電源電壓對電機性能的影響

徐 鵬，孟 濤，孫玲玲

（南京越博動力系統股份有限公司，江蘇 南京 201702）

電源電壓對電機性能的影響

徐 鵬，孟 濤，孫玲玲

（南京越博動力系統股份有限公司，江蘇 南京 201702）

影響車用電機性能的因素有很多，比如環境溫度、濕度、冷卻水溫、電源電壓、大氣壓等。本文主要通過一臺永磁同步電機在不同電壓點下的電動外特性測試數據，來分析電源電壓對電機扭矩、功率以及效率的影響。并且繪制曲線圖，從中找出存在的規律性。

電源電壓；永磁同步電機；性能

近年來，永磁同步電機在各個領域的應用越來越廣泛。尤其在新能源汽車行業，它以結構簡單、體積小、質量輕、損耗小、效率高、功率因素高、無轉速差等優點成為寵兒。

在平常的測試中，我們通常會關注電機在額定電壓點下的電機性能數據。當然，有時根據試驗要求，也會測試欠壓點和過壓點的電機性能數據，但是從未測試同一臺電機在大量不同電壓點下的性能。所以，筆者想通過此次試驗來彌補之前試驗中的空缺，并對試驗數據進行對比分析。本文處理數據的方式：通過試驗數據，將所有電壓點產生的扭矩-轉速曲線繪制在同一個坐標系內，這樣可以更加清晰地表現出相同轉速時，不同電壓點下所對應的扭矩差值及差值中存在的規律性。再以同樣的方式對比出不同電壓點下功率及效率的變化規律。

1 電源電壓對電機扭矩的影響

試驗參數為：永磁同步電機，額定功率/峰值功率為50/85 kW，額定扭矩/峰值扭矩為170/320 Nm，額定轉速/峰值轉速為2 800/6 000 r/min，1 000 r/min時線反電勢為71 V±3 %V。將一套電機系統分別置于378 V、418.5 V、459 V、499.5 V、540 V、580.5 V、 621 V、661.5 V、702 V這9種直流電壓下，然后進行電動外特性試驗，得出試驗數據，見表1。

根據表1的試驗數據，可以繪制出不同電源電壓下扭矩-轉速曲線，如圖1所示。

圖1 不同電源電壓下扭矩-轉速曲線

根據圖1曲線，可以找出以下規律。

1）當外加電源電壓為378 V、418.5 V、459 V時，電壓越小，基點轉速越小，即越早進入恒功率區。

2）當外加電源電壓為499.5 V、540 V、580.5 V及以上時，基點轉速都為2 537 r/min，并且6條曲線很接近。

表1 不同電源電壓下扭矩與轉速的測試數據

3）在恒扭矩區域中，9條曲線扭矩值在320 Nm上下波動很小。

4）在弱磁區域中，同一轉速下，小于等于499.5 V的4條曲線扭矩明顯依次變大；而499.5 V及以上的6條曲線扭矩變化較小。

5）在接近峰值轉速區域，排除異常數據后，可發現在同一轉速點，外加電源電壓越大，對應的扭矩值也相應越大。

2 電源電壓對電機功率的影響

由試驗直接可得到電源電壓與電機功率之間的數據，見表2。由數據可繪制出不同電源電壓下功率-轉速曲線，如圖2所示。

圖2 不同電源電壓下功率-轉速曲線

表2 不同電源電壓下功率與轉速的測試數據

根據圖2曲線，可以找出以下規律。

1）在恒扭矩區域，即使外加電源電壓不同，功率和轉速都成正比關系（P=T×n/9550，T不變，n越大，P越大）。

2）在恒功率區域，378～499.5 V這4條曲線間功率相差較大，并且存在嚴重掉功率現象；而499.5～702 V 這6條曲線基本在峰值功率85 kW上下波動。

3）在接近峰值轉速區域，排除異常數據后，可發現在同一轉速點，外加電源電壓越大，對應的功率值也相應越大。

3 電源電壓對電機效率的影響

由試驗可得到電源電壓與電機效率之間的數據，見表3。根據試驗數據，可以繪制出不同電源電壓下效率-轉速曲線，如圖3所示。

根據圖3曲線，可以找出以下規律。

1）在不同的電源電壓下，電機效率都存在快速上升、平緩上升和平緩下降3個階段。

圖3 不同電源電壓下效率-轉速曲線

2）在額定轉速2 800 r/min之前，378 V電壓下的電機效率最大，其他電壓下電機效率基本一致；在2 800 r/min之后，378 V電壓下效率隨即驟降至最小，并且其余電壓點中出現電壓越高效率越高的現象。

4 結論

本文主要通過一個臺架試驗來得到電機轉速、扭矩、功率、效率4個參數的大量數據，分別根據轉速-扭矩、轉速-功率、轉速-效率3個曲線圖進行了規律性分析，現進行總結見表4。

表3 不同電源電壓下效率與轉速的測試數據

表4 規律匯總

因為筆者對電機的研究頗淺，如上的結論只是通過試驗數據和一些參考資料結合所得，所以可能存在很多問題。但在后期的工作中，筆者會時刻關注電源電壓對電機性能影響的相關資料，如有新發現會及時更新。

［1］唐任遠.現代永磁電機理論與設計［M］.北京：機械工業出版社，2015.

［2］武建文，李德成.電機現代測試技術（第2版）［M］.北京：機械工業出版社，2015.

［3］鄭建華.電機控制與調速技術［M］.北京：機械工業出版社，2013.

（編輯 楊 景）

Effect of Power Supply Voltage on Motor Performance

XU Peng， MENG Tao， SUN Ling-ling
（Nanjing Yuebo Power System Co.， Ltd.， Nanjing 201702， China）

There are various factors that affect the motor performance， such as ambient temperature， humidity，cooling water temperature， power supply voltage， atmospheric pressure， etc. In this paper， through the electrical characteristic test data of a permanent magnet synchronous motor under different voltage points， the influence of power supply voltage on the motor torque， power and efficiency is analyzed. Based on the plotted graph， the pattern is identified.

power supply voltage; permanent magnet synchronous motor; performance

U463.645

A

1003-8639（2017）06-0043-04

2017-03-16

徐鵬（1992-），男，江蘇盱眙人，工程師；孟濤（1985-），男，江蘇徐州人，工程師；孫玲玲（1981-），女，江蘇南京人，工程師。