電動(dòng)拖拉機(jī)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)研究

毛鵬軍 殷珊珊 張家瑞 閔俊杰 張亞龍

摘 要： 在通過(guò)電壓電流傳感器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器自行搭建的試驗(yàn)臺(tái)上分析了電動(dòng)拖拉機(jī)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出特性。在加速踏板的開(kāi)度一定時(shí)，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出特性與載荷有關(guān)；在不同的加速信號(hào)下，工作的轉(zhuǎn)速范圍不同，由于功率的限制，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；完成了電機(jī)控制器和電源的效率試驗(yàn)，電機(jī)控制器的效率在80%以上，電源的效率在90%以上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，從蓄電池組到電機(jī)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(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)； 傳感器； 載荷； 輸出特性； 效率試驗(yàn)； 電機(jī)控制器

中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(wèn)題受到全球各界的高度關(guān)注，故研發(fā)低噪聲、零排放、高效、節(jié)能的電動(dòng)農(nóng)機(jī)已成為全球的熱點(diǎn)。電動(dòng)拖拉機(jī)是集新能源、新材料、新的電力電子和電機(jī)等高新技術(shù)于一體的高科技產(chǎn)品，是國(guó)家“十三五”規(guī)劃中重要的一部分。

電動(dòng)拖拉機(jī)工況復(fù)雜，所以在動(dòng)力控制部分存在一定的技術(shù)問(wèn)題，以至于最重要的整車控制器還停留在實(shí)驗(yàn)階段，這主要是缺乏對(duì)電機(jī)各種載荷輸出特性的研究。本文通過(guò)電壓電流傳感器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器自行搭建試驗(yàn)臺(tái)，從踏板開(kāi)度一定、不同加速信號(hào)、效率試驗(yàn)三個(gè)方面對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出特性進(jìn)行研究，為控制器的研究奠定一定的基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)臺(tái)搭建

1.1 試驗(yàn)臺(tái)待測(cè)裝置選型

本設(shè)計(jì)的蓄電池選用鉛酸蓄電池作為動(dòng)力源，采用直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)為：功率5 kW、電壓72 V、電流68 A、額定轉(zhuǎn)矩2 800 N·m。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)，選用IPMC2509?7240作為控制器。該控制器為直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)提供了平滑無(wú)極調(diào)速正反轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速為ZH07?500型傳感器，主要參數(shù)見(jiàn)表2。試驗(yàn)中轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器如圖1所示。

1.2 試驗(yàn)臺(tái)搭建

電機(jī)及其控制器的臺(tái)架試驗(yàn)的框圖如圖2所示。自行搭建的電驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)如圖3所示。試驗(yàn)平臺(tái)包括4個(gè)模塊，分別為電源檢測(cè)模塊、動(dòng)力輸出模塊、負(fù)載模擬模塊和數(shù)據(jù)采集模塊。

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出特性與電機(jī)的固有特性、蓄電池的性能、連續(xù)作業(yè)時(shí)間、續(xù)駛里程、輸出電壓、電流大小、傳動(dòng)部件等因素有關(guān)。在自行搭建的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出特性進(jìn)行試驗(yàn)研究。

2 室內(nèi)試驗(yàn)

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出特性與電機(jī)的固有特性有關(guān)，本文采用試驗(yàn)方法與理論方法進(jìn)行對(duì)比研究其輸出特性。

本試驗(yàn)采用兩對(duì)電壓電流變速器分別采集蓄電池組和電動(dòng)機(jī)的電壓、電流信號(hào)；采用2個(gè)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器采集左右兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；再利用數(shù)據(jù)采集卡完成數(shù)據(jù)的處理。試驗(yàn)分三種情況，設(shè)計(jì)如下：

2.1 加速踏板的開(kāi)度一定

當(dāng)加速踏板的開(kāi)度一定時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)載控制器輸出電壓逐漸增加磁粉制動(dòng)器的制動(dòng)力矩，同時(shí)采集驅(qū)動(dòng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和蓄電池的電壓、電流。為了證明試驗(yàn)的可靠性，做3次重復(fù)試驗(yàn)，記錄驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，建立蓄電池的輸出特性如圖4所示，驅(qū)動(dòng)輪的輸出特性如圖5所示。

2.2 不同的加速信號(hào)

通過(guò)電壓信號(hào)模擬加速踏板的開(kāi)度，使加速信號(hào)分別為0.5 V，1.0 V，1.5 V，2.0 V，2.5 V，3.0 V時(shí)，逐漸增加磁粉制動(dòng)器的制動(dòng)力矩，同時(shí)采集驅(qū)動(dòng)輪的輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速，蓄電池電壓、電流和電動(dòng)機(jī)的電壓、電流；完成不同的加速信號(hào)下，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出特性。蓄電池和驅(qū)動(dòng)輪的輸出特性如圖7，圖8所示。

3 結(jié) 論

1） 在加速踏板的開(kāi)度一定時(shí)，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出特性與載荷有關(guān)，在負(fù)載較大、轉(zhuǎn)速較小時(shí)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(hào)分別為1.0 V，1.5 V，2.0 V，2.5 V，3.0 V時(shí)，蓄電池輸出特性的變化趨勢(shì)基本一致；在不同的加速信號(hào)下，工作的轉(zhuǎn)速范圍不同，由于功率的限制，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

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

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

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