电源电压对电机性能的影响

徐 鹏，孟 涛，孙玲玲

（南京越博动力系统股份有限公司，江苏 南京 201702）

电源电压对电机性能的影响

徐 鹏，孟 涛，孙玲玲

（南京越博动力系统股份有限公司，江苏 南京 201702）

影响车用电机性能的因素有很多，比如环境温度、湿度、冷却水温、电源电压、大气压等。本文主要通过一台永磁同步电机在不同电压点下的电动外特性测试数据，来分析电源电压对电机扭矩、功率以及效率的影响。并且绘制曲线图，从中找出存在的规律性。

电源电压；永磁同步电机；性能

近年来，永磁同步电机在各个领域的应用越来越广泛。尤其在新能源汽车行业，它以结构简单、体积小、质量轻、损耗小、效率高、功率因素高、无转速差等优点成为宠儿。

在平常的测试中，我们通常会关注电机在额定电压点下的电机性能数据。当然，有时根据试验要求，也会测试欠压点和过压点的电机性能数据，但是从未测试同一台电机在大量不同电压点下的性能。所以，笔者想通过此次试验来弥补之前试验中的空缺，并对试验数据进行对比分析。本文处理数据的方式：通过试验数据，将所有电压点产生的扭矩-转速曲线绘制在同一个坐标系内，这样可以更加清晰地表现出相同转速时，不同电压点下所对应的扭矩差值及差值中存在的规律性。再以同样的方式对比出不同电压点下功率及效率的变化规律。

1 电源电压对电机扭矩的影响

试验参数为：永磁同步电机，额定功率/峰值功率为50/85 kW，额定扭矩/峰值扭矩为170/320 Nm，额定转速/峰值转速为2 800/6 000 r/min，1 000 r/min时线反电势为71 V±3 %V。将一套电机系统分别置于378 V、418.5 V、459 V、499.5 V、540 V、580.5 V、 621 V、661.5 V、702 V这9种直流电压下，然后进行电动外特性试验，得出试验数据，见表1。

根据表1的试验数据，可以绘制出不同电源电压下扭矩-转速曲线，如图1所示。

图1 不同电源电压下扭矩-转速曲线

根据图1曲线，可以找出以下规律。

1）当外加电源电压为378 V、418.5 V、459 V时，电压越小，基点转速越小，即越早进入恒功率区。

2）当外加电源电压为499.5 V、540 V、580.5 V及以上时，基点转速都为2 537 r/min，并且6条曲线很接近。

表1 不同电源电压下扭矩与转速的测试数据

3）在恒扭矩区域中，9条曲线扭矩值在320 Nm上下波动很小。

4）在弱磁区域中，同一转速下，小于等于499.5 V的4条曲线扭矩明显依次变大；而499.5 V及以上的6条曲线扭矩变化较小。

5）在接近峰值转速区域，排除异常数据后，可发现在同一转速点，外加电源电压越大，对应的扭矩值也相应越大。

2 电源电压对电机功率的影响

由试验直接可得到电源电压与电机功率之间的数据，见表2。由数据可绘制出不同电源电压下功率-转速曲线，如图2所示。

图2 不同电源电压下功率-转速曲线

表2 不同电源电压下功率与转速的测试数据

根据图2曲线，可以找出以下规律。

1）在恒扭矩区域，即使外加电源电压不同，功率和转速都成正比关系（P=T×n/9550，T不变，n越大，P越大）。

2）在恒功率区域，378～499.5 V这4条曲线间功率相差较大，并且存在严重掉功率现象；而499.5～702 V 这6条曲线基本在峰值功率85 kW上下波动。

3）在接近峰值转速区域，排除异常数据后，可发现在同一转速点，外加电源电压越大，对应的功率值也相应越大。

3 电源电压对电机效率的影响

由试验可得到电源电压与电机效率之间的数据，见表3。根据试验数据，可以绘制出不同电源电压下效率-转速曲线，如图3所示。

根据图3曲线，可以找出以下规律。

1）在不同的电源电压下，电机效率都存在快速上升、平缓上升和平缓下降3个阶段。

图3 不同电源电压下效率-转速曲线

2）在额定转速2 800 r/min之前，378 V电压下的电机效率最大，其他电压下电机效率基本一致；在2 800 r/min之后，378 V电压下效率随即骤降至最小，并且其余电压点中出现电压越高效率越高的现象。

4 结论

本文主要通过一个台架试验来得到电机转速、扭矩、功率、效率4个参数的大量数据，分别根据转速-扭矩、转速-功率、转速-效率3个曲线图进行了规律性分析，现进行总结见表4。

表3 不同电源电压下效率与转速的测试数据

表4 规律汇总

因为笔者对电机的研究颇浅，如上的结论只是通过试验数据和一些参考资料结合所得，所以可能存在很多问题。但在后期的工作中，笔者会时刻关注电源电压对电机性能影响的相关资料，如有新发现会及时更新。

［1］唐任远.现代永磁电机理论与设计［M］.北京：机械工业出版社，2015.

［2］武建文，李德成.电机现代测试技术（第2版）［M］.北京：机械工业出版社，2015.

［3］郑建华.电机控制与调速技术［M］.北京：机械工业出版社，2013.

（编辑 杨 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

徐鹏（1992-），男，江苏盱眙人，工程师；孟涛（1985-），男，江苏徐州人，工程师；孙玲玲（1981-），女，江苏南京人，工程师。