Автомобілі з гібридною трансміссією і комбінованою енергетичною установкою (стр. 7 из 15)
Рисунок 3.16 показує залежність крутного моменту електродвигуна від механічного кута повороту ротора при струмі 75, 150, 200 і 250 A, відповідно. При струмі 250 A крутний момент зростає до 400 Н∙м.
Рисунок 3.16 – Залежність крутного моменту електродвигуна від кута положення ротора при різному струмовому навантаженні
Керуючий механізм передачі використовувався, щоб захватити вал електродвигуна і обертати його з приростом в сегментах. Значення крутного моменту отримані при поставлянні синусоїдального струму в різні точки вала. Отримані дані використовувались для побудови графіка зображеного на рисунку 3.17. Струм і відповідні йому значення крутного моменту приведені в таблиці 3.2. Після випробування було підтверджено відсутність розмагнічування при нагріванні статора.
Сім значень максимального крутного моменту для різних поточних кутів показані на рисунку 3.18. Ця серія випробувань показує ефективність пускової тягової характеристики електродвигуна Пріус.
Рисунок 3.17 – Залежність крутного моменту від кута повороту вала електродвигуна (при блокуванні ротора)
Таблиця 3.2 – Залежність крутного моменту від кута повороту вала електродвигуна
| Кут повороту ротора, град. | Крутний момент ротора електродвигуна | ||||||
| 50А | 75А | 100А | 125А | 150А | 200 | 250А | |
| 90 | -1,9 | -0,6 | 3,5 | 5,3 | 3,6 | 6,0 | 10,0 |
| 92 | 0,7 | 2,4 | 0,7 | 0,0 | -7,6 | -9,6 | -10,1 |
| 94 | 1,01 | -2,8 | -8,1 | -15,0 | -25,7 | -37,6 | -43,3 |
| 96 | 0,2 | -3,0 | -9,0 | -17,0 | -24,7 | -35,4 | -46,2 |
| 98 | 1,9 | -2,3 | -5,8 | -12,0 | -17,3 | -26,7 | -33,8 |
| 100 | 7,3 | 6,1 | 6,1 | 2,0 | -3,5 | -11,7 | -16,4 |
| 102 | 14,5 | 11,8 | 10,4 | 9,0 | 7,4 | 0,0 | -1,9 |
| 104 | 19,6 | 20,8 | 22,0 | 24,0 | 25,8 | 27,0 | 31,7 |
| 106 | 25,8 | 34,0 | 41,0 | 53,0 | 54,8 | 62,0 | 78,1 |
| 108 | 34,1 | 48,3 | 61,0 | 72,0 | 83,6 | 99,2 | 114,2 |
| 110 | 45,5 | 64,0 | 82,0 | 96,0 | 109,9 | 132,0 | 158,5 |
| 112 | 48,2 | 72,4 | 95,0 | 116,0 | 127,8 | 157,0 | 181,6 |
| 114 | 55,8 | 81,9 | 109,0 | 135,0 | 151,0 | 189,2 | 222,0 |
| 116 | 63,9 | 92,6 | 125,0 | 151,0 | 177,4 | 214,3 | 255,0 |
| 118 | 73,1 | 112,5 | 149,0 | 182,0 | 208,1 | 258,6 | 302,0 |
| 120 | 74,0 | 117,7 | 157,0 | 193,0 | 223,0 | 277,0 | 324,0 |
| 122 | 70,9 | 114,1 | 158,0 | 199,0 | 229,0 | 286,1 | 337,0 |
| 124 | 59,1 | 102,1 | 149,0 | 191,0 | 223,0 | 280,4 | 332,0 |
| 126 | 50,2 | 89,0 | 136,0 | 192,0 | 221,0 | 286,6 | 339,0 |
| 128 | 47,3 | 79,0 | 120,0 | 162,0 | 198,2 | 271,2 | 331,0 |
| 130 | 38,8 | 63,5 | 98,0 | 133,0 | 159,6 | 228,2 | 287,0 |
| 132 | 19,0 | 33,0 | 59,0 | 82,0 | 99,7 | 134,2 | 175,0 |
| 134 | 3,4 | 7,1 | 20,4 | 30,0 | 25,3 | 58,3 | 87,0 |
Рисунок 3.18 – Залежність максимального крутного моменту від струму при блокованому роторі
3.2.2 Вимірювання зворотної ЕРС
Напруга зворотної ЕРС, вироблена електродвигуном і генератором виміряна при використанні трохи іншої конфігурації гібридної системи електроприводу. Випробувальні умови і розташування підсистеми для випробування електродвигуна і генератора наведені в таблиці 3.3. На протязі випробувань, осцилограф використовувався, щоб виміряти як середньоквадратичні(VСЕР) так і максимальні(VМАКС) значення напруги зворотної ЕРС.
Таблиця 3.3 – Випробувальні умови для вимірювання зворотної ЕРС
| Випробувальний елемент | Випробування двигуна | Випробування генератора |
| Границі швидкостей вала, об/хв. | 5000-6000 | 1000-6500 |
| Границі зміни температури оливи, 0С | 25-80 | 28-80 |
| Ротор двигуна | Встановлений | Встановлений |
| Масляний насос | Встановлений | Встановлений |
| Сонячна шестерня | Встановлений | Встановлений |
| Планетарна передача | Встановлений | Встановлений |
| Обертання підодиниць -двигун -генератор - планетарна передача | Функціонує Марний хід Марний хід | Функціонує Функціонує Функціонує |
3.2.2.1 Випробування електодвигуна
Виміряні значення ЕРС від електродвигуна показано в таблиці 3.4 і на рисунку 3.11. Температура мастильних матеріалів в процесі випробування двигуна була рівна 250С. Необхідно відмітити, що VМАКС по відношенню до VСЕР було більшим ніж корінь квадратний з 2 із за вмісту гармоніки в зворотній ЕРС.
Таблиця 3.4 – Результати вимірювання зворотної ЕРС електродвигуна Пріус
| Частота обертання осі, об/хв. | Частота обертання ротора двигуна, об/хв. | Крутний момент на осі, Н·м | Електрична частота, Гц | Виміряна зворотня ЕРС (VСЕР), В | Виміряна зворотня ЕРС (VМАКС), В |
| 122 | 502 | 8,0 | 33,8 | 42,0 | 75 |
| 243 | 1000 | 8,4 | 66,5 | 85,7 | 150 |
| 365 | 1502 | 9,3 | 99,8 | 132,3 | 225 |
| 486 | 1999 | 10,2 | 134,4 | 181,6 | 300 |
| 608 | 2501 | 10,8 | 168,1 | 221,8 | 350 |
| 729 | 2999 | 11,3 | 200,2 | 269,3 | 425 |
| 851 | 3501 | 12,0 | 233,9 | 315,7 | 500 |
| 972 | 3999 | 12,6 | 265,4 | 354,6 | 575 |
| 1094 | 4501 | 13,1 | 295,7 | 405,5 | 625 |
| 1215 | 4999 | 13,6 | 333,0 | 440,4 | 700 |
| 1337 | 5500 | 14,6 | 366,3 | 503,4 | 775 |
| 1458 | 5998 | 15,6 | 401,3 | 539,8 | 850 |
Відмітимо, що випробування проводились з блокованими диференціалами при температурі оливи, рівній кімнатній.
Рисунок 3.19 – Залежність зворотної ЕРС електродвигуна від частоти обертання ротора
При 3600об/хв. зворотна ЕРС досягає 500В. Постійна напруга в Пріус може бути підвищена лише до 500 В, а не до 850 В, як це показано при 6000 об/хв. Ці величини показують, що необхідно зробити слабшою обмотку збудження або струмовий кут для досягнення високих швидкостей.
Через високі значення зворотної ЕРС виникає потреба в високоефективній ізоляції. В електродвигуні використовується пряме масляне охолодження для його провітрювання і тому олива допомагає збільшувати силу ізоляції.
На рисунку 14 зображено, як змінюється частота і амплітуда зворотної ЕРС електродвигуна від частоти обертання його ротора.
Рисунок 3.20 – Зміна частоти ЕРС електродвигуна Пріус.
3.2.2.2 Випробування генератора
Виміряні значення зворотної ЕРС генератора наведені в таблиці 3.5 і зображені на рисунку 3.12. Температура оливи на протязі цього випробування була рівною 80 0С.
Таблиця 3.5 – Результати вимірювання зворотної ЕРС генератора Прус
| Частота обертання осі, об/хв. | Частота обертання ротора генератора, об/хв. | Крутний момент на осі, Н·м | Електрична частота, Гц | Виміряна зворотня ЕРС (VСЕР), В | Виміряна зворотня ЕРС (VМАКС), В |
| 100 | 1070 | 8,2 | 70,0 | 31,6 | 52,5 |
| 150 | 1605 | 9,4 | 109,4 | 49,4 | 80,0 |
| 200 | 2140 | 9,6 | 141,3 | 67,0 | 110,0 |
| 250 | 2675 | 9,0 | 180,6 | 83,5 | 135,0 |
| 300 | 3210 | 9,1 | 213,3 | 96,5 | 160,0 |
| 350 | 3745 | 9,5 | 247,9 | 113,5 | 190,0 |
| 400 | 4280 | 10,2 | 287,0 | 134,5 | 210,0 |
| 450 | 4815 | 10,8 | 320,6 | 144,5 | 240,0 |
| 500 | 5350 | 11,3 | 357,9 | 167,0 | 260,0 |
| 550 | 5885 | 11,6 | 292,2 | 182,0 | 290,0 |
| 600 | 6420 | 12,2 | 230,5 | 195,0 | 320,0 |
Рисунок 3.21 – Залежність зворотної ЕРС генератора від частоти обертання його ротора
Для того, щоб генератор був зв’язаний з системою механічно – вал електродвигуна був заблокований.
3.2.3 Вимірювання втрат потужності в гібридній системі приводу
Вивчено три типи втрат потужності, які впливають на повну ефективність гібридної системи електроприводу. Ці втрати вимірювались в ватах (Вт) і включають: 1) втрати на тертя в зачепленнях шестерень; 2) втрати в роторі електродвигуна; 3) втрати в планетарній передачі і роторі генератора. Визначення значень цих втрат досягається при окремому випробуванні трьох різних конфігурацій системи гібридного приводу при різних частотах обертання вала електродвигуна і температурах мастильних матеріалів. Встановлені елементи при випробуванні кожної з конфігурацій приведені в таблиці 3.6
Таблиця 3.6 – Конфігурації системи гібридного приводу при вимірюванні втрат потужності
| Конфігурація | Конфігурація А | Конфігурація Б | Конфігурація В |
| ДВЗ | Не встановлено | Не встановлено | Не встановлено |
| Ротор електродвигуна | Встановлено | Видалено* | Видалено |
| Ротор генератора | Встановлено | Встановлено | Видалено |
| Сонячна шестерня | Встановлено | Встановлено | Видалено |
| Планетарна передача | Встановлено | Встановлено | Видалено |
| Головна передача, диференціал, ланцюгова передача | Встановлено | Встановлено | Встановлено |
* ротор електродвигуна заміняють ротором, який не дає навантаження, а лише забезпечує механічний зв’язок коробки передач і планетарної передачі.