CN114120736B - 一种电动汽车的驱动电机实训教学系统及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新能源电动汽车实训教学技术领域，尤其涉及一种电动汽车的驱动电机实训教学系统及试验方法。所述多类型负载模拟装置包括磁滞制动器、电力测功器和水力测功器，所述磁滞制动器、所述电力测功器和所述水力测功器分别通过所述联轴器与所述扭矩转速传感器连接；所述驱动电机控制器用于接收所述上位机发送的电机运行命令和接收所述扭矩转速传感器的反馈信号数据对所述驱动电机的功率转换进行控制。从而，本发明提供的电动汽车的驱动电机实训教学系统，驱动电机携带多类型的可变负载，让用户通过实训使用上位机输入命令控制驱动电机的运行掌握驱动电机在实际运行时能量转换、能量损失、电机效率、机械特性等核心知识点等。

Description

一种电动汽车的驱动电机实训教学系统及试验方法

技术领域

本发明涉及新能源电动汽车实训教学技术领域，尤其涉及一种电动汽车的驱动电机实训教学系统及试验方法。

背景技术

目前新能源汽车呈现出加速发展的趋势。驱动电机及控制系统是新能源电动汽车动力系统的核心关键部件，随着新能源电动汽车的技术发展和产业发展，急需大量的驱动电机及控制技术方面的专业技术人才。理论知识和实训操作一体即理实一体的教学方法是目前高职教学的主流形式，这其中高质量的实训教学设备是培养高质量人才的关键。但目前驱动电机相关的实训教学设备的现状却不容乐观。

现有驱动电机的实训教学设备存在一个最大的问题，就是市面上的驱动电机实训台架大多不带负载，或负载类型单一，负载大小不能调节，造成学生很难理解驱动电机在实际运行时能量转换、能量损失、电机效率、机械特性等核心知识点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：以解决现有驱动电机的实训教学设备大多不带负载，或负载类型单一，负载大小不能调节，造成学生很难理解驱动电机在实际运行时能量转换、能量损失、电机效率、机械特性等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种电动汽车的驱动电机实训教学系统，包括上位机、驱动电机、驱动电机控制器、惯性模拟装置、联轴器、扭矩转速传感器和多类型负载模拟装置，所述上位机通过所述驱动电机控制器分别与所述驱动电机、所述惯性模拟装置、所述扭矩转速传感器和所述多类型负载模拟装置相连接；其中，所述多类型负载模拟装置包括磁滞制动器、电力测功器和水力测功器；所述磁滞制动器、所述电力测功器和所述水力测功器分别通过所述联轴器与所述扭矩转速传感器连接；所述上位机和所述扭矩转速传感器分别与所述驱动电机控制器连接，所述驱动电机控制器用于接收所述上位机发送的电机运行命令和接收所述扭矩转速传感器的反馈信号数据对所述驱动电机的功率转换进行控制。

其中，所述驱动电机与所述惯性模拟装置之间、所述惯性模拟装置与所述扭矩转速传感器之间及所述扭矩转速传感器与所述多类型负载模拟装置之间分别通过所述联轴器连接。

其中，还包括实训平台、下位机、数据采集处理装置和用于给所述驱动电机供电的动力电源，所述数据采集处理装置用于采集所述驱动电机的功率转换和所述扭矩转速传感器的反馈信号数据，所述数据采集处理装置与所述下位机连接，所述下位机与所述上位机连接；所述动力电源用于给所述驱动电机供电。

其中，所述上位机、所述驱动电机、所述驱动电机控制器、所述数据采集处理装置、所述下位机、所述动力电源、所述惯性模拟装置、所述扭矩转速传感器和所述多类型负载模拟装置均设置于所述实训平台。

其中，所述上位机包括显示器和可编程的主控机，所述主控机用于通过输入命令进行系统控制，所述显示器用于负责系统运行参数的监控和显示。

本发明还提出了一套电动汽车的驱动电机实训教学试验方法，利用上述所述的电动汽车的驱动电机实训教学系统，该实训教学系统设置有如下实训项目的试验方法：

S1、驱动电机的空载试验方法，本试验在驱动电机不带多类型负载模拟装置的情况下运行，通过上位机输入断开扭矩转速传感器和多类型负载模拟装置之间的联轴器的命令发送至驱动电机控制器，驱动电机通过联轴器将惯性模拟装置和扭矩转速传感器连接运行，实现空载测试模拟电动汽车怠速运行工况；

S2、驱动电机带多类型负载模拟装置的机械特性试验方法，本试验在驱动电机带多类型负载模拟装置的情况下运行，通过上位机输入带多类型负载模拟装置的命令发送至驱动电机控制器，驱动电机通过联轴器将惯性模拟装置、扭矩转速传感器和多类型负载模拟装置连接运行，让用户通过扭矩转速传感器测量转速、扭矩的数据，绘制曲线并理解转速-扭矩的变化规律；

S3、驱动电机的效率特性试验方法，本试验就是驱动电机带多类型负载模拟装置的情况下运行，通过上位机输入带多类型负载模拟装置的命令发送至驱动电机控制器，驱动电机通过联轴器将惯性模拟装置、扭矩转速传感器和多类型负载模拟装置连接运行，让用户通过扭矩转速传感器测量转速、扭矩的数据，计算出驱动电机能量转换的效率并绘制效率-扭矩的曲线，从而掌握驱动电机在实际运行时能量转换、能量损失、电机效率；其中：效率＝输出机械能/输入电能×100％；输入电能＝输入电压×输入电流；输出机械能＝扭矩×转速×2π/60；

S4、驱动电机调速控制试验方法，本试验通过上位机输入命令和扭矩转速传感器反馈信号，采用脉宽调制PWM发生器，通过调节PWM占空比，从而改变驱动电机转速，本试验模拟电动汽车行驶加、减速工况；

S5、驱动电机转向控制试验方法，本试验通过上位机输入命令和扭矩转速传感器反馈信号，采用PWM发生器控制驱动电机内置驱动电路，使驱动电机反转，本试验模拟电动汽车前进和倒车工况；

S6、驱动电机起动控制试验方法，本试验通过驱动电机起动需要从低速慢慢提速起动，所以需要采用降压起动，通过降低PWM发生器占空比，等效于降低电源电压，从而起动驱动电机，本试验模拟电动汽车起动工况；

S7、驱动电机再生制动控制试验方法，本试验断开驱动电机内置功率转换电路的全部功率管，电机因惯性继续旋转，成为三相交流发电机，经过整流成为直流电给直流储能装置充电，回收制动能量，本试验模拟电动汽车再生制动工况；

S8、驱动电机转速闭环控制试验方法，本试验根据扭矩转速传感器反馈的电机转速，与上位机输入命令设定的转速比较，计算出偏差后送入下位机，调节PWM占空比以修正转速，可以使转速非常稳定，本试验模拟电动汽车匀速行驶工况。

本发明的有益效果是：本发明提供的电动汽车的驱动电机实训教学系统，由于所述多类型负载模拟装置包括磁滞制动器、电力测功器和水力测功器；所述磁滞制动器、所述电力测功器和所述水力测功器分别通过所述联轴器与所述扭矩转速传感器连接；所述上位机和所述扭矩转速传感器分别与所述驱动电机控制器连接，所述驱动电机控制器用于接收所述上位机发送的电机运行命令和接收所述扭矩转速传感器的反馈信号数据对所述驱动电机的功率转换进行控制；因此，通过上位机输入驱动电机运行命令发送至驱动电机控制器，间接的控制驱动电机各种运行工况，驱动电机通过联轴器将惯性模拟装置、扭矩转速传感器、多类型负载模拟装置串联起来，通过电机控制技术实现驱动电机实际工况的运行模拟；从而，本发明提供的电动汽车的驱动电机实训教学系统，驱动电机携带多类型的可变负载，让用户通过实训使用上位机输入命令控制驱动电机的运行掌握驱动电机在实际运行时能量转换、能量损失、电机效率、机械特性等核心知识点等。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电动汽车的驱动电机实训教学系统的原理图。

图2是本发明实施例提供的电动汽车的驱动电机实训教学系统的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的电动汽车的驱动电机实训教学系统的控制图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

请参阅图1至图3，本发明实施例一提供的一种电动汽车的驱动电机实训教学系统，包括上位机11、驱动电机1、驱动电机控制器10、惯性模拟装置2、联轴器5、扭矩转速传感器3和多类型负载模拟装置4，所述上位机11通过所述驱动电机控制器10分别与所述驱动电机1、所述惯性模拟装置2、所述扭矩转速传感器3和所述多类型负载模拟装置4相连接；其中，所述多类型负载模拟装置4包括磁滞制动器6、电力测功器7和水力测功器8；所述磁滞制动器6、所述电力测功器7和所述水力测功器8分别通过所述联轴器5与所述扭矩转速传感器3连接；所述上位机11和所述扭矩转速传感器3分别与所述驱动电机控制器10连接，所述驱动电机控制器10用于接收所述上位机11发送的电机运行命令和接收所述扭矩转速传感器3的反馈信号数据对所述驱动电机1的功率转换进行控制；因此，通过上位机输入驱动电机运行命令发送至驱动电机控制器，间接的控制驱动电机各种运行工况，驱动电机通过联轴器将惯性模拟装置、扭矩转速传感器、多类型负载模拟装置串联起来，通过电机控制技术实现驱动电机实际工况的运行模拟；磁滞制动器6用于针对小功率、低转速驱动电机，通过改变励磁电流大小，可调节负载大小；水力测功器用于针对大功率、高转速驱动电机，通过改变排水执行器控制蝶阀的开度，以改变测功机工作腔内水的压力来改变负载大小；电力测功器7用于针对大功率、无论是高转速还是低转速的驱动电机，通过改变输出电能的大小，可调节负载大小。

在本发明实施例一中，所述驱动电机1与所述惯性模拟装置2之间、所述惯性模拟装置2与所述扭矩转速传感器3之间及所述扭矩转速传感器3与所述多类型负载模拟装置4之间分别通过所述联轴器5连接，提高了动力的有效传输，提高了工作的可靠性。

在本发明实施例一中，还包括实训平台(图未示)、下位机(图未示)、数据采集处理装置(图未示)和用于给所述驱动电机1供电的动力电源9，所述数据采集处理装置(图未示)用于采集所述驱动电机1的功率转换和所述扭矩转速传感器3的反馈信号数据，所述数据采集处理装置(图未示)与所述下位机(图未示)连接，所述下位机(图未示)与所述上位机11连接，采集数据并绘制相关曲线，让用户发现驱动电机在实际运行时能量转换、能量损失、电机效率、机械特性规律，并加以理解；所述动力电源9用于给所述驱动电机1供电所述动力电源9为所述驱动电机1提供恒流、恒压或恒功率电源。

在本发明实施例一中，所述上位机11、所述驱动电机1、所述驱动电机控制器10、所述数据采集处理装置(图未示)、所述下位机(图未示)、所述动力电源9、所述惯性模拟装置2、所述扭矩转速传感器3和所述多类型负载模拟装置4均设置于所述实训平台。

在本发明实施例一中，所述上位机11包括显示器(图未示)和可编程的主控机(图未示)，所述主控机(图未示)用于通过输入命令进行系统控制，所述显示器(图未示)用于负责系统运行参数的监控和显示。

在本发明实施例二中，本发明还提出了一套电动汽车的驱动电机实训教学试验方法，利用上述如实施例一中所述的电动汽车的驱动电机实训教学系统，该实训教学系统设置有如下实训项目的试验方法：

S1、驱动电机的空载试验方法，本试验在驱动电机不带多类型负载模拟装置的情况下运行，通过上位机输入断开扭矩转速传感器和多类型负载模拟装置之间的联轴器的命令发送至驱动电机控制器，驱动电机通过联轴器将惯性模拟装置和扭矩转速传感器连接运行，实现空载测试模拟电动汽车怠速运行工况；

S2、驱动电机带多类型负载模拟装置的机械特性试验方法，本试验在驱动电机带多类型负载模拟装置的情况下运行，通过上位机输入带多类型负载模拟装置的命令发送至驱动电机控制器，驱动电机通过联轴器将惯性模拟装置、扭矩转速传感器和多类型负载模拟装置连接运行，让用户通过扭矩转速传感器测量转速、扭矩的数据，绘制曲线并理解转速-扭矩的变化规律；

S3、驱动电机的效率特性试验方法，本试验就是驱动电机带多类型负载模拟装置的情况下运行，通过上位机输入带多类型负载模拟装置的命令发送至驱动电机控制器，驱动电机通过联轴器将惯性模拟装置、扭矩转速传感器和多类型负载模拟装置连接运行，让用户通过扭矩转速传感器测量转速、扭矩的数据，计算出驱动电机能量转换的效率并绘制效率-扭矩的曲线，从而掌握驱动电机在实际运行时能量转换、能量损失、电机效率；其中：效率＝输出机械能/输入电能×100％；输入电能＝输入电压×输入电流；输出机械能＝扭矩×转速×2π/60；

S4、驱动电机调速控制试验方法，本试验通过上位机输入命令和扭矩转速传感器反馈信号，采用脉宽调制PWM发生器，通过调节PWM占空比，从而改变驱动电机转速，本试验模拟电动汽车行驶加、减速工况；

S5、驱动电机转向控制试验方法，本试验通过上位机输入命令和扭矩转速传感器反馈信号，采用PWM发生器控制驱动电机内置驱动电路，使驱动电机反转，本试验模拟电动汽车前进和倒车工况；

S6、驱动电机起动控制试验方法，本试验通过驱动电机起动需要从低速慢慢提速起动，所以需要采用降压起动，通过降低PWM发生器占空比，等效于降低电源电压，从而起动驱动电机，本试验模拟电动汽车起动工况；

S7、驱动电机再生制动控制试验方法，本试验断开驱动电机内置功率转换电路的全部功率管，电机因惯性继续旋转，成为三相交流发电机，经过整流成为直流电给直流储能装置充电，回收制动能量，本试验模拟电动汽车再生制动工况；

S8、驱动电机转速闭环控制试验方法，本试验根据扭矩转速传感器反馈的电机转速，与上位机输入命令设定的转速比较，计算出偏差后送入下位机，调节PWM占空比以修正转速，可以使转速非常稳定，本试验模拟电动汽车匀速行驶工况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电动汽车的驱动电机实训教学系统，其特征在于：包括上位机、驱动电机、驱动电机控制器、惯性模拟装置、联轴器、扭矩转速传感器和多类型负载模拟装置，所述上位机通过所述驱动电机控制器分别与所述驱动电机、所述惯性模拟装置、所述扭矩转速传感器和所述多类型负载模拟装置相连接；其中，所述多类型负载模拟装置包括磁滞制动器、电力测功器和水力测功器；所述磁滞制动器、所述电力测功器和所述水力测功器分别通过所述联轴器与所述扭矩转速传感器连接；所述上位机和所述扭矩转速传感器分别与所述驱动电机控制器连接，所述驱动电机控制器用于接收所述上位机发送的电机运行命令和接收所述扭矩转速传感器的反馈信号数据对所述驱动电机的功率转换进行控制；该实训教学系统设置有如下实训项目的试验方法：

S1、驱动电机的空载试验方法，本试验在驱动电机不带多类型负载模拟装置的情况下运行，通过上位机输入断开扭矩转速传感器和多类型负载模拟装置之间的联轴器的命令发送至驱动电机控制器，驱动电机通过联轴器将惯性模拟装置和扭矩转速传感器连接运行，实现空载测试模拟电动汽车怠速运行工况；

S2、驱动电机带多类型负载模拟装置的机械特性试验方法，本试验在驱动电机带多类型负载模拟装置的情况下运行，通过上位机输入带多类型负载模拟装置的命令发送至驱动电机控制器，驱动电机通过联轴器将惯性模拟装置、扭矩转速传感器和多类型负载模拟装置连接运行，让用户通过扭矩转速传感器测量转速、扭矩的数据，绘制曲线并理解转速-扭矩的变化规律；

S3、驱动电机的效率特性试验方法，本试验就是驱动电机带多类型负载模拟装置的情况下运行，通过上位机输入带多类型负载模拟装置的命令发送至驱动电机控制器，驱动电机通过联轴器将惯性模拟装置、扭矩转速传感器和多类型负载模拟装置连接运行，让用户通过扭矩转速传感器测量转速、扭矩的数据，计算出驱动电机能量转换的效率并绘制效率-扭矩的曲线，从而掌握驱动电机在实际运行时能量转换、能量损失、电机效率；其中：效率＝输出机械能/输入电能×100％；输入电能＝输入电压×输入电流；输出机械能＝扭矩×转速×2π/60；

S4、驱动电机调速控制试验方法，本试验通过上位机输入命令和扭矩转速传感器反馈信号，采用脉宽调制PWM发生器，通过调节PWM占空比，从而改变驱动电机转速，本试验模拟电动汽车行驶加、减速工况；

S5、驱动电机转向控制试验方法，本试验通过上位机输入命令和扭矩转速传感器反馈信号，采用PWM发生器控制驱动电机内置驱动电路，使驱动电机反转，本试验模拟电动汽车前进和倒车工况；

S6、驱动电机起动控制试验方法，本试验通过驱动电机起动需要从低速慢慢提速起动，所以需要采用降压起动，通过降低PWM发生器占空比，等效于降低电源电压，从而起动驱动电机，本试验模拟电动汽车起动工况；

S7、驱动电机再生制动控制试验方法，本试验断开驱动电机内置功率转换电路的全部功率管，电机因惯性继续旋转，成为三相交流发电机，经过整流成为直流电给直流储能装置充电，回收制动能量，本试验模拟电动汽车再生制动工况；

S8、驱动电机转速闭环控制试验方法，本试验根据扭矩转速传感器反馈的电机转速，与上位机输入命令设定的转速比较，计算出偏差后送入下位机，调节PWM占空比以修正转速，可以使转速非常稳定，本试验模拟电动汽车匀速行驶工况。

2.如权利要求1所述的电动汽车的驱动电机实训教学系统，其特征在于，所述驱动电机与所述惯性模拟装置之间、所述惯性模拟装置与所述扭矩转速传感器之间及所述扭矩转速传感器与所述多类型负载模拟装置之间分别通过所述联轴器连接。

3.如权利要求1所述的电动汽车的驱动电机实训教学系统，其特征在于，还包括实训平台、下位机、数据采集处理装置和用于给所述驱动电机供电的动力电源，所述数据采集处理装置用于采集所述驱动电机的功率转换和所述扭矩转速传感器的反馈信号数据，所述数据采集处理装置与所述下位机连接，所述下位机与所述上位机连接；所述动力电源用于给所述驱动电机供电。

4.如权利要求3所述的电动汽车的驱动电机实训教学系统，其特征在于，所述上位机、所述驱动电机、所述驱动电机控制器、所述数据采集处理装置、所述下位机、所述动力电源、所述惯性模拟装置、所述扭矩转速传感器和所述多类型负载模拟装置均设置于所述实训平台。

5.如权利要求1所述的电动汽车的驱动电机实训教学系统，其特征在于，所述上位机包括显示器和可编程的主控机，所述主控机用于通过输入命令进行系统控制，所述显示器用于负责系统运行参数的监控和显示。