科普帖 来说说电机加速的那些事儿

(原)MS精工

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。

(原)MS精工

4.电动车加速是一个怎样的运动过程？

在之前的讨论中发现，有不止一人在计算电车加速性能时使用匀加速运动公式，并认为电车加速是“线性的”。这同样是一个错误的认识。
那么，究竟电车加速是个怎样的过程，我们还需要分类讨论。
在上面的介绍中，我们已经了解到控制器分为两大类：母线限流控和相线限流控。控制器是整辆车中直接决定加速性能的部件，所以，不同类型的控制器产生的加速过程，是有相当大区别的。

首先，来说说母线限流控。
超过90%的电动车玩家使用的都是母线限流控。仅使用康铜丝限制电池端电流，而无法对电机电流进行精确控制和调节。因为控制器只能限制输入电流，而起步初期电机等效内阻非常低，巨大的母线电流带来的结果就是更加巨大的相电流，使得控制器在起步初期就全力输出。这样就带来一个问题：起步的时候非常冲，难以控制。为了保护控制器不爆管，PWM控制通常留有较多余量，无法使MOS管发挥全力。所以带来的结果就是，如果这个控足够傻，傻到连爆管保护都没有，那么在起步瞬间将爆发出无比巨大的力量，之后迅速疲软，越来越无力。而在运动形式上的表现，则是一个加速度陡降的变加速运动。这个运动的加速度曲线，一开始下降角度最大，随后逐渐趋于平缓。打个比方，就好像过山车向下冲时轨道的形状。

然后，是相线限流控。
对于高端大功率控制器，尤其是正弦波控制器，几乎无一例外都使用了相电流控制技术。这显然要比母线限流高级得多，可以使MOS管持续工作在全力输出状态还不会爆管。不过通常来说，相线限流控的相电流峰值都要明显低于同等功率级别的傻控。而在实际加速过程中，因为起步限制电流比较小，所以控制器可以在较长的一段时间里持续稳定地输出恒定电流。反映在电机上，就是输出扭矩非常稳定。而反映在电车加速过程上呢，在速度较低时，几乎可以看做是匀加速运动。但是当速度超过30km/h，空气阻力带来的影响开始变得不可忽视，风阻消耗的功率以速度的三次方剧烈增加。所以，即使是相线限流控，在相线恒流输出时，也依然是加速度逐渐降低的变加速运动。加速初期速度较低时，加速度几乎就是一条直线，随着速度的逐渐提升向下倾斜的幅度逐渐变大。要打个形象的比喻呢，加速度变化的曲线，就好像你水平抛出一个纸团。在这里需要特别注意一点：别把加速度曲线当成速度曲线！这俩完全是两码事！

所以这里要说的是个什么问题呢：拿匀加速运动公式计算电车加速，是一个很愚蠢的行为。假设某车10秒破百，那么在匀加速运动中，5秒时车速刚好是50。然而实际试验中我们发现，电车加速时，前段非常快，可能只用了3多速度就上到了50，但剩下50的加速却用了将近7秒钟。这一差异在使用傻控时尤为明显。如果我们错误地使用匀加速来计算实际加速，那么计算出来的末速度，将会大幅度超出实际速度。

最后还要补充一点。对于同一个控制器，不同的程序也可以产生截然不同的加速效果。就好像有些控可以调节软起硬起，还可以设置扭矩模式和速度模式。需要改变的，仅仅是在电脑上点击几下而已。

(原)MS精工

占位待续~~

(原)风驰月夜

进来学习下


O(∩_∩)O哈哈~

严重的认为高压+变速箱的方案才算是完美



=====================


其中提到一个问题是起步傻控  差6倍电流

起步k9差20倍



有一个问题是k9只控制电机电流（后期在用户的要求下才限制了一下母线电流，但我96560的控制器即便母线调到350也没用，电机已经吃不下了）

也就是说电机电流被限制在560A内


但k9配普通电机（大饼电机）起步是柔和的，但我见过傻控配普通电机有那种一拧要飞的



=======================



k9技术员说过傻控只有抗铜丝控制母线电流

相线是不控制的，也就是电机内阻足够低的情况下，傻控可以拼尽全力去加电机电流


===================


那么小弟我的结论是：如果k9电机电流可以是母线的20倍。那么傻控可以是50倍   100倍都有可能（只限起步的瞬间，后期傻控就没力了）

(原)KAUDIO

风驰调的是扭矩模式，把相电流卡在560A。
高压小电流不仅控制器斩波时FET损耗大，电机绕组中脉动电流大铁损也大。个人感觉电压还是得跟据车的功率调整，就像你跑130用48V有点不合实际，电流会非常大。

(原)电动摩托爱好者

K9 12560控属于康铜丝限流傻控？

(原)风驰月夜

K9 12560控属于康铜丝限流傻控？
电动摩托爱好者 发表于 2013-9-30 13:50

没丝


不傻，呵呵

(原)电动摩托爱好者

哦  撸主再出来扫盲呀，致谢！

(原)KAUDIO

没丝


不傻，呵呵
风驰月夜 发表于 2013-9-30 13:56

哈哈，K9用DSP做的，相当聪明了

(原)a1112233

占楼坐等各路大神来喷~~没人喷我把这帖子永久保存！