电动拖拉机电驱动系统试验研究

毛鹏军 殷珊珊 张家瑞 闵俊杰 张亚龙

摘 要： 在通过电压电流传感器、转矩转速传感器自行搭建的试验台上分析了电动拖拉机电驱动系统的输出特性。在加速踏板的开度一定时，电驱动系统的输出特性与载荷有关；在不同的加速信号下，工作的转速范围不同，由于功率的限制，最终达到稳定状态；完成了电机控制器和电源的效率试验，电机控制器的效率在80%以上，电源的效率在90%以上。实验结果表明，從蓄电池组到电机控制器的能源利用率较高，为整车控制器的研究奠定了基础。

关键词： 电驱动系统； 传感器； 载荷； 输出特性； 效率试验； 电机控制器

中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 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

能源和环保问题受到全球各界的高度关注，故研发低噪声、零排放、高效、节能的电动农机已成为全球的热点。电动拖拉机是集新能源、新材料、新的电力电子和电机等高新技术于一体的高科技产品，是国家“十三五”规划中重要的一部分。

电动拖拉机工况复杂，所以在动力控制部分存在一定的技术问题，以至于最重要的整车控制器还停留在实验阶段，这主要是缺乏对电机各种载荷输出特性的研究。本文通过电压电流传感器、转矩转速传感器自行搭建试验台，从踏板开度一定、不同加速信号、效率试验三个方面对电驱动系统的输出特性进行研究，为控制器的研究奠定一定的基础。

1 试验台搭建

1.1 试验台待测装置选型

本设计的蓄电池选用铅酸蓄电池作为动力源，采用直流串励电动机的基本参数为：功率5 kW、电压72 V、电流68 A、额定转矩2 800 N·m。根据电动机的基本参数，选用IPMC2509?7240作为控制器。该控制器为直流串励电动机提供了平滑无极调速正反转控制。电压变送器为HNV?200T电压变送器，电流变送器为HDC?600H电流变送器，主要参数如表1所示。转矩转速为ZH07?500型传感器，主要参数见表2。试验中转矩转速传感器如图1所示。

1.2 试验台搭建

电机及其控制器的台架试验的框图如图2所示。自行搭建的电驱动试验台如图3所示。试验平台包括4个模块，分别为电源检测模块、动力输出模块、负载模拟模块和数据采集模块。

电驱动系统的输出特性与电机的固有特性、蓄电池的性能、连续作业时间、续驶里程、输出电压、电流大小、传动部件等因素有关。在自行搭建的电驱动系统试验台上对电驱动系统输出特性进行试验研究。

2 室内试验

电驱动系统的输出特性与电机的固有特性有关，本文采用试验方法与理论方法进行对比研究其输出特性。

本试验采用两对电压电流变速器分别采集蓄电池组和电动机的电压、电流信号；采用2个转矩转速传感器采集左右两个驱动轮的转矩和转速；再利用数据采集卡完成数据的处理。试验分三种情况，设计如下：

2.1 加速踏板的开度一定

当加速踏板的开度一定时，通过调节负载控制器输出电压逐渐增加磁粉制动器的制动力矩，同时采集驱动轮的输出转矩、转速和蓄电池的电压、电流。为了证明试验的可靠性，做3次重复试验，记录驱动轮的转速，实验数据如表3所示。

根据试验结果，建立蓄电池的输出特性如图4所示，驱动轮的输出特性如图5所示。

2.2 不同的加速信号

通过电压信号模拟加速踏板的开度，使加速信号分别为0.5 V，1.0 V，1.5 V，2.0 V，2.5 V，3.0 V时，逐渐增加磁粉制动器的制动力矩，同时采集驱动轮的输出转矩、转速，蓄电池电压、电流和电动机的电压、电流；完成不同的加速信号下，电驱动系统的输出特性。蓄电池和驱动轮的输出特性如图7，图8所示。

3 结 论

1） 在加速踏板的开度一定时，电驱动系统的输出特性与载荷有关，在负载较大、转速较小时取得较大的功率，适合在载荷较大的田间工作。

2） 在加速信号分别为1.0 V，1.5 V，2.0 V，2.5 V，3.0 V时，蓄电池输出特性的变化趋势基本一致；在不同的加速信号下，工作的转速范围不同，由于功率的限制，最终达到稳定状态。

3） 完成了电机控制器的效率试验，电机控制器的效率随着负载的减小、转速的增大而增加，并且电机控制器的效率都在80%以上；电源效率特性试验，电源的效率随着负载的减小、转速的增大而增加，并且电源的效率都在90%以上，说明从蓄电池组到电机控制器的能源利用率都较高。

4） 基于传感器的试验研究证明了理论的正确性，但试验只研究了一个档位的输出特性，对于以后的研究可以进行不同档位试验，并在此基础上可以换成其他农机。

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