科普帖 来说说电机加速的那些事儿

MS精工

本帖最后由 MS精工 于 2013-9-30 13:18 编辑

最近几天一直在研究电机加速的相关理论，也进行了一些实验。结合之前和部分网友争论过的一些问题，这个帖子算是一个总结吧，将我发现的各类问题和我自己的观点都详细写出与大家探讨一下。


1.高压小电流和低压大电流，哪个效率高？

高压小电流的概念在坛子里由来已久，不过较为被大家认同应该是在风驰发帖说明之后。他认为：在相同功率输出下，高压小电流配置要比低压大电流更具优势。
从能量守恒的角度分析，输出功率恒定时，电流越小，主回路内阻发热越小，效率也就越高。但是这个“高效率”的基础是建立在转把全开上的，众所周知控制器在斩波输出时，控制器和电机的效率都会极为恶心。其恶心程度是否会超越因电流减小带来的内阻上的效率提升，对此我用我的车子进行了专门的测试：
我车子配置是QS二代2000扭矩瓦片，脱光48-96宽压75A控，磷酸铁锂4840双电，使用闸刀进行48和96的快速切换。在使用双电并联48V输出时，骏 越标配迅鹰表头上显示速度为64-65变动，经谷歌地球里程时间计算实际在48-50之间。此时电流表稳定读数为23A。当切换到双电串联96V输出时，同样行驶环境下表头64时电流为12-13A变动（因为转把没全开无法稳定输出）。而且在实验中可以明显察觉到，96V低速下电机噪音大幅增加，发出尖锐的电流声。
也就是说，在中低速行驶环境下，过高的电压会导致控制器进行低占空比的斩波调制，明显增加控制器的开关损耗以及电机铁损，整体效率是要低于低压转把全开的。
那么高压小电流的优势在哪里呢？很显然，就是平路高速巡航转把全开。所以说，高压低压该如何选择，主要就看你平时都开多快了。50以下的速度如果你能开极速用低压合适，50以上直接上高压。那你要是又想开50还又想开90怎么办呢？那就像我一样，装个闸刀玩双电切换吧。
看了这么一大段，似乎跟标题没什么关系。别着急，这只是铺垫，真正要说的在下面。


2.高压小电流和低压大电流，哪个加速快？

到这里，就该开始进入主题了。效率高是一码事，加速快又是一码事。
首先我们需要明确关于控制器的两个概念。
第一个，是“过流能力”，指的是控制器在起步加速时所能提供的最大相电流。
第二个，是“续流能力”，指的是控制器在起步加速时连续提供最大相电流的能力。
不过，上面两个概念的名词都是我自己瞎起的，所以说错勿怪啊~只要大家能明白什么意思就可以了
而高压与低压对于加速性能的影响，就体现在过流与续流能力的差异上。
现在假设我们有两台同一厂家生产的控制器：一台是72V120A，另一台是120V72A。很显然，前者是低压大电流，后者是高压小电流，而它们所能提供的最大输出功率，基本是一样的。然后我们再来给它们配上完全相同的车身和电机。
这时候，我们让这两台车子进行直线加速比赛，大家觉得哪辆车提速更快呢？

大家先猜着，我继续介绍。我想大家应该经常能听到多少多少管的控制器，而管子的数量直接与控制器限流呈正相关。简而言之，如果都使用同样封装同样质量级别的管子（比如都是英飞凌小管），那么120A控的管子数量肯定要比72A控多。而相电流是直接由MOS管控制的，这也就意味着，母线限流越大，相电流也就会越大。而高压控，只不过是管子耐压更高而已，高耐压的管子内阻还大，过流能力比低压管子更差。
于是结论一出来了：72V120A控，可以提供比120V72A控更大的相电流。在起步的那一瞬间，肯定力量更大。
这里补充一句题外话，对于那些爱玩烧胎翘头的，就不要老觉得高压效果好了。你用120V120A能烧胎，换成60V120A照样烧，爆管几率还能低点。
那高压控在加速上就一无是处了么？现在就下结论还为时尚早。因为很快，在经历了起步最初的几秒之后，电机转速提上来，反向电动势也在逐渐提升。这时候低压控的输入电压已经和输出电压越来越近，不能再连续提供120A的最大电流了，于是车子加速开始越来越慢。而高压控呢，输入电压与输出电压依然存在很大的落差，所以可以继续连续提供最大限流，控制器依然在全功率输出，依然持续保持在最大加速度提速状态。
于是结论二也出来了：加速中后期阶段，高压控要比低压控加速更快。
总结下来就是，低压大电流的过流能力强，起步扭矩大，相比对方来说初期提速快后期提速慢。而高压小电流的续流能力强，起步扭矩小，相比对方来说初期提速慢后期提速快。
也许有人会说，你这不公平，高压低压都用同样的电机，我要给高压控装扭矩电机呢？
我说，那低压控不也能装扭矩么，咱们只是比提速，又没说极速。
那么你要是又想要扭矩又想要极速该怎么办呢？很简单，弄个能调相电流的高压大电流呗~


3.相电流究竟能到母线电流的多少倍？

前段时间我说了一句话：“康铜丝限流的傻控在起步瞬间，相电流可以达到母线电流的6倍以上。”然后招致不明真相的群众攻击，引发争执。现在看来，只不过是个误会而已。对方误将我说的“母线电流”当成了“母线最大限流”，错误地理解了我的观点。所以今天要重点说明的是，母线电流与母线限流的关系。
首先，我们需要介绍一下控制器的控制类型。大体上分为两类：母线限流控，也就是俗称的傻控。相线限流控，这个好像没有俗称，就叫它线性控吧。
然后来说说，为什么相线电流会比母线电流大。
电机起步加速瞬间，感抗为0，反向电动势为0，可以阻碍电流的只有电机绕组的内阻。然而大功率电机的内阻都非常小，通常不超过50毫欧。假如电池电压有60V，那么如果电池电压直接加载在电机上，起步瞬间电流将达到1200A，就是IGBT模块也扛不住啊！所以控制器为了保护自身不爆管，在起步加速时，都会通过单片机来控制MOS管进行占空调制，使输出电压下降。假设某控制器相电流最大可承受200A，而电池电压有60V，于是在起步的时候，控制MOS管占空比为1:6，于是加载在电机上的电压就变成了10V。而根据能量守恒定律，输出电压调低，控制器肯定不会把剩下那50V给吃了，所以就会降低电池端也就是母线电流。在这里，我们只需要将控制器和电机理解成一台降压变压器就可以了，输入高压小电流，输出肯定就是低压大电流。只有当PWM全开，电机极速运转时，相电流才会跟线电流一样大。
我在放出上述言论之时遭受莫名攻击，还有一个原因，就是很多人认为康铜丝限流的控，起步瞬间线电流直接就是最大限流。其实这是一个错误的观点。给你的车子装个电流表你就会发现，即使是傻控，起步瞬间的电流也很可能要明显低于最大限流。比如我的车子48-96V75A脱光控，96V起步时电流表第一个刷出来的读数是33A，直到接近2秒时才达到最大值。而48V起步时第一个读数就60A以上，第二个读数就顶到最大限流了。原因是脱光的控为了防止爆管，还加了个相线过流保护。起步加速初期相电流顶到保护值，就会触发限流保护，自动降低母线电流。而按照我说的最大相电流能到母线的6倍计算，不过才200A的相电流而已，对于小36管控来说完全是小菜一碟。所以，实际的电流差异可能还会更大。
这个“更大”究竟有多大，我们可以参考一下风驰的数据。在他改CBR的帖子里曾经提到过，K9 12560控在使用120V电池时，起步瞬间电流只有30A，而母线电流用钳表实测真能达到560A，足足差了将近二十倍。对于傻控来说，无法做到精确的相电流控制，肯定就不能发挥MOS管的全力，所以差异肯定没这么大。但是达到6倍以上还是完全没问题的。