Bàn thử nghiệm EESM: Cuộn dây rôto, Kích thích trường, và xác nhận cho động cơ đồng bộ kích thích bằng điện

Tại sao EESM quay trở lại cuộc trò chuyện về hệ thống truyền động EV

Động cơ nam châm vĩnh cửu đã thống trị lực kéo của xe điện trong hơn một thập kỷ, nhưng động cơ đồng bộ kích thích bằng điện đang có sự trở lại đáng kể. Megane E-Tech của Renault sử dụng EESM với rôto dây quấn và bộ kích thích không chổi than. Mercedes-Benz chỉ định EESM cho nền tảng thương mại eSprinter. Lý do rất đơn giản: không có nam châm đất hiếm, trường có thể kiểm soát, và hoạt động khử từ vốn đã an toàn trong điều kiện nhiệt độ cao hoặc có sự cố. Khi các OEM ô tô tìm cách giảm sự phụ thuộc vào chuỗi cung ứng neodymium và dysprosium, Trình độ EESM đang tăng tốc.

Kiểm tra EESM không giống như kiểm tra PMSM. Rôto dây quấn bổ sung thêm mạch điện thứ hai - cuộn dây kích từ - với lớp cách điện riêng, giới hạn nhiệt, và chế độ lỗi. Máy kích thích không chổi than (một máy phát điện nhỏ tích hợp với trục rôto) thêm sự phức tạp về mặt cơ học mà các thủ tục đánh giá PMSM đơn giản bỏ qua. Kỹ sư xác nhận cần một giao thức kiểm tra bao gồm rõ ràng việc kiểm soát dòng điện trường, cách điện cuộn dây rôto, hiệu suất kích thích, và sự tương tác giữa mức kích thích trường và đầu ra mô-men xoắn - không có cái nào xuất hiện trong động cơ cảm ứng AC tiêu chuẩn hoặc kế hoạch kiểm tra PMSM.

EESM khác với PMSM và động cơ cảm ứng như thế nào về mặt điện

• Cuộn dây từ trường trên rôto: Không giống như PMSM (nam châm vĩnh cửu trên rôto) hoặc động cơ cảm ứng (rôto lồng sóc ngắn mạch), EESM có cuộn dây cấp điện DC quấn quanh lõi rôto. Mức dòng điện trường điều khiển trực tiếp thông lượng khe hở không khí - và do đó điều khiển đường cong tốc độ mô-men xoắn - trong thời gian thực.
• Máy kích thích không chổi than: Hầu hết các EESM ô tô đều sử dụng hệ thống kích thích không chổi than: một máy phát điện xoay chiều nhỏ trên trục rôto (đảo ngược cực của stato/rotor so với máy chính) cung cấp DC cho cuộn dây kích từ thông qua bộ chỉnh lưu trên bo mạch quay cùng với rôto. Điều này giúp loại bỏ chổi than và vòng trượt nhưng yêu cầu bộ kích thích phải được xác nhận như một hệ thống con.
• Mô-men xoắn tối đa trên mỗi Ampe (MTPA) với trường suy yếu: Trong một PMSM, MTPA và suy yếu trường là tối ưu hóa góc dòng d-q thuần túy. Trong EESM, sự suy yếu của trường đạt được bằng cách giảm dòng điện kích từ - một trục điều khiển khác. EESM có thể đạt được độ suy yếu trường sâu hơn PMSM mà không có ràng buộc giới hạn hiện tại, cho phép dải công suất không đổi tốc độ cao tốt hơn.
• Không có mô-men xoắn cogging: Không có nam châm vĩnh cửu, mô-men xoắn cogging được loại bỏ bởi thiết kế. Đây là một lợi thế để vận hành hành trình hiệu quả cao và NVH có độ ồn thấp nhưng lại loại bỏ chỉ báo tự chẩn đoán mà các kỹ sư kiểm tra PMSM dựa vào để đánh giá tình trạng nam châm.

Các mục kiểm tra cốt lõi để xác thực EESM

1. Trường hiện tại so với. Lập bản đồ điện áp mạch hở

Khi rôto quay ở tốc độ định mức và stato hở mạch, dòng điện trường được quét từ 0 đến giá trị định mức tối đa (thường là 5–25 A DC tùy thuộc vào kích cỡ máy). Điện áp hở mạch tại các cực stator được ghi lại ở mỗi bước dòng điện. Đường cong từ hóa này (liên kết thông lượng khe hở không khí vs. dòng điện trường) đặc trưng cho trạng thái bão hòa của mạch từ và xác nhận rằng bộ kích thích cung cấp đủ dòng điện ở mọi tốc độ.

Số liệu chính: điện áp mạch hở ở tốc độ định mức và dòng điện định mức (V.), dòng điện trường bão hòa điểm đầu gối (MỘT), kích thích nhu cầu hiện tại ở trường định mức (A từ biến tần).

2. Cách điện và điện trở cuộn dây rôto

Cuộn dây kích từ rôto là vị trí lỗi cách điện có nguy cơ cao: nó quay, trải qua ứng suất ly tâm, thấy sự giãn nở nhiệt chênh lệch giữa đồng và sắt, và được tiếp xúc với DC được chỉnh lưu chứ không phải AC hình sin. Điện trở cuộn dây rôto được đo ở trạng thái nguội và ổn định nhiệt (tính hệ số nhiệt độ). Điện trở cách điện được đo giữa các đầu cực của cuộn dây kích từ và lõi rôto tại 500 VDC, với tiêu chí chấp nhận thường 10 MΩ tối thiểu. Độ tự cảm của cuộn dây được đo để xác nhận không có vòng dây bị chập.

Số liệu chính: điện trở DC lạnh (Ồ), điện trở nóng ở trạng thái ổn định nhiệt (Ồ), điện trở cách điện (MΩ tại 500 VDC), điện cảm cuộn dây trường (mH).

3. Sản xuất mô-men xoắn vs. Dòng điện trường tại nhiều điểm tốc độ

Tại mỗi điểm trong số ba điểm đặt tốc độ (30%, 70%, Và 100% tốc độ định mức), dòng điện stato được giữ ở giá trị định mức trong khi dòng điện kích từ được quét từ 20% ĐẾN 120% đánh giá. Mô-men xoắn đầu ra được ghi lại tại mỗi điểm kết hợp. Điều này tạo ra bề mặt MTPA cơ bản — mức dòng điện kích từ tạo ra mô-men xoắn cực đại cho dòng điện stato nhất định — và bộc lộ bất kỳ sự bất đối xứng nào trên bề mặt điều khiển cho thấy sự mất cân bằng cuộn dây rô-to hoặc giới hạn kích thích.

Số liệu chính: Dòng điện trường MTPA ở tốc độ định mức (MỘT), mô-men xoắn ở MTPA được chuẩn hóa thành mô-men xoắn định mức (%), dòng điện tại đó mô men bão hòa.

4. Phạm vi làm suy yếu trường và hiệu suất tốc độ cao

Động cơ được tăng tốc từ tốc độ cơ bản danh định đến tốc độ thử nghiệm lớn nhất (thường là 1,5–2× tốc độ cơ bản) ở dòng điện định mức stato trong khi dòng điện kích từ giảm dần. Mô-men xoắn và công suất được ghi lại như một hàm của tốc độ trong vùng suy yếu của trường. Tỷ lệ tốc độ công suất không đổi - tỷ lệ giữa tốc độ tối đa và tốc độ cơ bản - là thông số kỹ thuật chính cho động cơ kéo và phải được xác minh bằng thực nghiệm so với mục tiêu thiết kế..

Số liệu chính: tỷ lệ tốc độ công suất không đổi, mô-men xoắn ở tốc độ tối đa, dòng điện stato cần thiết để làm suy yếu trường tốc độ tối đa (MỘT), kích thích trở lại EMF ở tốc độ tối đa (V.).

5. Xác nhận hiệu suất và bộ chỉnh lưu không chổi than

Hệ thống con kích thích - máy phát điện nhỏ quấn ngược trên trục cộng với bộ chỉnh lưu quay - được thử nghiệm độc lập bằng cách kết nối một tải điện trở đã biết (mô phỏng cuộn dây từ trường) đến đầu ra của bộ chỉnh lưu trong khi quét dòng điện đầu vào của stato kích thích và tốc độ rôto. Điện áp DC đầu ra và độ gợn được đo. Thử nghiệm này xác định lỗi diode chỉnh lưu (có thể phát hiện được khi gợn sóng tăng lên) và cuộn dây kích thích không đối xứng trước khi lắp ráp toàn bộ máy.

Số liệu chính: Điện áp đầu ra DC ở dòng điện đầu vào kích thích định mức (V.), gợn AC trên đầu ra được chỉnh lưu (mV), đầu ra chỉnh lưu ở tốc độ quay tối thiểu (V tại 200 vòng/phút).

6. Quản lý nhiệt của cuộn dây rôto

Cuộn dây rôto không có đường làm mát trực tiếp - nhiệt phải dẫn qua sắt rôto đến trục và khe hở không khí. Nhiệt độ cuộn dây rôto được đo bằng cách tăng điện trở (Phương pháp ΔR trên mỗi IEC 60034-1) vì cảm biến trực tiếp khó gắn trên các bộ phận quay. Thử nghiệm cho động cơ chạy ở tải định mức trong khoảng thời gian thử nghiệm nhiệt xác định và xác nhận rằng độ tăng nhiệt của cuộn dây rôto vẫn nằm trong giới hạn cấp cách điện. (Lớp F: 100 K tăng trên 40°C môi trường xung quanh, Lớp H: 125 K tăng).

Số liệu chính: Độ tăng nhiệt độ cuộn dây rôto ở trạng thái ổn định nhiệt (K), tăng nhiệt độ cuộn dây stato (K), nhiệt độ vòng bi ở trạng thái ổn định nhiệt (°C).

Tích hợp thử nghiệm EESM vào Chương trình phát triển xe điện của bạn

Chứng chỉ EESM không thay thế trải nghiệm kiểm tra PMSM - nó mở rộng nó. Động lực kế bốn góc phần tư tương tự, yêu cầu độ chính xác của bộ chuyển đổi mô-men xoắn tương tự (0.1% FS hoặc cao hơn), và áp dụng thiết bị đo nhiệt tương tự. Giao diện điều khiển có những thay đổi gì: Bàn thử nghiệm phải cung cấp và điều khiển chính xác nguồn dòng điện kích từ DC độc lập với bộ biến tần stato chính, được đồng bộ hóa với vị trí rôto để ánh xạ MTPA chính xác. Chẩn đoán cuộn dây rôto - điện trở cách điện, tăng sức đề kháng, độ tự cảm - yêu cầu một kênh đo DC điện áp thấp riêng biệt có thể tiếp cận an toàn các đầu ra của bộ kích thích thông qua một thiết bị cố định vòng trượt hoặc kết nối với các đầu cuối của cuộn dây rôto trước khi lắp ráp.

Nếu chương trình phát triển xe điện của bạn đang hướng tới động cơ kéo EESM - dù là để giảm lượng đất hiếm, mở rộng phạm vi làm suy yếu trường, hoặc khả năng chịu lỗi nhiệt - thông số kỹ thuật của băng thử nghiệm cần được cập nhật trước khi nguyên mẫu đầu tiên xuất hiện. Liên hệ với nhóm kỹ thuật của chúng tôi để xem xét các yêu cầu xác thực EESM của bạn và định cấu hình giải pháp kiểm tra phù hợp.