CST电磁兼容性仿真---电机堵转

在我们做电机系统EMC测试的时候经常或者不可避免的会遇到电机堵转测试的测试工况。其实堵转测试是电驱系统性能考核指标之一。

什么是堵转？
电机堵转是电机在转速为0转时仍然输出扭矩的一种情况。电机堵转时电机功率因数极低，电机就像接在电源中的一个电感元件，只有其自身的电阻和电感，自然电流会大大增加。电机运行时会产生反电动势，这是消耗电压的主要部分。堵转时反电势为零，所有电压都加载在绕组上，所以电流很大。根据电机容量的大小和加工工艺不同，电机堵转电流一般为电机额定电流的5-12倍。因此，电机的一般性试验就包括堵转试验这一项。

为什么要测堵转？

因为堵转工况是纯电动汽车常见工况之一，堵转特性又是电驱动系统关键性能考核指标之一。

其描述的主要是：

（1）在一定坡度路面启动、停靠。

（2）驾驶员拉手刹踩油门。

（3）车轮被马路牙子等卡死。

（4）变速器由于换挡系统或齿轮胶合导致的卡滞等工况。此时驱动电机系统输出轴被抱死无法 正常运转而处于堵转状态。

堵转测试

测试方法参考GBT 18488.2：2015中的定义，如下图：

电机堵转的机理

以SVPWM技术为例。SVPWM是由三相功率逆变器的六个功率开关元件组成的特定开关模式产生的脉宽调制波，能够使输出电流波形尽可能接近于理想的正弦波形，目前无刷电机控制常采用7段式SVPWM，三相定子电流矢量相位之间互差120°，三相电流如下式所示：

其中I为三相定子电流幅值；θ为转子位置，即定子电流矢量与参考轴（A相电流方向）之间的夹角。由此可见，正常工作时三相电流为对称的正弦交流电流，如图所示。

SVPWM控制算法是将三相电机的输出电压分解为七个矢量，分别为正向最大矢量，正向中等矢量，正向最小矢量，负向最小矢量，负向中等矢量，负向最大矢量和零矢量。这七个矢量可以通过控制脉冲宽度来控制三相电机的输出电压。如图

当堵转时，电机转速为零，输出机械功率为零，此时动力电机会处于上图的某一区域。其根本原因是：转子磁场位置被固定，定子电流矢量也将被固定在对应的方向上，此时存在堵转饱和效应，即转子产生的磁场对各相磁路产生不均衡的影响，进而导致三相定子电流不再是正弦电流，而是直流电流，且电流稳态幅值不相等。

综上所述，电机在堵转的时候，电机的转速为0，那么三相的相电流频率也为0，也就是相电流实际上为类似于只有开关频率的频率成分的直流电流。如图：

但是这里有一个问题？

根据上述公式，电机堵转的时候初始相位决定着你的调制波的幅值，这个幅值是一个常数。如图

电机堵在不同的相位会导致三相的PWM波不同。以七段式为例，我们分别看一下电机堵转初始相位在0度，30度，45度和90度的三相的PWM信号，如图

堵转在0度时

堵转在30度时：

堵转在45度时

堵转在90度时

感兴趣的朋友可以用公式推导一下SVPWM七段式或者五段式控制算法在堵转的工况下生成的PWM波。