電動(dòng)發(fā)電機(jī)測(cè)試平臺(tái)
　　使用兩種不同的設(shè)置來(lái)探索電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中高開關(guān)頻率的好處。個(gè)電動(dòng)發(fā)電機(jī)平臺(tái)基于電鉆電機(jī)，而第二個(gè)平臺(tái)則采用無(wú)芯電機(jī)。

　　范圍電機(jī)定子鐵芯無(wú)定子鐵芯電機(jī)
　　反抗24.5毫歐40毫歐
　　電感37.5μH6.25μH
　　兩種設(shè)置（圖 1）均由采用 Infineon 的 100V 4mΩ OptiMOS 硅技術(shù)構(gòu)建的三相逆變器驅(qū)動(dòng)。使用兩個(gè)XMC 4400驅(qū)動(dòng)卡實(shí)現(xiàn)傳感磁場(chǎng)定向控制，分別以速度和扭矩控制模式控制電機(jī)和發(fā)電機(jī)逆變器。此設(shè)置使我們能夠評(píng)估各種功率水平下的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

　　48V 電動(dòng)發(fā)電機(jī)測(cè)試裝置，帶和不帶定子鐵芯。

　　自動(dòng)測(cè)試序列
　　當(dāng)以下四個(gè)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，采用自動(dòng)化測(cè)試程序進(jìn)行全面分析：
　　電機(jī)轉(zhuǎn)速
　　扭矩
　　逆變器開關(guān)頻率
　　死區(qū)時(shí)間
　　圖 2 顯示了所獲得的波形，該波形適用于具有定子鐵芯的兩個(gè)不同逆變器開關(guān)頻率（20 kHz 和 100 kHz）和兩個(gè)死區(qū)時(shí)間（25 ns 和 100 ns）的電機(jī)，同時(shí)保持 2,000 kRPM 的恒定電機(jī)速度。

　　帶定子鐵芯電機(jī)的自動(dòng)測(cè)試程序生成的波形。

　　圖 2：帶定子鐵芯電機(jī)的自動(dòng)測(cè)試程序生成的波形（Kempitiya 等人，2024 年）
　　為了在整個(gè)測(cè)試過程中保持一致的電機(jī)繞組溫度并減輕溫度變化對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，每個(gè)扭矩曲線步驟后都包含一個(gè)休息期。在整個(gè)測(cè)試序列中，在各種條件下測(cè)量逆變器、電機(jī)和系統(tǒng)效率并進(jìn)行分析，以了解電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的行為。
　　測(cè)量結(jié)果
　　逆變器效率
　　結(jié)果顯示了兩個(gè)測(cè)試平臺(tái)的逆變器效率曲線。比較這兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)，空心杯電機(jī)系統(tǒng)表現(xiàn)出更高的有效功率因數(shù)，從而提高逆變器效率。
　　在高負(fù)載條件下，逆變器總功率損耗約為 20 W，無(wú)芯系統(tǒng)在電機(jī)速度為 2 kRPM 和 6 kRPM 時(shí)可分別產(chǎn)生 2.3 倍至 2.6 倍的逆變器輸出功率。
　　電機(jī)效率
　　更高的開關(guān)頻率也對(duì)兩個(gè)系統(tǒng)的電機(jī)效率產(chǎn)生積極影響。這一改進(jìn)主要?dú)w因于較高開關(guān)頻率下磁滯和諧波損耗的減少。
　　無(wú)鐵芯系統(tǒng)在電機(jī)效率方面尤其表現(xiàn)出顯著的提高，因?yàn)椴淮嬖诖艤p耗，從而使諧波損耗成為主要因素。有趣的是，盡管無(wú)芯系統(tǒng)的電機(jī)繞組時(shí)間常數(shù)高出大約 10 倍，但仍產(chǎn)生更多與諧波相關(guān)的電機(jī)損耗。
　　例如，在電機(jī)速度為 2 kRPM 時(shí)，空心杯電機(jī)產(chǎn)生的電機(jī)損耗增加了 2.1 倍，等效逆變器輸出功率約為 220 W。不過，趨勢(shì)表明，空心杯系統(tǒng)中的電機(jī)效率隨著開關(guān)頻率的增加而顯著提高。
　　系統(tǒng)效率
　　系統(tǒng)效率曲線表明，與使用GaN和 OptiMOS 的系統(tǒng)不同，隨著開關(guān)頻率的增加，逆變器效率會(huì)出現(xiàn)更顯著的降低。盡管所有速度下的電機(jī)效率都有所提高，但這種提高往往無(wú)法抵消具有的系統(tǒng)中逆變器效率的損失。的例外發(fā)生在較低功率水平和 6 kRPM 電機(jī)速度下，系統(tǒng)效率在較高開關(guān)頻率下得到提高。
　　對(duì)于無(wú)芯系統(tǒng)，所有速度下的系統(tǒng)效率均有所提高，在較高開關(guān)頻率下運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)效率提高了約 10%。與電機(jī)效率類似，所有速度下的系統(tǒng)功率損耗都較高，但在 2 kRPM 時(shí)除外，此時(shí)無(wú)芯系統(tǒng)可產(chǎn)生 1.1 倍以上的逆變器輸出功率，等效系統(tǒng)功率損耗約為 39 W。