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电动观光车驱动系统失效模式与机理分析

       [导读] 电机驱动系统失效模式分类 根据失效原因、性质、机理、程度、产生的速度、发生的时间以及失效产生的后果,可将失效进行不同的分类。电动观光车常见的失效模式可以分为:损坏型、退化型、松脱型、失调型、阻漏型、功能型失效模式和其他失效模式。在此针对系统中导致电机驱动系统失效,影响整车正常运行的元件或部件失效进行分析。

       (1)电机驱动系统失效模式分类 根据失效原因、性质、机理、程度、产生的速度、发生的时间以及失效产生的后果,可将失效进行不同的分类。电动观光车常见的失效模式可以分为:损坏型、退化型、松脱型、失调型、阻漏型、功能型失效模式和其他失效模式。在此针对系统中导致电机驱动系统失效,影响整车正常运行的元件或部件失效进行分析。

       (2)电机驱动系统失效机理分析 针对电机控制器,选取以下几种失效模式进行机理分析。

       ①过压 一般发生在整车充电工况。电压过高不仅影响器件绝缘,还会造成器件损坏。电动汽车电机系统过压主要集中在直流母线电压上。过压会造成母线电容、功率器件(IGBT)或母排绝缘损坏。主要原因如下。

       a.预充电回路未切除 正常预充电结束后,主接触器由于故障未结合,这时响应整车充电指令时,预充电电阻分压,导致母线两端电压过高。

       b.误动作 控制器内部的电压检测部分发生故障,检测出的电压信号偏大,导致保护。

       ②欠压 一般发生在整车电动的工况。电压过低不仅影响系统性能的发挥,而且还会对器件造成损坏。当系统输出相同功率时,电压过低,势必造成电流增加。电流过大,可能会超出器件的工作范围,造成器件损坏。对电机而言,长期欠电压工作,效率低,发热大,时间长会造成电机绕组绝缘降低,导致电机绕组短路或断路。主要原因如下。

       a.高压电池电压过低 高压电池系统可能发生漏电或整车系统长时间处于电动运行,缺少充电工况。

       b.预充电回路没有切除 正常预充电结束后,预充电回路没有切除。主接触器由于故障没有接合,响应整车电动指令时,预充电电阻分压,导致母线两端电压过低。

       c.误动作 控制器内部的电压检测部分发生故障,检测出的电压信号偏小,导致保护。

       ③过流 电机能够旋转,但运行电流远超过了额定值,这与过载是不同的。过流的基本反映是:电流超过了额定值,但超过的幅度很大,形成大的冲击电流。在车用电机系统中,过流一般发生在直流母线端或三相交流输出端。主要原因如下。

       a.直流母线、母排绝缘损坏 绝缘损坏,造成母线正负短接。

       b.定子绕组三相不平衡 电机三相绕组发生短路,造成线电流过大。

       c.误动作 控制器内部的电流检测部分发生故障,检测出的电流信号过大,导致保护。

       ④过载 电动机能够旋转,但运行电流超过了额定值,称为过载。过载基本反映是:电流虽然超过了额定值,但超过的幅度不大,一般也不形成较大的冲击电流。输出电流超过反时限特性过载电流额定值,保护功能动作,变频器的容量偏小。主要原因如下。

       a.机械负荷过重 主要特征是电动机发热,三相运行电流偏大。控制器PI参数导致动态响应时间过短或电机机械结构卡死。

       b.定子绕组三相电压不平衡 三相不平衡引起某相的运行电流过大,导致过载保护,其特点是发热不均衡。

       c.误动作 控制器内部的电流检测部分发生故障,检测出的电流信号偏大,导致保护。

       ⑤过温 温度过高,不仅会影响电机本体的绝缘,而且还会影响电机控制器的功率输出。这是因为电机控制器的核心就是开关器件构成的逆变电路。温度直接影响功率器件的工作范围,功率器件工作受到器件结温(一般为150℃)影响,外界温度的升高,结温给定时,开关损耗必然要减小,这将导致电机控制器不能以全功率输出以及系统性能降低。主要原因如下。

       a.长时间处于过载运行状态。

       b.电机定子绕组三相不平衡。

       c.误动作。

       ⑥逻辑电压故障 电动汽车电机控制器逻辑电压由车载蓄电池提供,蓄电池电压波动范围较大,对电机控制器低压器件选取提出一个要求,必须满足车载蓄电池电压波动范围。逻辑电压过低,会造成有些器件不工作,或造成电路中逻辑电位紊乱。电压过高,会造成器件损坏。主要原因:车载蓄电池有短路点;误动作。

       ⑦CAN 通信故障 电动汽车电机系统的指令执行以及系统状态反馈都是通过CAN通信传递的。通信的正常与否直接关系到系统能否正常工作。主要原因:CAN线断线;电磁干扰。
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