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"电动自行车实用技术“一书,明年3月天津自行车展览会发行,现在我摘录有关部分(此部分有我写的,初稿)
第十一章电机的性能检验
11.1电动机的常规检验(测试)
电动机的常规检验包括出厂检验和型式检验(又称型式试验或定型试验),两种检验的内容由技术条件规定。根据天津市地方标准DB12/T 248-2005“电动自行车用永磁直流电动机技术条件”和DB12/T 249-2005” “电动自行车用无刷直流电动机技术条件”的规定,出厂检验和型式检验均应对电机的额定参数进行检验,额定参数包括额定功率、额定电压、最高额定转速、额定电流、效率。
由公式(3.3)和(3.11)可以导出电机效率的2种试验方法。公式(3.3)给出的是直接法,也叫输入——输出法;公式(3.11)给出的是间接法,也叫损耗分析法。这2种方法在国家标准“直流电机试验方法” GB1311-89中,同时被允许采用。而在另一国家标准“小功率电动机通用技术条件” GB/T 5171-2002中规定,效率的测定方法以直接法(推荐采用测功机)为准。由于直接法是建立在输出和输入两个大数之比的基础上的测定方法,因此要求测试设备的精度和操作技术都比较高,而且还要经常对测功机进行校准才可能取得保证的精度,实际测试数据的重复性不一定太好。损耗分析法常常被电机专业人员应用,因为它是通过测量电机的电阻,电流,电压等参数,进行损耗的计算得到的,无需测试转矩,而转矩的测量精度远比其它电量测量误差大,尤其在电机旋转和动态时。损耗的计算精度一般也比较高,因而测试数据的重复性极高。当你感觉到测试的数据可疑时,如电机效率偏离正常值较大(与同转速的其它产品比较),而设计上又没有什么新鲜东西,你就应当怀疑此测试报告的正确性,我建议你用损耗分析法试试。具体操作可以参考国家标准“直流电机试验方法”。损耗分析法还特别适用于那些没有测功机的一般用户。
11.3电动机的虚拟测试
电动机的虚拟测试是用虚拟的方法再现电机的工作状态,根据电机的转矩、电势的方程式(见第九章)进行参数计算。
虚拟测试首先应当取得几组数据,一组空载数据和2组以上负载数据。所有数据都在额定电压U下测得。空载数据是:空载电流I0;空载转速n0。负载数据数据是:负载电流I1,I2,I3;负载转速n1, n2, n3(下标相同的是同一族数据)。负载时电流选择大约为额定电流的50%,75%,100%时测得。加载的方法是电动——发电机的方法,电动机与负载发电机可以用链连接(图3.38),它适用于轮毂式电机或连轴器(图3.39)连接,后者适用于内转子电机。
与被测试电机连接的是负载电机,负载电机一般选直流电机,其转速与被测试电机相差不要太大(不要超过1倍),负载电机的负载是电阻(或电子负载)。电阻用可变电阻器或用移动电阻丝抽头的方法改变电阻值。后者经济和方便,容易就地解决。电阻丝的功率应当满足流过的电流要求,不要使电阻丝过热。例如负载发电机的电压是36V,加载到200W时电流是5.56A,电阻是6.47欧姆。我们可以选择1500W,220V的电炉丝盘在方形炉盘的槽上,中间抽头,其等效电阻是单根电阻丝的1/4。单根电阻丝的电阻是32.27欧姆,中间抽头并联后的等效电阻是8.07欧姆(热态)。这个电阻允许的电流是6.8-13A,完全满足我们的试验用。要注意的是负载电机转速宁可高一些也不要低,用链连接的传动可以通过改变两个飞轮的牙数来实现。连轴器连接则无法改变被测试电机与负载电机的转速比。
在低速试验时,有时会发现,无论如何负载也调不上去,即使负载发电机G的电枢绕组短路也调不上去,其原因是负载电机在低速时,电机发出的电势太低。因为转矩与电流成正比,增加负载转矩就要增加电流,此时唯一的方法就是外加(串联)电势R(图3.40)。叠加后的回路总电势增加,电流和负载转矩就可以调上去。我们称此种方法为恒(电)流法,恒流法是电机试验的一个非常有用的技巧。
得到几组试验数据后,就可以开始对数据进行处理。
a.动态电阻Rz计算
在研究中发现,由于电感的存在,电机的机械特性(函数n=fM或 n=fI,转速与转矩或电流的关系曲线)发生了误差。
公式
(3.13)
是直流电动机的表达式,当换向片很少时,用电枢电阻R代入上式计算会发现,转速计算值比试验值高,换向片越少,差别越大。由于无刷直流电机是由3片换向片的直流电机演变而来的,它实际上就是3片换向片的直流电机的定子和转子的换位。因此无刷直流电机的上述误差就更大。我们把这种误差的起因归为动态电阻(或等效电阻,等效阻抗)的存在,也就是实际的动态电阻Rz相当于直流电机电枢回路电阻,当然动态电阻也应当包括控制器的功率对管压降。
动态电阻按下式计算
Rz=(U2n1-U1n2)/(I2n1-I1n2)
b.电势系数Ke计算
Ke=(U-IRz)/n
c.转矩M计算
M=9.55Ke(I-I0)
d.转速n计算
n=(U-IRz)/Ke
e.功率P2计算
P2=Mn /9.55
f.效率η计算
η= P2/IU
下面我们以一台36V无刷直流电机的1组实测数据为例,说明虚拟测试方法的具体运用:
U1=35.9 V,n1=275 r/min,I1=3.2 A,
U2=35.6 V,n2=254 r/min,I2=7.25 A,
n0=281 r/min,I0=0.69A,线电阻RLL=0.29 Ω
计算:
Rz=(U2n1-U1n2)/(I2n1-I1n2)=(35.6*275-35.9*254)/(7.25*275-3.2*254)=0.5685 Ω
Ke=(U1-I1Rz)/n1=(35.9-3.2*0.5685)/275=0.12393 (I=3.2 A时)
Ke=(U2-I2Rz)/n2=(35.6-7.25*0.5685)/254=0.12393 (I=7.25 A时)
M1=9.55Ke(I-I0)=9.55*0.12393*(3.2-0.69)=2.97 Nm (I=3.2 A时)
M2=9.55Ke(I-I0)=9.55*0.12393*(7.25-0.69)=7.764 Nm (I=7.25 A时)
n1=(U1-I1Rz)/Ke=(35.9-3.2*0.5685)/0.12393=275 r/min (I=3.2 A时)
n2=(U2-I2Rz)/Ke=(35.6-7.25*0.5685)/0.12393=254 r/min (I=7.25 A时)
P21=M1n1/9.55=2.97*275/9.55=85.5 W (I=3.2 A时)
P22=M2n2/9.55=7.764*254/9.55=206.5 W (I=7.25 A时)
η1= P21/I1U1=85.5/3.2/35.9=0.744 (I=3.2 A时)
η2= P22/I2U2=206.5/7.25/35.6=0.80 (I=7.25 A时) |
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