电机的电流分分析
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公众号EV技研作者1900 2019-7-18原创 电动汽车

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电源电流

电池与电流

使用的电源是铅酸蓄电池或锂离子电池时,由于电机的线圈阻值是毫欧级的,以错误的PWM 占空比通电(持续通电),电路就会被烧掉。另外,对于使用电池的设备,管理从电源流入电机的电流非常重要。电池的特性也很重要。例如,12V 铅酸蓄电池的标称容量为“10A·h”,你会不会单纯地认为“100A 可以使用0.1h(6min)”呢?铅酸蓄电池是通过化学反应生电的电池,而化学反应是需要时间的。一般来说,铅酸蓄电池、锂离子电池等化学电池,放电电流越小,实际放电容量越大。在缓慢放电与快速放电状态下,电池的可用放电容量是不同的。因此,我们使用“小时率”这个概念来表示电池容量(图1)。

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图1

电池的小时率

小时率有“5 小时率”“ 1 0 小时率”“ 2 0 小时率”……摩托车用的电池为“5 小时率”,汽车用的电池为“20 小时率”……具体来说,表示10A·h 时的含义分别如下:

·5 小时率—电池容量可以维持5h 的2A 放电

·10 小时率—电池容量可以维持10h 的1A 放电

·20 小时率—电池容量可以维持20h 的0.5A放电

这3 种电池的标称容量都是10A·h,有人认为都是一样的。但是,20 小时率1 0 A·h 电池,维持2A 放电的时间不到5h 的可能性非常高。在容量允许的情况下,如果是12V 的铅酸蓄电池,电源电压会降低到10.5V 以下。从笔者的经验来看,EV 卡丁车用电池的标称容量为9.6A·h,平均工作电流在10A 左右,能维持约40min 就是极限了。

电流的测量

这种动力系统的大电流 测量有些棘手。测量电流时,必须让电流表与电源、负载串联起来,而安装和拆卸电流表都很麻烦。因此, 可以使用钳式电流表,通过电源线周边磁场间接测量电流。也可以在电源线路上设置分流电阻,并测量流入分流电阻的电流。图2 所示为 电源电流传感器,其电路图如图3

所示。

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图2

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图3

相电流的测量

电机的相电流并不局限于120°通电。但是,换流时线圈是感性负载,电流不会立即通过。而是像图4那样逐渐增加的。像这样,通过对电流的测量,就能准确地把握电机的负载状态。测量时,可以对3 个相进行测量,也可以对2 个相进行测量后对第3 个相进行估算。

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图4


电源电压与电机相电压

电源电压

使用稳压电源时,不用测量电源电压。但是,使用电池驱动时,若电源电压下降,电池内阻升高,无法满足电流需求,就会失控。因此,就要停止系统工作并发出警报。电压测量信号通过微处理器的A-D 转换器输入。

星形接法与假想中点

采用120°通电PWM 的情况下,必定有一相没有通电。如果U 相、V 相之间通电,那么W 相就不通电。此时,W 相产生反电动势(变成发电机)。反电动势与转速成正比,由此可以得出电机的转速。另外,对相电压进行测量,就可能推算出电机换流的时间点,如图5 所示。

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图5

也就是说,只要电机转动,即使没有霍尔传感器,也可以推算出电机换流的时间点。但是,要达到这个目的,就得找到中点。对于手工绕制的电机,能很容易找到中点;而对于电机成品,就有困难了。我们可以根据阻值找到假想中点,并使用A-D 转换器测量(图6)

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图6



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