毛鵬軍 殷珊珊 張家瑞 閔俊杰 張亞龍

摘 要： 在通過電壓電流傳感器、轉矩轉速傳感器自行搭建的試驗臺上分析了電動拖拉機電驅動系統(tǒng)的輸出特性。在加速踏板的開度一定時，電驅動系統(tǒng)的輸出特性與載荷有關；在不同的加速信號下，工作的轉速范圍不同，由于功率的限制，最終達到穩(wěn)定狀態(tài)；完成了電機控制器和電源的效率試驗，電機控制器的效率在80%以上，電源的效率在90%以上。實驗結果表明，從蓄電池組到電機控制器的能源利用率較高，為整車控制器的研究奠定了基礎。

關鍵詞： 電驅動系統(tǒng)； 傳感器； 載荷； 輸出特性； 效率試驗； 電機控制器

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）19?0151?04

Abstract： The output characteristics of electric tractor electric drive system are analyzed on the test platform established by voltage and current sensor， and torque and rotation speed sensor. When the open degree of accelerated pedal is constant， the output characteristics of electric drive system are related to its load. With different accelerated signals， the range of working speed is different， and the system eventually reaches the stable state due to power of limit. The efficiency experiments of motor controller and power supply are carried out. The efficiency of motor controller and power supply can reach above to 80% and 90% respectively， which shows that the energy efficiency from the storage battery to the motor controller is high， and lays a foundation for the research of vehicle control unit.

Keywords： electric drive system； sensor； load； output characteristic； efficiency experiment； motor controller

0 引 言

能源和環(huán)保問題受到全球各界的高度關注，故研發(fā)低噪聲、零排放、高效、節(jié)能的電動農(nóng)機已成為全球的熱點。電動拖拉機是集新能源、新材料、新的電力電子和電機等高新技術于一體的高科技產(chǎn)品，是國家“十三五”規(guī)劃中重要的一部分。

電動拖拉機工況復雜，所以在動力控制部分存在一定的技術問題，以至于最重要的整車控制器還停留在實驗階段，這主要是缺乏對電機各種載荷輸出特性的研究。本文通過電壓電流傳感器、轉矩轉速傳感器自行搭建試驗臺，從踏板開度一定、不同加速信號、效率試驗三個方面對電驅動系統(tǒng)的輸出特性進行研究，為控制器的研究奠定一定的基礎。

1 試驗臺搭建

1.1 試驗臺待測裝置選型

本設計的蓄電池選用鉛酸蓄電池作為動力源，采用直流串勵電動機的基本參數(shù)為：功率5 kW、電壓72 V、電流68 A、額定轉矩2 800 N·m。根據(jù)電動機的基本參數(shù)，選用IPMC2509?7240作為控制器。該控制器為直流串勵電動機提供了平滑無極調速正反轉控制。電壓變送器為HNV?200T電壓變送器，電流變送器為HDC?600H電流變送器，主要參數(shù)如表1所示。轉矩轉速為ZH07?500型傳感器，主要參數(shù)見表2。試驗中轉矩轉速傳感器如圖1所示。

1.2 試驗臺搭建

電機及其控制器的臺架試驗的框圖如圖2所示。自行搭建的電驅動試驗臺如圖3所示。試驗平臺包括4個模塊，分別為電源檢測模塊、動力輸出模塊、負載模擬模塊和數(shù)據(jù)采集模塊。

電驅動系統(tǒng)的輸出特性與電機的固有特性、蓄電池的性能、連續(xù)作業(yè)時間、續(xù)駛里程、輸出電壓、電流大小、傳動部件等因素有關。在自行搭建的電驅動系統(tǒng)試驗臺上對電驅動系統(tǒng)輸出特性進行試驗研究。

2 室內(nèi)試驗

電驅動系統(tǒng)的輸出特性與電機的固有特性有關，本文采用試驗方法與理論方法進行對比研究其輸出特性。

本試驗采用兩對電壓電流變速器分別采集蓄電池組和電動機的電壓、電流信號；采用2個轉矩轉速傳感器采集左右兩個驅動輪的轉矩和轉速；再利用數(shù)據(jù)采集卡完成數(shù)據(jù)的處理。試驗分三種情況，設計如下：

2.1 加速踏板的開度一定

當加速踏板的開度一定時，通過調節(jié)負載控制器輸出電壓逐漸增加磁粉制動器的制動力矩，同時采集驅動輪的輸出轉矩、轉速和蓄電池的電壓、電流。為了證明試驗的可靠性，做3次重復試驗，記錄驅動輪的轉速，實驗數(shù)據(jù)如表3所示。

根據(jù)試驗結果，建立蓄電池的輸出特性如圖4所示，驅動輪的輸出特性如圖5所示。

2.2 不同的加速信號

通過電壓信號模擬加速踏板的開度，使加速信號分別為0.5 V，1.0 V，1.5 V，2.0 V，2.5 V，3.0 V時，逐漸增加磁粉制動器的制動力矩，同時采集驅動輪的輸出轉矩、轉速，蓄電池電壓、電流和電動機的電壓、電流；完成不同的加速信號下，電驅動系統(tǒng)的輸出特性。蓄電池和驅動輪的輸出特性如圖7，圖8所示。

3 結 論

1） 在加速踏板的開度一定時，電驅動系統(tǒng)的輸出特性與載荷有關，在負載較大、轉速較小時取得較大的功率，適合在載荷較大的田間工作。

2） 在加速信號分別為1.0 V，1.5 V，2.0 V，2.5 V，3.0 V時，蓄電池輸出特性的變化趨勢基本一致；在不同的加速信號下，工作的轉速范圍不同，由于功率的限制，最終達到穩(wěn)定狀態(tài)。

3） 完成了電機控制器的效率試驗，電機控制器的效率隨著負載的減小、轉速的增大而增加，并且電機控制器的效率都在80%以上；電源效率特性試驗，電源的效率隨著負載的減小、轉速的增大而增加，并且電源的效率都在90%以上，說明從蓄電池組到電機控制器的能源利用率都較高。

4） 基于傳感器的試驗研究證明了理論的正確性，但試驗只研究了一個檔位的輸出特性，對于以后的研究可以進行不同檔位試驗，并在此基礎上可以換成其他農(nóng)機。

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