอยู่กับจำนวนขั้ว. ม้านั่งทดสอบแสดงลักษณะของฮาร์โมนิกในปัจจุบัน, แรงดันไฟกระชากที่เกิดจากสวิตชิ่ง, และการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากการรวมกันของมอเตอร์อินเวอร์เตอร์. การทดสอบการปฏิบัติตามข้อกำหนดล่วงหน้าของ EMC ดำเนินการในเซลล์ทดสอบที่มีฉนวนหุ้มตาม CISPR 25 ข้อกำหนดสำหรับระบบไฟฟ้ายานยนต์.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: THD ปัจจุบันต่อเฟส, dV/dt ที่ขั้วต่อมอเตอร์, สเปกตรัมการปล่อยรังสี, ดำเนินการปล่อยมลพิษด้านล่าง 30 เมกะเฮิรตซ์.

7. การทดสอบความทนทานและความล้า

รอบการทำงานที่เป็นตัวแทน ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเหตุการณ์กระตุ้นหลายพันเหตุการณ์ที่จำลองการขับขี่ในเมืองและบนทางหลวง จะถูกเล่นซ้ำในรูปแบบเร่งความเร็ว. แท่นทดสอบจะบันทึกความเร็วของโรเตอร์, อุณหภูมิที่คดเคี้ยว, และแบริ่งสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่อง. โหมดความล้มเหลวรวมถึงความล้าของตลับลูกปืน, การเสื่อมสภาพของฉนวนของขดลวดจากการหมุนเวียนด้วยความร้อน, และการล้างอำนาจแม่เหล็กถาวรจากการเดินทางที่อุณหภูมิสูงซ้ำๆ.

ตัวชี้วัดที่สำคัญ: ชั่วโมงการทำงานทั้งหมดจนถึงความล้มเหลวครั้งแรก, แนวโน้มความต้านทานของฉนวนตลอดอายุการใช้งาน, การเปลี่ยนลักษณะการสั่นสะเทือนเป็นตัวบ่งชี้ความล้มเหลวของตลับลูกปืนตั้งแต่เนิ่นๆ, อัตราส่วนการล้างอำนาจแม่เหล็กหลังจากการหมุนเวียนด้วยความร้อน.

การกำหนดค่าม้านั่งทดสอบสำหรับแอปพลิเคชัน E-Turbo และ E-Booster

แท่นทดสอบมอเตอร์มาตรฐานไม่สามารถรองรับการทำงานด้วยความเร็วสูงพิเศษได้หากไม่มีฮาร์ดแวร์เฉพาะ. ข้อกำหนดของม้านั่งหลักประกอบด้วยการรองรับสปินเดิลที่มีความแข็งเป็นพิเศษพร้อมค่ารันเอาท์ในแนวรัศมีที่ต่ำกว่าไมครอน, กังหันโหลดตามหลักอากาศพลศาสตร์หรือโหลดแบงค์ไฟฟ้าที่ตั้งโปรแกรมได้ซึ่งปรับเทียบกับแผนที่คอมเพรสเซอร์จริง, ทรานสดิวเซอร์แรงบิดความเร็วสูงพิเศษที่พิกัด 200,000 รอบต่อนาที, และการสุ่มตัวอย่างการรับข้อมูลแบนด์วิธสูงที่ 1 MHz หรือสูงกว่าเพื่อบันทึกเหตุการณ์ชั่วคราว. ม้านั่งจะต้องรองรับระบบตลับลูกปืนจริงของอุปกรณ์ที่ทดสอบ แทนที่จะใช้แทนตลับลูกปืนทั่วไป, เนื่องจากการสูญเสียตลับลูกปืนและพฤติกรรมทางความร้อนเป็นลักษณะเฉพาะของอุปกรณ์.

การเลือกม้านั่งทดสอบหมายความว่าอย่างไร

วิศวกรที่จัดหาโซลูชันการทดสอบ e-turbo หรือ e-booster ต้องเผชิญกับซัพพลายเออร์ที่มีคุณสมบัติเหมาะสมในขอบเขตที่จำกัด. ม้านั่งต้องได้รับการออกแบบให้มีช่วงความเร็วที่กำหนด, ระดับพลังงาน, และประเภทแบริ่งของอุปกรณ์. แท่นทดสอบมอเตอร์ที่มีจำหน่ายทั่วไปมักไม่ค่อยเพียงพอ. โดยทั่วไปการปรับแต่งจะครอบคลุมถึงเครื่องมือสปินเดิล, การจำลองโหลดตามหลักอากาศพลศาสตร์, การวัดแรงบิดความเร็วสูง, และการควบคุมสภาพขอบเขตความร้อน. หากทีมของคุณกำลังพัฒนาหรือมีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับเทอร์โบชาร์จเจอร์ไฟฟ้าหรือชุดมอเตอร์บูสเตอร์ไฟฟ้า, ทีมวิศวกรของเรามีประสบการณ์ในการกำหนดค่าระบบตรวจสอบความเร็วสูงสำหรับแอปพลิเคชันเหล่านี้. ติดต่อเรา เพื่อหารือเกี่ยวกับความเร็วเฉพาะของคุณ, โหลด, และข้อกำหนดของรอบการทดสอบ.