中国新技术新产品2009NO .23China New 中国新技术新产品工 业 技 术电动汽车驱动电机及控制系统试验台方案设计樊继东(湖北汽车工业学院, 湖北 十堰 4420021前言汽车已经成为日常生活中离不开的代步和 运输工具 但是, 随着机动车数量的逐渐增多, 环境污染和石油资源匾乏日益显著,电动汽车 因其具有绿色环保和能源利用效率高等优点, 使得世界各国都在积极努力地研究能够代替传 统汽车的电动汽车 电动汽车由于能够实现超 低排放甚至零排放的要求,因此得到了许多国 家政府和企业的高度重视,并被视为调整交通 能源使用结构和改善城市大气环境质量的有效 途径之一 2电动汽车的结构电动汽车的组成包括:电力驱动及控制系 统 、驱动力传动系统等 电力驱动及控制系统是 电动汽车的核心,电动汽车,相对燃油汽车而 言, 主要差别 (异 在于四大部件, 驱动电机, 调 速控制器 、 动力电池 、 车载充电器 电动汽车的 其他装置基本与内燃机汽车相同 由于电动汽车的核心是驱动电机及其控制 系统,驱动电机及控制器性能对整个电动汽车 的性能起到至关重要的作用,建立相关的专用 测试试验台非常迫切和必要的 。
3电动汽车驱动电机及控制器试验台该试验台主要有以下及部分构成测功机系统 (模拟负载 、 动力电池模拟系统 、 机械及电功 率测量系统等构成 3.1负载模拟系统在进行电机的热试验 、效率测试试验 、 测绘 电机的转矩 -转速特性曲线试验和进行电动汽 车的各种性能试验时,都需要给电机施加机械 负载 加载设备是测功机, 它能满足试验范围内 平稳 、 精确地调节负载和转速的大小, 同时可以实现集中的远距离操纵 (上位机软件操作 电 动汽车试验台的负载模拟模块就是选用测功机 作为加载装置, 根据电动汽车的实际运行工况, 通过控制系统调节测功机的吸收功率,从而来 实现行驶阻力的实时模拟 测功加载装置按工 作原理可以分为水力测功机 、 机械摩擦制动器 、 磁粉制动器 、 电涡流测功机 、 电力测功机等 由 于电力测功机具有控制精度高 、 控制容易 、 能拖 动 、 可以将加载过程中产生的电能回馈到电网 重复利用等优点, 得到广泛应用 1、 底座 2、 交流电机轴承座 3、 转矩 、 转速传感器4、 连轴器 5、 轴承座 6、 防护罩 图 1电力测功电机结构简图在进行测功机的选择时,应该根据测功机 的特性曲线来选用测功机,以此来检查被选用的测功机是否可以测出原动机全部运行工况下 的功率 、 转矩与转速 。
根据资料, 国外高挡大客 车的发动机最大功率大多在 160-400kW 之间, 最大扭矩大多不会超过 2200N.m 国产大客车 发动机的动力性不如国外,国产发动机的最大 功率一般不会超过 300kW ,最大扭矩一般不会 超过 2200N.m 国内外已开发出来的电动汽车 汽电机的功率多在 9-115kW 之间, 因此, 根据 目前电动汽车所用电机的功率状况,试验台选择 90kW 、220kW 、 250kW 三台测功电机 90kW 测试高速小扭矩电机; 220kW 测试 高速大扭矩电机; 250kW 测试低速大扭矩电机 3.2动力电源系统针对不同的试验内容和试验对象,电动汽 车用电机应选择不同的供电方式 在做电机性 能及其控制系统的试验 、 制动能量回收的试验 、 电动汽车的动力性试验时,可以选择供电网络中的动力电源; 在做蓄电池性能试验 、蓄电池智 能监控系统试验 、 电动汽车的能耗和续驶里程试验时, 应当选用动力蓄电池作为电源 配备两 套供电方式主要是从蓄电池方面考虑::一是蓄 电池使用寿命有限,经常使用蓄电池试验会造 成不必要的浪费; 二是蓄电池属于二次电源, 放 电完毕后需要充电,充放电的过程中必然存在 能量的损耗:三是蓄电池储存的电量有限, 有时 试验需要持续时间较长, 反复试验的次数较多, 蓄电池内部储存的电量可能不能保证试验的正 常进行, 这样会使试验中断, 而直接使用电网中的动力电源不存在这方面的问题, 比较方便 。
因 此综合考虑, 选用了上述两种供电方式, 同时尽 量避免使用蓄电池做试验台的动力电源 目前 有 ABin 、 Digatron 等电池模拟系统 、 可以模拟电 池的各种状态给电机供电, 价格较昂贵 3.3测量系统电机试验台应能够测取电机所有的电参数 及机械参数,测量电机的输出扭矩和转速的扭 矩转速传感器,从传感器稳定性和精度要求方面, 选用德国进口的 HBM 转速扭矩传感器 电机所有电参数由功率分析仪测取,包括 动力电源的电流 、 电压 、 功率; 电机三相电压 、 电 流 、功率 、 频率等参数 目前市场上满足要求的 有日本横河和瑞士 LEM 的功率分析仪, 从经济 性方面考虑日本横河更为经济 图 4日本横河功率分析仪测试图 3.4试验台整体结构上面对试验台的主要构成部分进行了分析 介绍, 试验台的总体进行了规划和设计, 从经济 性方面考虑,我们采用一台变频器来控制三台 测功机 (非同时控制 , 通过变频器控制切换柜 来切换, 功率计及动力电源系统均可以共用 图 5驱动电机试验台总体结构图 4结束语本文人对电动汽车用电机及控制系统试验 台进行了详细的论述, 从测功机系统 、 动力电源系统 、 参数采集系统进行了全面的分析, 试验台 从经济性 、 稳定性和可靠性等方面进行设计 。
参考文献[1] 张强 . 电动汽车常用牵引电动机 . 城市车辆, 摘 要 :由于电动汽车具有绿色环保和能源利用效率高等优点, 已经成为未来汽车的发展趋势 本文对驱动电机及其控制系统试验台进行了方案设计, 详细分析试验台的测功系统 、 动力电源系统 、 测量系统 关键词 :电动汽车; 驱动电机; 控制系统; 试验台 图 3HBM 非接触式转速扭矩传感器图 2电力测功电机特性曲线141--2009NO .23and Products工 业 技 术 中国新技术新产品2003.05[2]陈清泉 . 现代电动车 、 电机驱动及电力电子技 术 . 北京:机械工业出版社, 2005.07[3]王正茂等编 . 电机学 . 西安:西安交通大学出版 社, 2000.09[4]李竟成 . 电动汽车驱动控制与再生制动研究 .西安交通大学博士学位论文 . 2003[5]赵辉 . 轮式无刷直流电机驱动的电动车系统的研究 . 哈尔滨工业大学作者简介 :樊继东, 男, 湖北汽车工业学院 汽车工程系 442002研究方向:汽车电子 、 电机 控制3MX 常规岛主管道焊接工艺 丁 艳(浙江省火电建设公司, 浙江 杭州 3100161工程概述某核电工程 3MX 常规岛中的主蒸汽 、 高压 给水是连接核岛和常规岛的通道,其焊接质量 直接影响整台机组的正常运行,而机组是否能 正常运行又影响反应堆正常的运行,所以焊接 质量要求之高是常规火电所不能比拟的 。
这些 管道主要包括主蒸汽系统 、 旁路蒸汽系统 、 第 2级再热蒸汽系统和高压给水系统等 2焊接前准备2. 1施工图纸及其它技术资料齐全2. 2已对施工用图纸进行会审, 所有焊接问 题已澄清, 确定可以施工 2. 3焊接方案 、 质量计划已经编制, 并经审 核 2. 4制造厂所供材料 、 部件齐全且进货检验 合格 2. 5焊接设备及仪表在标定有效期内, 焊接 材料质保书齐全 , 且经验收合格, 质保 Q3级及 以上物项所用焊材已做复验合格 2. 6机工具已准备齐全并确认完好, 可随时 使用 2. 7各相关施工人员及质量安全人员已到 位, 职责明确 2. 8已按 DL/T868-2004《 焊接工艺评定规 程 》 的规定进行了焊接工艺评定 2. 9焊工及热处理工具备相应的上岗资格 2. 10无损检测人员具备相应资格 2. 11现场焊接条件具备 2. 12焊接环境(1 允许进行焊接操作的最低环境温度为 -5℃ , 湿度应在 90%以下 (2 应采取措施减小焊 接场所的风力, SMAW 时风速不大于 8m/s, GTAW 时, 风速不大于 2m/s (3 焊接场所应该 具有防潮 、 防雨 、 防雪设施 。
(4 管内不得有穿堂 风 2.13焊接材料:焊条 、 焊丝 、 氩气应有制造 厂质量合格证书,并经检验,质量符合技术要 求, 焊条使用前须按规定的要求进行烘焙, 焊材 的使用应严格按制定的 《 焊材管理制度 》 执行 3焊接3. 1坡口准备焊件经下料及坡口加工后按下列要求进行 检查, 合格后方可进行组对 (1 淬硬性较大的 钢材如使用火焰切割下料开坡口,应除去坡口 表面热影响区 3~5mm 的热淬硬层 (2 坡口处 母材无裂纹 、 重皮及毛刺等缺陷 (3 坡口加工 符合图样要求 焊件在组装前应将坡口表面及 附近母材内 、 外壁的油 、 漆 、 垢 、 锈等清理干净, 直至发出金属光泽 清理范围规定如下:a. 对接 焊口:每侧各为 15~25mm b. 角接接头焊口:焊 角 K 值 +10mm 3. 2对口3. 2. 1对口骑马铁的焊接对口骑马铁可使用沿圆周均匀分布的四块或更多块 20g 、 #20、 Q235A 等与母材同类别材质的钢板 3. 2. 2点固焊时, 其焊接材料 、 焊接工艺 、 焊工和预热温度等应与正式施焊时相同 3. 2. 3对口时, 当出现特殊情况可采用塞块,点固塞块时其方法与骑马铁的焊接相同,但必须注意, 用 GTAW 焊完后, 必须去除塞块, 最后须用磨光机去焊疤 。
3. 2. 4对口一般应做到内壁齐平, 如有错口则其局部错口值不应超过壁厚的 10%,且不大于 1mm ; 外壁错口 ≤ 10%δ且 ≤ 4mm 当超过上述范围时, 可按照相关规程规定进行处理 3. 2. 5对口时, 不得强行组对 3.3预热3. 3. 1壁厚:δ≥ 26mm 的焊口需进行 100~200℃ 预热 3. 3. 2焊接工艺评定要求预热的,其相应的现场焊口也需预热, 其预热参数见焊接工艺卡 3. 3. 3预热区应扩大到待焊接头周围较大的范围内 (距焊缝至少 50mm 以免产生过大的温度梯度 3. 4焊接3. 4. 1焊前由技术人员对开工项目进行技术 、 安全交底, 焊工经交底后才允许上岗操作 3. 4. 2焊工对钳工的对口工作质量进行监督, 不符合要求应拒绝施工 3. 4. 3现场焊接时,具体工艺参数照相应的焊接工艺卡片 3. 4. 4为减少焊接变形和接头缺陷,直径大于 194mm 的管子对接焊口宜采用两人对称焊接 3. 4. 5施焊过程中,层间温度应不低于规定的预热温度的下限, 且不高于 350℃ 3. 4. 6施焊中应特别注意引弧 、 收弧的质量,收弧时应将熔池填满,采用多层多道焊时接头应错开; 点固焊不得有任何缺陷, 如果出现, 必须全部去除并应移位重焊;氩弧焊检查完成后应立即进行次层的焊接,摆动焊宽度不大于所用焊条直径的 3~5倍;单层焊道厚度不大于所用焊条直径加 2mm ,严禁使用已受潮的焊条和生锈的焊丝 。
3. 4. 7施焊过程中除工艺和检验上要求分次焊接外, 应连续完成 若被迫中断时, 应采取防止裂纹产生的措施 (如后热 、 缓冷 、 保温等 再焊时应仔细检查并确认无裂纹后,方可按照工艺要求继续施焊。