電機額定功率與峰值功率的區別是什麼,額定轉矩與峰值轉矩的區別是什麼,如何利用峰值功率和峰值轉矩?
電動汽車用電機,如果長時間給電機控制器輸入最大扭矩/功率請求,電機運行工況是否會由峰值扭矩/功率曲線向額定扭矩/功率曲線遷移?
從電動汽車來的「系統」的角度來說,電機是一個「部件」。因此,與其從電機的內部結構去分析此問題,不如直接從電機的使用特性來分析——儘管在搞電機的專家來看,這很不專業。
根據多年的電動汽車開發經驗,答主認為可以從長時間工作是否需要散熱的角度來簡單地區分「額定」與「峰值」——峰值功率與峰值轉矩是需要良好的散熱條件來維持的,而額定功率與額定轉矩則只需要普通的散熱條件。
在具體的工程項目中,答主曾在測功機台架與轉鼓台架上分別去測試一台50kW/28kW的永磁同步電機。此電機的說明書上寫著,峰值功率(&<90s),也就是說,廠家建議峰值功率維持不得超過90s。而實際試驗情況是這樣的:在測功機台架上,使用了一個超大的水泵用作散熱水循環,水量極其充足。使其50kW滿功率運轉半個小時,電機內部的線圈與電機控制器的IGBT溫度均不到80度,且沒有升高的趨勢——似乎一直保持峰值功率也沒關係,也不會損壞器件。(但也有可能某些電子器件的失效的主要相關因素不是溫度,那樣的話,雖然溫度不高但還是可能會損傷器件壽命)。
在轉鼓試驗台上,有一次,汽車水泵失效了,做20%爬坡實驗(基本就是滿功率50kW),每次都失敗。後來查數據,發現IGBT的溫度在5秒內飆升至120度,電機自動保護降低至額定功率28kW了,於是就爬不上坡了。同時也發現,在IGBT為100度的時候,電機自動保護降低到35kW——比額定功率高,比峰值功率低。在散熱充分、溫度恢復正常後,又能夠以50kW爬坡。以上是從電動汽車的「系統集成」角度,對永磁同步電同的「峰值」與「額定」參數的理解。如果是從電機的「零部件」角度,理解肯定不同,也會更深入、更複雜(永磁同步電機、非同步電機、開關磁阻電機等不同電機情況下的答案應該也不同),限於知識水平,我就回答不了了。下面的答案是單純從電動汽車用電機本體及其控制系統角度進行解答,個人覺得 @張抗抗 從整車系統考慮該問題更加切題。
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謝邀。
題主請直接看分割線下面的部分,如果感興趣可以看下前面一段。
首先,不同意第一個回答的答案,在他的答案中提到:
首先,對於一台已經加工好的電機,他的電阻、電感等固有屬性已經不再發生變化了。那麼決定電機可以輸出多大功率的因素,主要是電壓。因為電壓升高,電流也升高,這時電功率變大,輸出功率也隨之變大。
第一句話就不大對:1、任何電機的內阻都會隨溫度變化而變化,而由於電動汽車用電機的轉矩密度較大,相電流有效值也都較大,銅耗發熱量還是很客觀的,因而其電阻變化還是較為明顯的;2、電機電感會隨線圈通電頻率變化;以上兩點與題主問題無關,僅僅是常識問題;
第二句話同樣不對:在電動汽車中,目前大部分採用非同步電機(特斯拉)、永磁同步電機(某龍混合動力大客車),其調速運行均需採用專用電機控制器(一般為DSP控制的電壓源型逆變器)實現,而不是簡單的如直流機般變壓調速。電機控制器的母線電壓由電池組提供,電壓不可變。
電機又不是個純電阻,電壓升高、電流也升高這種話從何提起??
電機控制器調製出的線電壓與轉速相關、相電流與轉矩相關,給定轉速升高時,線電壓會升高;給定轉矩升高時,相電流會升高;電機輸入功率與線電壓、相電流乘積正相關、輸出功率與轉速、轉矩乘積正相關。
弄清這一點後,我們明白了所謂控制器的控制信號,其實就是電壓信號,當需要大功率時,提高一點電壓,當需要小功率時降低一點電壓。
這個第三句話還是不對:控制器的控制信號一般由電位器提供,給出的確實是電壓,但不是驅動電機的電壓,而是代表給定轉速或轉矩(電動汽車中一般為轉矩)的電壓信號,控制器收到給定轉矩信號後經過演算法給出驅動信號,驅動電機達到給定轉矩。
至於下面的答題,我覺得有些部分還是有道理的,但是該答主估計對電動汽車中的電控部分了解不多,所以有關電動汽車內部分的闡述多多少少有些問題,就不一一指出了。
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以上為糾錯,下面答題。額定功率就是效率高、能長時間穩定工作的功率點,考慮額定功率必須同時考慮額定轉速和額定轉矩,光知道額定功率不靠譜,特別是對於電動汽車用電機來說,由於其需要工作在非常寬的轉速範圍內,因而轉速範圍和額定轉矩這兩個參數在電動汽車應用中異常重要。
額定轉矩就是可以長時間穩定工作的轉矩工作點,也就是說電機長時間通入這個轉矩需要的電流,電機可以長時間運行而不會過熱或其他故障;
轉速範圍是這個電機可以工作的轉速範圍,最小值通常為0(當然有些電機無法在很低速時穩定工作,轉速最小值會不為0,謝 @劉奇聰 提醒),最大值為峰值轉速,而這個電機在額定轉矩下,效率最高的那個轉速點,通常被稱為額定轉速。
額定功率就是額定轉速和額定轉矩的乘積,當然轉速單位為r/min時要變成rad/s。
峰值轉矩就是該電機可以達到的、並可以短時工作而不故障的最大轉矩值。
很明顯,峰值功率即為峰值轉速和峰值轉矩的乘積。
這樣題主要求的四個量都解釋清楚了。
至於「如果長時間給電機控制器輸入最大扭矩/功率請求,電機運行工況是否會由峰值扭矩/功率曲線向額定扭矩/功率曲線遷移」,如果你給電機控制器信號要求它輸出最大轉矩,那麼它一定會一直輸出最大轉矩,直到過流保護/過熱保護/燒掉為止。
如果程序里沒有這麼貼心的設定,它肯定不會向額定點遷移。
想想也能明白,我現在開著車在爬一個陡坡,油門踩死,給到峰值轉矩了,結果它自己偏偏向額定轉矩遷移了,而額定轉矩無法讓我的車繼續爬坡,好吧,坡還沒爬完車掉下去了,應該沒人會在程序里這麼寫的吧?電機控制是控制的扭矩。如果電位器一直request最高的torque. 電機是先用最大扭矩工作,這段時間隨著rpm增加扭矩可以保持在比較恆定的最高水平,功率也成比例增大。過了某個轉速,電機功率達到最大,這個時候torque隨rpm增大而減小,電機以最大功率工作。
電機的運行會產生損耗,損耗會以發熱的形式出現。因此在電機實際設計和製造的時候是需要考慮冷卻來保證絕緣材料不會因為高溫而失效。絕緣材料的等級IEC有相應規定。絕大多數的電機是按照長期運行的條件來設計的(24/7),額定功率表示的是電機可以在這個的運行條件下穩定輸出的功率。電機的轉速由級數和頻率決定,額定功率和額定轉速下的道德力矩就是額定力矩。定速電機的峰值轉矩指的是電機的最大轉矩倍數,峰值功率可以依據這個轉矩和當時的轉速計算。計算峰值功率和轉矩的時候可以不考慮散熱,不過散熱好壞可以決定電機在峰值水平可以挺多久變頻電機的話,峰值功率/轉矩。取決於勵磁水平和轉速,討論問題要考慮的因素更多。總而言之,言而總之。拋開轉速討論轉矩和功率,都是耍流氓
這個問題是沒法回答的,都不知道你用的非同步電機,永磁同步電機,直流無刷電機還是開關磁阻電機,對於採用半橋全橋或者改進型的電路拓撲結構,不同的控制原理這些都不知道。怎麼回答都是扯淡。現在很多都能做到過載運行,只是效率的問題。
我們老師講課的時候這麼比喻的,她能背個書包走很久,扛一袋大米也能走一段,但是抗一天肯定累死。
你需要提供:你用的非同步電機,永磁同步電機,直流無刷電機還是開關磁阻電機?如果不提供,採取在大學階段接觸的知識,也多得很。相當多的電路拓撲結構,不同的控制原理。怎麼回答都是扯淡。現在很多都能做到過載運行,只是效率的問題。
低速恆轉矩,高速恆功率。峰值功率和峰值轉矩的利用:在做動力匹配的時候,將正常行駛的車速定位到最佳效率區間,將峰值轉矩定位到起步和爬坡上。電機的額定功率則使用在車輛是最高穩定車速下。
啟動時電流是額定電流的4到8倍,所以功率和扭矩比額定值大很多。
沒什麼概念。
額定就是能長時間運行的狀態,峰值就是可以短時間運行而不影響電機的狀態,可以這麼簡單的理解
顯然題主對直流電源的多相無刷電機沒什麼概念!
另外,在絕大多數情況下,「額定」指可「長時間」正常工作的「最大值」;「峰值」指可「短時間(幾秒至幾分鐘)」工作的最大值。推薦閱讀:
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