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        電動(dòng)增壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性試驗(yàn)研究

        2021-12-29 10:19:58丁占銘孔冰程振宇王曉遠(yuǎn)張巖曹曉琳
        車用發(fā)動(dòng)機(jī) 2021年6期
        關(guān)鍵詞:增壓器相電流壓氣機(jī)

        丁占銘,孔冰,程振宇,王曉遠(yuǎn),張巖,曹曉琳

        (1.天津大學(xué)電氣自動(dòng)化與信息工程學(xué)院,天津 300072;2.中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所柴油機(jī)高增壓技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300400;3.山西柴油機(jī)工業(yè)有限責(zé)任公司,山西 大同 037036)

        電動(dòng)增壓具有加速響應(yīng)快、調(diào)節(jié)靈活度高、增壓效率高等優(yōu)點(diǎn),是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外增壓技術(shù)的發(fā)展熱點(diǎn)[1-2]。對(duì)內(nèi)燃機(jī)而言,電動(dòng)增壓能夠解除傳統(tǒng)渦輪增壓對(duì)排氣能量的依賴,大幅提升進(jìn)氣壓力及流量的響應(yīng)性,顯著提升內(nèi)燃機(jī)的低速扭矩和加速性?;陔妱?dòng)增壓易實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)工況下的空燃比控制,降低加減速過(guò)程中的瞬態(tài)排放[3-4],這對(duì)內(nèi)燃機(jī)滿足日益嚴(yán)苛的排放法規(guī)至關(guān)重要。由于電動(dòng)增壓效率高、噪聲相對(duì)較小等優(yōu)點(diǎn),電動(dòng)增壓技術(shù)在燃料電池上同樣有著廣闊的應(yīng)用前景。

        隨著內(nèi)燃機(jī)與燃料電池等車用動(dòng)力裝置對(duì)電動(dòng)增壓技術(shù)需求度不斷提高,國(guó)內(nèi)外諸多企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)開(kāi)展了電動(dòng)增壓技術(shù)研究。Yamashita等[5]設(shè)計(jì)了額定功率2 kW、工作轉(zhuǎn)速140 000 r/min的電動(dòng)增壓器,加速響應(yīng)時(shí)間小于1 s,可使發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩響應(yīng)時(shí)間縮短35%。博格華納研發(fā)了多種型號(hào)的電動(dòng)增壓器[6],且通過(guò)研究證實(shí),電動(dòng)增壓可使發(fā)動(dòng)機(jī)在FTP-75駕駛循環(huán)下的燃油經(jīng)濟(jì)性提升約4%。大陸集團(tuán)[7]開(kāi)發(fā)的電動(dòng)增壓器最高轉(zhuǎn)速70 000 r/min,能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)油耗降低8.5%。Pierburg公司的Rothgang等[8]設(shè)計(jì)的電動(dòng)增壓器加速響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)350 ms。Aeristech有限公司的Tran等[9]開(kāi)發(fā)了最高轉(zhuǎn)速120 000 r/min的電動(dòng)增壓器,可將發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩響應(yīng)時(shí)間縮短50%。密歇根大學(xué)的Salehi等[10]研究認(rèn)為,電動(dòng)增壓器可將內(nèi)燃機(jī)低速低負(fù)荷時(shí)的燃油經(jīng)濟(jì)性提升4.6%。北京理工大學(xué)韓冀寧等[11]的仿真研究表明,電動(dòng)增壓可使發(fā)動(dòng)機(jī)低速油耗降低3 g/(kW·h)。本田公司的Sugawara等[12]發(fā)現(xiàn),采用電動(dòng)增壓技術(shù)后燃料電池電堆效率及功率得到有效提升,噪聲顯著降低。

        在更深入掌握系統(tǒng)控制特性的基礎(chǔ)上,可以通過(guò)優(yōu)化控制策略取得更好的性能。密歇根州立大學(xué)的Men[17]設(shè)計(jì)了線性二次型調(diào)節(jié)器來(lái)控制柴油機(jī)電動(dòng)增壓器對(duì)目標(biāo)壓力信號(hào)的追蹤情況。與PID控制器相比,線性二次型調(diào)節(jié)器能夠顯著降低超調(diào),而且能夠大幅縮短響應(yīng)時(shí)間。ABB公司Cortinovis等[18]研究了基于模型預(yù)測(cè)控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩來(lái)提升工業(yè)電動(dòng)空壓機(jī)穩(wěn)定性的方法,將壓氣機(jī)喘振裕度提升11%,同時(shí)將控制系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間縮減為原來(lái)的一半。Cortinovis等指出,為了實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的瞬態(tài)控制,需在深入研究電動(dòng)空壓機(jī)的非線性特性。

        綜合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,電動(dòng)增壓技術(shù)已受到廣泛關(guān)注。為了獲得更優(yōu)控制特性,對(duì)電動(dòng)增壓控制方法的研究逐漸增多。然而,目前對(duì)電動(dòng)增壓器動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的研究很少,這使得對(duì)電動(dòng)增壓器中高速電機(jī)、壓氣機(jī)等部件的復(fù)雜耦合關(guān)系認(rèn)知不足,難以摸清電動(dòng)增壓器的動(dòng)態(tài)控制特性,在一定程度上影響了電動(dòng)增壓器控制方法的優(yōu)化提高。本研究開(kāi)展了電動(dòng)增壓器動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性試驗(yàn)研究,通過(guò)分析目標(biāo)轉(zhuǎn)速突變、背壓閥變化、喘振等工況下電流、轉(zhuǎn)速、壓力等參數(shù)的變化規(guī)律,得到電動(dòng)增壓器關(guān)鍵參數(shù)動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律,分析參數(shù)間關(guān)聯(lián)關(guān)系,為深化電動(dòng)增壓器控制方法的研究奠定基礎(chǔ)。

        1 電動(dòng)增壓器試驗(yàn)臺(tái)架

        電動(dòng)增壓器動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的試驗(yàn)臺(tái)架見(jiàn)圖1。壓氣機(jī)進(jìn)口和出口處各布置一個(gè)動(dòng)態(tài)壓力傳感器,以測(cè)量電動(dòng)增壓器進(jìn)出口瞬態(tài)壓力的變化。采用可變磁阻轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量電動(dòng)增壓器轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)變化。在電動(dòng)增壓器控制器的輸入與輸出端,分別測(cè)量直流電流與電壓、三相交流電壓與電流,記錄其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。各動(dòng)態(tài)信號(hào)采集所用傳感器的型號(hào)及參數(shù)見(jiàn)表1。

        圖1 電動(dòng)增壓器動(dòng)態(tài)響應(yīng)試驗(yàn)臺(tái)架

        表1 動(dòng)態(tài)傳感器型號(hào)及參數(shù)

        所有動(dòng)態(tài)信號(hào)采用HBM eDrive功率分析儀采集,采樣率設(shè)置為250 kHz,采樣精度0.015%,足以精確捕捉本研究關(guān)心的電動(dòng)增壓器壓力、轉(zhuǎn)速、電壓、電流等參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化。進(jìn)口流量、進(jìn)出口總溫和總壓等測(cè)點(diǎn)均采用穩(wěn)態(tài)傳感器,用于確定壓氣機(jī)穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)。

        以某單級(jí)電動(dòng)增壓器為試驗(yàn)對(duì)象,它主要由壓氣機(jī)、永磁同步高速電機(jī)、空氣軸承等組成,最高轉(zhuǎn)速100 000 r/min,穩(wěn)態(tài)性能見(jiàn)圖2。電動(dòng)增壓器采用常規(guī)PI控制,研究對(duì)象具有一定的代表性。

        圖2 電動(dòng)增壓器穩(wěn)態(tài)特性圖

        2 目標(biāo)轉(zhuǎn)速突變下電動(dòng)增壓響應(yīng)特性

        為了摸清電動(dòng)增壓器動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,開(kāi)展了多種目標(biāo)轉(zhuǎn)速突變工況下的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)研究。試驗(yàn)過(guò)程中,電動(dòng)增壓器控制器母線直流電壓恒為540 V。

        圖3示出相同初始轉(zhuǎn)速、不同目標(biāo)轉(zhuǎn)速下,電動(dòng)增壓器相電流和相電壓有效值、轉(zhuǎn)速以及進(jìn)出口壓力的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線,試驗(yàn)中背壓閥開(kāi)度恒為35%。理論上永磁同步電機(jī)的三相電壓、電流相同,僅以u(píng)相為代表分析相電壓與相電流的響應(yīng)規(guī)律。在不同目標(biāo)轉(zhuǎn)速下,電動(dòng)增壓器的相電流出現(xiàn)相似的階躍倍增,而后相電流以相同的規(guī)律隨時(shí)間緩慢減小。從30 000 r/min加速到70 000 r/min和90 000 r/min工況下,相電流突增至最大值的響應(yīng)時(shí)間為4.5 ms左右。當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速接近目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí),相電流有效值突然減小,隨后經(jīng)反饋調(diào)節(jié)趨于穩(wěn)定。在目標(biāo)轉(zhuǎn)速突變時(shí),相電壓的有效值出現(xiàn)不足20 V的躍升,而后隨時(shí)間逐漸升高,實(shí)際轉(zhuǎn)速接近目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí)趨于穩(wěn)定。

        學(xué)校里比較老實(shí)的學(xué)生,經(jīng)常要受到那些壞同學(xué)的襲擊和欺負(fù),他們像膽怯的羊羔一樣,為了討好那些品德不端的學(xué)生,經(jīng)常要送一些飯票、香煙之類給這些壞學(xué)生,以免遭攻擊。我自己也曾這么做過(guò)??晌覜](méi)覺(jué)得難為情。因?yàn)槲矣X(jué)得人家比我強(qiáng)。我的視力不好。

        圖3 不同目標(biāo)轉(zhuǎn)速下電動(dòng)增壓升速響應(yīng)曲線

        電動(dòng)增壓器的加速過(guò)程如圖3c所示。電動(dòng)增壓器從30 000 r/min加速到40 000 r/min,70 000 r/min,90 000 r/min的時(shí)間約為0.34 s,0.9 s和1.4 s。電動(dòng)增壓器的加速過(guò)程滿足式(1)。

        (1)

        式中:J為電動(dòng)增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;ω為角速度;τm為電機(jī)轉(zhuǎn)矩;τc為壓氣機(jī)轉(zhuǎn)矩;τs為軸系摩擦轉(zhuǎn)矩。

        當(dāng)目標(biāo)轉(zhuǎn)速突變時(shí),相電流的突然增高使得電機(jī)轉(zhuǎn)矩躍升,而壓氣機(jī)和軸系摩擦等負(fù)載和損失轉(zhuǎn)矩基本不變,因此電動(dòng)增壓器進(jìn)入急加速狀態(tài);隨著轉(zhuǎn)速升高,電機(jī)轉(zhuǎn)矩增大,同時(shí)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)矩也明顯增大,轉(zhuǎn)速的增長(zhǎng)速率逐步減緩;當(dāng)轉(zhuǎn)速接近目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí),相電流大幅減小,轉(zhuǎn)速的增長(zhǎng)也明顯放緩。由于不同目標(biāo)轉(zhuǎn)速下相電流變化規(guī)律相似,因而電動(dòng)增壓器的加速曲線在開(kāi)始時(shí)近似重合。轉(zhuǎn)速變化范圍較大時(shí),轉(zhuǎn)速出現(xiàn)較明顯的超調(diào),在30 000 r/min至90 000 r/min的調(diào)節(jié)過(guò)程中轉(zhuǎn)速存在約1.5%的超調(diào)。試驗(yàn)結(jié)果表明,該電動(dòng)增壓器在轉(zhuǎn)速較高時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)速的控制誤差增大,在30 000 r/min,40 000 r/min下電機(jī)轉(zhuǎn)速控制誤差約為20 r/min,而在70 000 r/min,90 000 r/min下,電機(jī)轉(zhuǎn)速控制誤差增大為300 r/min。該增壓器還存在加速前短暫降速的現(xiàn)象。這些問(wèn)題反映了該電動(dòng)增壓器的控制策略存在提升空間。

        圖3d和圖3e給出了電動(dòng)增壓器進(jìn)出口壓力的動(dòng)態(tài)變化曲線。壓力波在管道內(nèi)的傳播速度可用聲速表征,壓氣機(jī)產(chǎn)生的壓力波至進(jìn)出口壓力測(cè)點(diǎn)的傳播時(shí)間不足2 ms,加上壓力脈動(dòng)等原因,試驗(yàn)中很難觀測(cè)到壓力波傳播引起的響應(yīng)遲滯,因此,進(jìn)出口壓力與轉(zhuǎn)速基本呈同步變化。當(dāng)目標(biāo)轉(zhuǎn)速突變時(shí),壓氣機(jī)進(jìn)口壓力先是突然減小約0.3 kPa,而后略有回升,之后逐步變化至穩(wěn)定值。出口壓力同樣先出現(xiàn)小幅擾動(dòng),而后逐步升高、調(diào)整至穩(wěn)定值。不同目標(biāo)轉(zhuǎn)速下,電動(dòng)增壓器出口壓力的變化規(guī)律和響應(yīng)時(shí)間類似。在30 000 r/min至90 000 r/min的調(diào)節(jié)過(guò)程中,出口壓力超調(diào)量約為2%。增壓器進(jìn)出口壓力的響應(yīng)曲線與電動(dòng)增壓器的轉(zhuǎn)速變化息息相關(guān),目標(biāo)轉(zhuǎn)速突變時(shí)出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速失控現(xiàn)象導(dǎo)致進(jìn)出口壓力均出現(xiàn)小幅擾動(dòng)。值得注意的是,增壓器加速前的突然降速(10~30 ms內(nèi)轉(zhuǎn)速降低5 000~10 000 r/min)不但沒(méi)有引起進(jìn)口壓力的突增,反而帶來(lái)了進(jìn)口壓力的突降,說(shuō)明動(dòng)態(tài)過(guò)程中壓力與轉(zhuǎn)速的關(guān)聯(lián)規(guī)律與穩(wěn)態(tài)下并不相同。

        圖3說(shuō)明,當(dāng)目標(biāo)轉(zhuǎn)速突變時(shí),雖然各參數(shù)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律不同,但開(kāi)始變化的時(shí)間基本相同,未觀測(cè)到明顯的時(shí)間延遲。對(duì)比來(lái)看,機(jī)械參數(shù)和氣動(dòng)參數(shù)的響應(yīng)時(shí)間是電氣參數(shù)的響應(yīng)時(shí)間的數(shù)十倍至數(shù)百倍。相電流的響應(yīng)時(shí)間最短,隨著目標(biāo)轉(zhuǎn)速的變化而階躍調(diào)整,這也是電動(dòng)增壓器動(dòng)態(tài)特性優(yōu)越的關(guān)鍵所在。轉(zhuǎn)速升高范圍較大時(shí),轉(zhuǎn)速和壓力均存在超調(diào)現(xiàn)象,說(shuō)明若希望動(dòng)態(tài)控制精度在2%以內(nèi),電動(dòng)增壓器應(yīng)視為二階或更高階的非線性系統(tǒng)。

        圖4示出降速工況下電動(dòng)增壓器參數(shù)變化規(guī)律。在目標(biāo)轉(zhuǎn)速突然降低時(shí),電機(jī)相電流有效值突降,導(dǎo)致電動(dòng)增壓器驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩不足,轉(zhuǎn)速逐步降低至目標(biāo)值,出口壓力也隨著轉(zhuǎn)速的降低而下降。與升速工況不同的是,降速工況下相電流的控制策略與轉(zhuǎn)速變化幅度有關(guān)。如圖4a所示,初始轉(zhuǎn)速為40 000 r/min時(shí),相電流經(jīng)歷一次突降后,轉(zhuǎn)速很快接近目標(biāo)值,調(diào)整過(guò)程相對(duì)較快;初始轉(zhuǎn)速為70 000 r/min時(shí),相電流在突降后還出現(xiàn)緩慢降低的過(guò)程,隨后的小幅調(diào)整過(guò)程也變長(zhǎng);初始轉(zhuǎn)速為90 000 r/min時(shí),轉(zhuǎn)速變化幅度最大,相電流有效值分兩階段突降,相電流首先突減至初始值的40%左右,維持一定時(shí)間后再次階躍降低,隨后緩慢調(diào)整至目標(biāo)值。

        圖4 不同初始轉(zhuǎn)速下電動(dòng)增壓降速響應(yīng)曲線

        背壓閥開(kāi)度會(huì)影響電動(dòng)增壓器的壓比和流量,背壓閥開(kāi)度增大會(huì)引起電動(dòng)增壓器流量增大、壓比降低,在試驗(yàn)所選開(kāi)度范圍內(nèi)電動(dòng)增壓器的負(fù)荷也會(huì)隨之增加。為了能夠更簡(jiǎn)單地描述電動(dòng)增壓器的進(jìn)出口壓力,引入靜壓比πs(如式(2))。

        (2)

        式中:p1,p2分別為電動(dòng)增壓器進(jìn)口和出口靜壓。

        電動(dòng)增壓器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性會(huì)受到背壓閥開(kāi)度的影響。圖5示出背壓閥開(kāi)度分別為35%和60%時(shí)電動(dòng)增壓器相電流、靜壓比、轉(zhuǎn)速、三相總有效功率的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線。試驗(yàn)結(jié)果表明,背壓閥開(kāi)度不影響電動(dòng)增壓器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律,僅對(duì)響應(yīng)時(shí)間和最終穩(wěn)定值有影響。當(dāng)目標(biāo)轉(zhuǎn)速?gòu)?0 000 r/min提升至90 000 r/min時(shí),不同背壓閥開(kāi)度下電機(jī)相電流發(fā)生相同的階躍變化,而60%開(kāi)度下電動(dòng)增壓器負(fù)荷較高,相電流達(dá)到穩(wěn)定值所需時(shí)間更長(zhǎng)。相應(yīng)地,60%開(kāi)度下靜壓比、轉(zhuǎn)速的響應(yīng)時(shí)間略大于35%開(kāi)度下的響應(yīng)時(shí)間。三相總有效功率的響應(yīng)曲線表明,60%開(kāi)度下的電機(jī)功率在1.72 s前一直略小于35%開(kāi)度下的功率,這是因?yàn)?0%開(kāi)度下電機(jī)轉(zhuǎn)速提升稍慢,導(dǎo)致三相有效功率稍低。在穩(wěn)定之后,60%開(kāi)度下的電機(jī)三相有效功率比35%開(kāi)度下高約25.5%。

        圖5 不同背壓閥開(kāi)度下電動(dòng)增壓器動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線

        3 背壓變化下電動(dòng)增壓響應(yīng)特性

        研究背壓變化時(shí)電動(dòng)增壓器動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性的試驗(yàn)操作為:維持電動(dòng)增壓器轉(zhuǎn)速不變,改變電動(dòng)增壓器后背壓閥開(kāi)度,此時(shí)電動(dòng)增壓器負(fù)載發(fā)生變化,從而引起轉(zhuǎn)速、電流等參數(shù)的相應(yīng)變化。

        如圖6,在背壓閥開(kāi)度從35%調(diào)節(jié)至70%,穩(wěn)定數(shù)秒再調(diào)回35%的過(guò)程中,相電流、靜壓比和三相總有效功率的變化基本對(duì)稱,而轉(zhuǎn)速呈“旋轉(zhuǎn)對(duì)稱”特征,這與負(fù)載變化規(guī)律和電機(jī)控制有關(guān)。背壓閥開(kāi)度增大時(shí),因負(fù)載增大轉(zhuǎn)速較快出現(xiàn)約100 r/min的降低,電機(jī)相電流迅速升高、功率增大,輸入電功率在0.5 s內(nèi)調(diào)整至高于負(fù)載功率,將轉(zhuǎn)速逐步提升至穩(wěn)定值附近。反之,當(dāng)背壓閥開(kāi)度減小時(shí),負(fù)載降低會(huì)使轉(zhuǎn)速升高,電機(jī)三相總有效功率隨之降低,但電機(jī)功率的降低較為滯后,仍高于負(fù)載功率,因此轉(zhuǎn)速逐步升高,直至負(fù)載功率趨于穩(wěn)定后,轉(zhuǎn)速迅速調(diào)整回穩(wěn)定值??傮w而言,電動(dòng)增壓器控制特性優(yōu)越,轉(zhuǎn)速與穩(wěn)定值的偏離僅為0.1%。

        圖6 90 000 r/min下背壓閥開(kāi)度變化時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線

        在背壓閥開(kāi)大過(guò)程中,與靜壓比變化曲線相比,電機(jī)相電流與三相有效功率更早地趨于平穩(wěn),這是因?yàn)樵诒硥洪y開(kāi)度升高過(guò)程中,壓氣機(jī)進(jìn)入阻塞區(qū),壓氣機(jī)耗功趨近于該轉(zhuǎn)速線上的極大值,耗功的變化趨于平緩。

        4 喘振工況下電動(dòng)增壓動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性

        維持電動(dòng)增壓器轉(zhuǎn)速不變,逐步減小背壓閥開(kāi)度,使電動(dòng)增壓器進(jìn)入喘振工況。如圖7所示,初始時(shí)壓氣機(jī)工作于穩(wěn)定工況,出口壓力平穩(wěn);隨著背壓閥開(kāi)度的減小,增壓器出口壓力出現(xiàn)明顯擾動(dòng),幅度相對(duì)較小,且能夠恢復(fù)穩(wěn)定;隨著背壓閥開(kāi)度繼續(xù)關(guān)小,增壓器的出口壓力變?yōu)橐?guī)律的周期性波動(dòng),波動(dòng)幅值隨著背壓閥開(kāi)度減小而增大。

        圖7 80 000 r/min下背壓閥逐步關(guān)小過(guò)程的出口壓力變化

        圖8示出80 000 r/min下電動(dòng)增壓器穩(wěn)定狀態(tài)和喘振狀態(tài)中轉(zhuǎn)速變化規(guī)律的對(duì)比。喘振狀態(tài)下,轉(zhuǎn)速波動(dòng)幅值明顯增大,出現(xiàn)明顯的周期性變化。如圖8b所示,頻域分析表明,電動(dòng)增壓器在喘振狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速波動(dòng)存在明顯的喘振頻率分量。得益于電動(dòng)增壓器出色的控制性能,即使在喘振這樣的非穩(wěn)定工作狀態(tài)下,電動(dòng)增壓器同樣能夠?qū)⑥D(zhuǎn)速波動(dòng)控制在較小范圍內(nèi)。

        圖8 80 000 r/min下穩(wěn)定與喘振狀態(tài)下轉(zhuǎn)速對(duì)比

        圖9示出80 000 r/min下電動(dòng)增壓器穩(wěn)定狀態(tài)和喘振狀態(tài)中u相電流有效值變化規(guī)律的對(duì)比。在穩(wěn)定工況下,相電流有效值的時(shí)域信號(hào)較為規(guī)律,以約75.5 Hz的頻率波動(dòng),波動(dòng)幅值約為均值的10%;而在喘振工況下,因氣動(dòng)負(fù)載降低相電流有效值的均值減小,但是波動(dòng)幅值明顯增大,波動(dòng)幅值約為均值的17%,波形明顯變得較為復(fù)雜。頻域分析表明,在喘振狀態(tài)下,電機(jī)的相電流有效值在26 Hz的喘振頻率處存在較大分量,幅值達(dá)到均值的3.7%。因此,在未測(cè)量瞬態(tài)壓力和流量的情況下,可以通過(guò)分析相電流有效值的頻譜變化得到電動(dòng)增壓系統(tǒng)的喘振頻率。

        圖9 80 000 r/min下穩(wěn)定與喘振狀態(tài)下相電流有效值對(duì)比

        值得注意的是,在喘振狀態(tài)下,電機(jī)相電流瞬時(shí)值的喘振頻率分量?jī)H為0.002 3 A,可以忽略,如圖10所示。

        圖10 80 000 r/min下穩(wěn)定與喘振狀態(tài)相電流瞬時(shí)值對(duì)比

        5 結(jié)論

        a) 電動(dòng)增壓器目標(biāo)轉(zhuǎn)速變化時(shí),電機(jī)相電流有效值發(fā)生階躍變化,響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí),電機(jī)轉(zhuǎn)速和壓力的響應(yīng)時(shí)間為秒級(jí);在轉(zhuǎn)速升高范圍較大時(shí),轉(zhuǎn)速、壓力均出現(xiàn)一定的超調(diào),說(shuō)明電動(dòng)增壓器應(yīng)視為二階或更高階的非線性系統(tǒng);

        b) 在升速工況,即使轉(zhuǎn)速變化范圍、背壓閥開(kāi)度不同,相電流有效值的變化規(guī)律也類似,而在降速工況,轉(zhuǎn)速變化范圍不同時(shí)相電流有效值變化規(guī)律不同,反映出升速和降速下不同的控制策略;

        c) 背壓閥開(kāi)度變大和減小時(shí)電動(dòng)增壓器轉(zhuǎn)速響應(yīng)略有不同,總體而言,背壓閥大幅變化下轉(zhuǎn)速與穩(wěn)定值的偏離較小,體現(xiàn)出電動(dòng)增壓器優(yōu)越的控制特性;

        d) 喘振工況下,電動(dòng)增壓器相電流有效值均會(huì)出現(xiàn)喘振頻率分量,但相電流的瞬時(shí)值基本不存在喘振頻率分量,可以通過(guò)分析相電流有效值的頻譜變化得到電動(dòng)增壓系統(tǒng)的喘振頻率。

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