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标题: 介绍一个无刷永磁电机的额定效率和最高效率的简便计算方法 [打印本页]

作者: 电机达人 时间: 2013-5-30 00:06
标题: 介绍一个无刷永磁电机的额定效率和最高效率的简便计算方法
无刷永磁电机的额定效率和最高效率的简便计算方法
（撰写人：电机达人）

先普及一下电动机的基本计算公式：
电动机的效率η=（1-∑P）×100%
式中∑P为电机总损耗，∑P=（PFe（铁损）+PFw（机械阻力损耗）+PCul（额定铜损）+PCu2（最大铜损）+PS（无功损耗））/P1；P1为电机输入功率。

电压、电流参数和功率、效率的计算：
1. 首先测量出电机在最高速空转时标准的电流。电机空转10分钟后的测得的电流为准，因为电机在进行一定时间的空转后温度会有所上升，油封和轴承在温度升高后的滚动阻力将达到最小，冬季的空转运行时间还要适当加长。（注意：首先确定电机控制器非矢量控制模式，如：矢量控制模式的正弦波电机控制器的空转电流将加大不少。常规方波控制模式，在没有打开弱磁提速下测量的空转电流视为标准空载电流）。
2. 计算出电机的空载损耗，空载损耗主要是由定子铁损、电磁杂散损耗和轴承和油封的机械阻力、轮毂内部和外部的空气摩擦阻力构成。公式为：PW=UI= PFe+PFw+PCul+PS。即：空载损耗的功率=电源电压×空转电流。
3. 测量出无刷电机绕组直流内阻。采用微电阻仪或者自制分压法即可很快测量出电机的绕组直流内阻值，一般以欧姆或者毫欧姆为单位。
4. 计算出电机额定输出时的绕组损耗（即：铜损）。额定输出一般指的是车辆在最高速匀速行驶时电机的输入电流。公式为：PW=I∧2R。即：铜损的功率=额定电流的2次方×绕组内阻。
5. 计算电机在额定输出时的工作效率。公式为：η=（1-∑P）×100%
即：将电机的空载损耗功率加上绕组损耗功率再除以输入功率再乘以100%，即可得出电机的工作效率。

举例一：
计算威力达55磁钢15RV优异型单线电机在72V 80公里/小时匀速行驶时的额定工作效率。
1. 已知空转电流在72V时为3.2A，那么：
空转损耗功率为：72V×3.2A=230.4W；
2. 已知电机绕组内阻为0.022欧姆，假定极速在80公里/小时的行驶电流为50A，那么：
此时的绕组损耗为：50A×50A×0.022Ω=55W；
3. 已知输入电压和行驶电流，那么：
电机的输入总功率为：72V×50=3600W；
4. 求电机的工作效率，根据电机的效率公式η=（1-Pout）/Pin×100% 或
η=（1-∑P）×100%，即：输出功率/输入功率=工作效率，那么：
η=【1-（230.4+55）/3600】×100%=92.07%。

举例二：
计算威力达55磁钢15RV优异型单线电机在96V 100公里/小时匀速行驶时的额定工作效率。
1. 已知空转电流在96V时为4.0A，那么：
空转损耗功率为：96V×3.8A=364.8W；
2. 已知电机绕组内阻为0.022欧姆，假定极速在100公里/小时的行驶电流
为80A，那么：此时的绕组损耗为：80A×80A×0.022Ω=140.8W；
3. 已知输入电压和行驶电流，那么：
电机的输入总功率为：96V×80=7680W；
4. 求电机的工作效率，根据电机的效率公式η=（1-Pout）/Pin×100% 或
η=（1-∑P）×100%，即：输出功率/输入功率=工作效率，那么：
η=【1-（364.8+140.8）/7680】×100%=93.42%。

举例三：
计算威力达55磁钢15RV优异型单线电机在96V 100公里/小时匀速负重2-3人行驶或者单人
爬坡时的最高工作效率。
1. 已知空转电流在96V时为4.0A，那么：
空转损耗功率为：96V×3.8A=364.8W；
2．已知电机绕组内阻为0.022欧姆，假定在爬坡时的行驶电流为120A，
那么：此时的绕组损耗为：120A×120A×0.022Ω=316.8W；
3. 已知输入电压和行驶电流，那么：
电机的输入总功率为：96V×120=11520W；
4. 求电机的工作效率，根据电机的效率公式η=（1-Pout）/Pin×100% 或
η=（1-∑P）×100%，即：输出功率/输入功率=工作效率，那么：
η=【1-（364.8+316.8）/11520】×100%=94.08%。

结论：
通过以上计算，我们可以得知：
1. 无刷电机在工作电流恒定时随着输入电压的提高，其工作效率也会有所提升；
2. 额定效率达到最高的电机不一定是好电机，因为内阻越低的电机，可承载的工作电流更强，功率余量更大，因此在大功率输出时的工作效率更高。由于电机的工作效率平台加宽了许多，电机在单位电流下的低速输出扭矩会更大，因此同样的输入功率下，车辆的加速度更快，爬坡能力更强，电机自然更加省电。

电机达人2013/5/29于浙江台州路桥

作者: ztx 时间: 2013-5-30 09:13
好文！

作者: frh206 时间: 2013-5-30 11:14
把电机复杂的功耗简单化了。使用者只需要知道某电压下对应的空转电流和电机绕组的内阻就可以知道电机的效率。（一定转速下，空转电流都差不多，磁钢宽的空转电流大些），所以决定电机效率差异的基本就是绕组的内阻了。尤其是大电流下这个更明显。同样绕组圈数，内阻越低越好。
我现在qs 55mm 大概是12rv左右，绕组内阻是60毫欧姆左右（新买来时测试过），在目前近200a限流下，绕组发热太大，暴力骑行，回家停车烫手。看到达人电机同样55mm绕组内阻在20毫欧姆左右（只是rv值稍高了一点），看来效率高了很多。尤其是起步时大电流下会更明显。
达人有空时帮我做个电机吧。55mm磁钢和定子，绕2圈，好像大概15rv。内阻越低越好（目前单线或双线版本好像不超过20毫欧姆，当然测量和我的测量方法不一样会有些误差，无所谓）。主要是目前我的55mm电机发热竟然比18管ecpu发热厉害，电机效率严重拉后腿。

作者: sunshinewang 时间: 2013-6-4 23:52

frh206 发表于 2013-5-30 11:14
把电机复杂的功耗简单化了。使用者只需要知道某电压下对应的空转电流和电机绕组的内阻就可以知道电机的效率 ...

有的车友说现在全顺的内阻也已经很小了
他们甚至拿来和单线内阻作比较
都在20毫欧以内
作为普通用户我觉得最简单的方法就是算出大致续航里程
电池容量已知
平均速度已知
这样可以得出每公里耗电瓦数
虽然不一定精确
但也能大概反映一定速度下的电机耗电与效率

作者: frh206 时间: 2013-6-5 09:18

sunshinewang 发表于 2013-6-4 23:52
有的车友说现在全顺的内阻也已经很小了
他们甚至拿来和单线内阻作比较
都在20毫欧以内

不知道具体怎么比较的。但感觉全顺的20毫欧以内的是不是高速电机啊，比如绕组只1圈。要拿差不多相同RV值的10寸电机比。我的全顺是大概相当于12rv左右（估计绕2-3圈，可能有的地方绕2圈，有的地方绕3圈）。当然也许全顺目前的满槽率比以前高了。
比较里程不容易比较，什么都不换，风速和温度都会影响里程，另外加速快慢影响也明显。不如比较同样里程，同样速度跑（至少要跑半个小时，等电机温度差不多稳定），看哪个电机发热大就说明效率低，这个最简单。

作者: gaoxe 时间: 2013-8-23 11:27
引入AH计量较好？

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