電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)

第3章電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)3.1概述3.2直流電動機(jī)3.3無刷直流電動機(jī)3.4異步電動機(jī)3.5永磁同步電動機(jī)3.6開關(guān)磁阻電動機(jī)3.7輪轂電機(jī)3.1概述3.1.1電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的組成與類型3.1.2電動機(jī)的額定指標(biāo)3.1.3電動汽車對電動機(jī)的要求3.1.4電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

3.1.1電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的組成與類型1．電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的組成電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的心臟，它由電機(jī)、功率轉(zhuǎn)化器、控制器、各種檢測傳感器和電源（蓄電池）組成，其任務(wù)是在駕駛員的控制下，高效率地將蓄電池的電量轉(zhuǎn)化為車輪的動能，或者將車輪的動能反饋到蓄電池中。

3.1.1電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的組成與類型2．電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的類型電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)按所選電動機(jī)的類型可分為:(1)直流電動機(jī);(2)無刷直流電動機(jī);(3)異步電動機(jī);(4)永磁同步電動機(jī);(5)開關(guān)磁阻電動機(jī)等。3.1.2電動機(jī)的額定指標(biāo)(1)額定功率。額定功率是指額定運行情況下軸端輸出的機(jī)械功率(W或kW)。(2)額定電壓。額定電壓是指外加于線端的電源線電壓(V)。(3)額定電流。額定電流是指電動機(jī)額定運行(額定電壓、額定輸出功率)情況下電樞繞組(或定子繞組)的線電流(A)。(4)額定頻率。額定頻率是指電動機(jī)額定運行情況下電樞(或定子側(cè))的頻率(Hz)。(5)額定轉(zhuǎn)速。額定轉(zhuǎn)速是指電動機(jī)額定運行(額定電壓、額定頻率、額定輸出功率)的情況下，電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(r/min)。3.1.3電動汽車對電動機(jī)的要求電動汽車在行駛過程中，經(jīng)常頻繁地啟動/停車、加速/減速等，這就要求電動汽車中的電動機(jī)比一般工業(yè)應(yīng)用的電動機(jī)性能更高，基本要求如下：

(1)電動機(jī)的運行特性要滿足電動汽車的要求，在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運行時具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足電動汽車起動和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時具有高的速度，以滿足電動汽車在平坦的路面能夠高速行駛的要求；(2)電動機(jī)應(yīng)具有瞬時功率大、帶負(fù)載啟動性能好、過載能力強(qiáng)，加速性能好，使用壽命長的特點；(3)電動機(jī)應(yīng)在整個運行范圍內(nèi)，具有很高的效率，以提高一次充電的續(xù)駛里程；3.1.3電動汽車對電動機(jī)的要求(4)電動機(jī)應(yīng)能夠在汽車減速時實現(xiàn)再生制動，將能量回收并反饋給蓄電池，使得電動汽車具有最佳能量的利用率；(5)電動機(jī)應(yīng)可靠性好，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作；(6)電動機(jī)應(yīng)體積小，重量輕，一般為工業(yè)用電動機(jī)的1/2~1/3；(7)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)要簡單堅固，適合批量生產(chǎn)，便于使用和維護(hù)；(8)價格便宜，從而能夠減少整體電動汽車的價格，提高性價比；(9)運行時噪聲低，減少污染。

3.1.4電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢（1）電機(jī)的功率密度不斷提高，永磁電機(jī)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。（2）電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速不斷提高，回饋制動的高效區(qū)不斷拓寬。（3）電驅(qū)動系統(tǒng)的集成化和一體化趨勢更加明顯。（4）電驅(qū)動系統(tǒng)的混合度與電功率比不斷增加。（5）車用電驅(qū)動控制系統(tǒng)的集成化和數(shù)字化程度不斷加大。

3.2直流電動機(jī)3.2.1直流電動機(jī)的分類3.2.2直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點3.2.3直流電動機(jī)的工作原理3.2.4直流電動機(jī)的控制

3.2.1直流電動機(jī)的分類直流電動機(jī)分為繞組勵磁式直流電動機(jī)和永磁式直流電動機(jī)。在電動汽車所采用的直流電動機(jī)中，小功率電動機(jī)采用的是永磁式直流電動機(jī)，大功率電動機(jī)采用的是繞組勵磁式直流電動機(jī)。繞組勵磁式直流電動機(jī)根據(jù)勵磁方式的不同，可分為他勵式、并勵式、串勵式和復(fù)勵式四種類型。直流電電動機(jī)機(jī)的分分類1．他勵勵式直直流電電動機(jī)機(jī)他勵式式直流流電動動機(jī)的的勵磁磁繞組組與電電樞繞繞組無無連接接關(guān)系系，而而由其其它直直流電電源對對勵磁磁繞組組供電電。因因此勵勵磁電電流不不受電電樞端端電壓壓或電電樞電電流的的影響響。永永磁直直流電電動機(jī)機(jī)也可可看作作他勵勵直流流電動動機(jī)。。他勵直直流電電動機(jī)機(jī)在運運行過過程中中勵磁磁磁場場穩(wěn)定定而且且容易易控制制，容容易實實現(xiàn)電電動汽汽車的的再生生制動動要求求。但但當(dāng)采采用永永磁激激勵時時，雖雖然電電動機(jī)機(jī)效率率高，，重量量和體體積較較小，，但由由于勵勵磁磁磁場固固定，，電動動機(jī)的的機(jī)械械特性性不理理想，，驅(qū)動動電動動機(jī)產(chǎn)產(chǎn)生不不了足足夠大大的輸輸出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩來來滿足足電動動汽車車起動動和加加速時時的大大轉(zhuǎn)矩矩要求求。直流電電動機(jī)機(jī)的分分類2．并勵勵直流流電動動機(jī)并勵直直流電電動機(jī)機(jī)的勵勵磁繞繞組與與電樞樞繞組組相并并聯(lián)，，共用用同一一電源源，性性能與與他勵勵直流流電動動機(jī)基基本相相同。。并勵勵繞組組兩端端電壓壓就是是電樞樞兩端端電壓壓，但但是勵勵磁繞繞組用用細(xì)導(dǎo)導(dǎo)線繞繞成，，其匝匝數(shù)很很多，，因此此具有有較大大的電電阻，，使得得通過過它的的勵磁磁電流流較小小。3．串勵勵直流流電動動機(jī)串勵直直流電電動機(jī)機(jī)的勵勵磁繞繞組與與電樞樞繞組組串聯(lián)聯(lián)后，，再接接于直直流電電源，，這種種直流流電動動機(jī)的的勵磁磁電流流就是是電樞樞電流流。這這種電電動機(jī)機(jī)內(nèi)磁磁場隨隨著電電樞電電流的的改變變有顯顯著的的變化化。為為了使使勵磁磁繞組組中不不致引引起大大的損損耗和和電壓壓降，，勵磁磁繞組組的電電阻越越小越越好，，所以以串勵勵直流流電動動機(jī)通通常用用較粗粗的導(dǎo)導(dǎo)線繞繞成，，它的的匝數(shù)數(shù)較少少。直流電電動機(jī)機(jī)的分分類4．復(fù)勵勵直流流電動動機(jī)復(fù)勵直直流電電動機(jī)機(jī)有并并勵和和串勵勵兩個個勵磁磁繞組組，電電動機(jī)機(jī)的磁磁通由由兩個個繞組組內(nèi)的的勵磁磁電流流產(chǎn)生生。若若串勵勵繞組組產(chǎn)生生的磁磁通勢勢與并并勵繞繞組產(chǎn)產(chǎn)生的的磁通通勢方方向相相同稱稱為積積復(fù)勵勵。若若兩個個磁通通勢方方向相相反，，則稱稱為差差復(fù)勵勵。復(fù)勵直直流電電動機(jī)機(jī)的永永磁勵勵磁部部分采采用高高磁性性材料料釹鐵鐵硼，，運行行效率率高。。由于于電動動機(jī)永永磁勵勵磁部部分有有穩(wěn)定定的磁磁場，，因此此用該該類電電動機(jī)機(jī)構(gòu)成成驅(qū)動動系統(tǒng)統(tǒng)時易易實現(xiàn)現(xiàn)再生生制動動功能能。同同時由由于電電動機(jī)機(jī)增加加了增增磁繞繞組，，通過過控制制勵磁磁繞組組的勵勵磁電電流或或勵磁磁磁場場的大大小，，能克克服純純永磁磁他勵勵直流流電動動機(jī)不不能產(chǎn)產(chǎn)生足足夠的的輸出出轉(zhuǎn)矩矩來滿滿足電電動汽汽車低低速或或爬坡坡時的的大轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩要要求，，而電電動機(jī)機(jī)的重重量或或體積積比串串勵電電動機(jī)機(jī)的小小。直流電電動機(jī)機(jī)的分分類各種勵勵磁方方式直直流電電動機(jī)機(jī)的電電路如如圖所所示。。直流電電動機(jī)機(jī)的結(jié)結(jié)構(gòu)與與特點點1．直流流電動動機(jī)的的結(jié)構(gòu)構(gòu)直流電電動機(jī)機(jī)由定定子與與轉(zhuǎn)子子兩大大部分分構(gòu)成成，定定子和和轉(zhuǎn)子子之間間的間間隙稱稱為氣氣隙。。直流電電動機(jī)機(jī)的結(jié)結(jié)構(gòu)與與特點點2．直流流電動動機(jī)的的特點點(1)調(diào)速性性能好好。直直流電電動機(jī)機(jī)可以以在重重負(fù)載載條件件下，，實現(xiàn)現(xiàn)均勻勻、平平滑的的無級級調(diào)速速，而而且調(diào)調(diào)速范范圍較較寬。。(2)起動力力矩大大?？煽梢跃鶆蚨?jīng)濟(jì)濟(jì)地實實現(xiàn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速調(diào)調(diào)節(jié)，，因此此，凡凡是在在重負(fù)負(fù)載下下起動動或要要求均均勻調(diào)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的的機(jī)械械，例例如大大型可可逆軋軋鋼機(jī)機(jī)、卷卷揚機(jī)機(jī)、電電力機(jī)機(jī)車、、電車車等，，都可可用直直流電電動機(jī)機(jī)拖動動。(3)控制制比比較較簡簡單單。。一一般般用用斬斬波波器器控控制制，，它它具具有有高高效效率率、、控控制制靈靈活活、、重重量量輕輕、、體體積積小小、、響響應(yīng)應(yīng)快快等等優(yōu)優(yōu)點點。。(4)有易易損損件件。。由由于于存存在在電電刷刷、、換換向向器器等等易易磨磨損損器器件件，，所所以以必必須須進(jìn)進(jìn)行行定定期期維維護(hù)護(hù)或或更更換換。。直流流電電動動機(jī)機(jī)的的工工作作原原理理直流流電電動動機(jī)機(jī)的的工工作作原原理理圖圖所所示示。。圖圖中中，，定定子子有有一一對對N、S極，，電電樞樞繞繞組組的的末末端端分分別別接接到到兩兩個個換換向向片片上上，，正正、、負(fù)負(fù)電電刷刷A和B分別別與與兩兩個個換換向向片片接接觸觸。。直流流電電動動機(jī)機(jī)的的控控制制直流流電電動動機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速控控制制方方法法主主要要有有電電樞樞調(diào)調(diào)壓壓控控制制、、磁磁場場控控制制和和電電樞樞回回路路電電阻阻控控制制。。電樞樞調(diào)調(diào)壓壓控控制制是是指指通通過過改改變變電電樞樞的的端端電電壓壓來來控控制制電電動動機(jī)機(jī)的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速。。這這種種控控制制只只適適合合電電動動機(jī)機(jī)基基速速以以下下的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速控控制制，，它它可可保保持持電電動動機(jī)機(jī)的的負(fù)負(fù)載載轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩不不變變，，電電動動機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速近近似似與與電電樞樞端端電電壓壓成成比比例例變變化化，，所所以以稱稱為為恒恒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩調(diào)調(diào)速速。。直直流流電電動動機(jī)機(jī)采采用用電電樞樞調(diào)調(diào)壓壓控控制制可可實實現(xiàn)現(xiàn)在在寬寬廣廣范范圍圍內(nèi)內(nèi)的的連連續(xù)續(xù)平平滑滑的的速速度度控控制制，，調(diào)調(diào)速速比比一一般般可可達(dá)達(dá)1:10，如如果果與與磁磁場場控控制制配配合合使使用用，，調(diào)調(diào)速速比比可可達(dá)達(dá)1:30。電電樞樞調(diào)調(diào)壓壓控控制制的的調(diào)調(diào)速速過過程程：：當(dāng)當(dāng)磁磁通通保保持持不不變變時時，，減減小小電電壓壓，，由由于于轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速不不立立即即發(fā)發(fā)生生變變化化，，反反電電動動勢勢也也暫暫時時不不變變化化，，由由于于電電樞樞電電流流減減小小了了，，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩也也減減小小了了。。如如果果阻阻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩未未變變，，則則轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速下下降降。。隨隨著著轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速的的降降低低，，反反電電動動勢勢減減小小，，電電樞樞電電流流和和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩就就隨隨著著增增大大，，直直到到轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩與與阻阻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩再再次次平平衡衡為為止止，，但但這這時時轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速已已經(jīng)經(jīng)較較原原來來降降低低了了。。直流流電電動動機(jī)機(jī)的的控控制制磁場場控控制制是是指指通通過過調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)直直流流電電動動機(jī)機(jī)的的勵勵磁磁電電流流改改變變每每極極磁磁通通量量，，從從而而調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)電電動動機(jī)機(jī)的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速，，這這種種控控制制只只適適合合電電動動機(jī)機(jī)基基數(shù)數(shù)以以上上的的控控制制。。當(dāng)當(dāng)電電樞樞電電流流不不變變時時，，具具有有恒恒功功率率調(diào)調(diào)速速特特性性。。磁磁場場控控制制效效率率高高，，但但調(diào)調(diào)速速范范圍圍小小，，一一般般不不超超過過1:3，而而且且響響應(yīng)應(yīng)速速度度較較慢慢。。磁磁場場控控制制可可采采用用可可變變電電阻阻器器，，也也可可采采用用可可控控整整流流電電源源作作為為勵勵磁磁電電源源。。磁場場控控制制的的調(diào)調(diào)速速過過程程：：當(dāng)當(dāng)電電壓壓保保持持恒恒定定時時，，減減小小磁磁通通，，由由于于機(jī)機(jī)械械慣慣性性，，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速不不立立即即發(fā)發(fā)生生變變化化，，于于是是反反電電動動勢勢減減小小，，電電樞樞電電流流隨隨之之增增加加。。由由于于電電樞樞電電流流增增加加的的影影響響超超過過磁磁通通減減小小的的影影響響，，所所以以轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩也也就就增增加加。。如如果果阻阻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩未未變變，，則則轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速上上升升。。隨隨著著轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速的的升升高高，，反反電電動動勢勢增增大大，，電電樞樞電電流流和和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩也也隨隨著著減減小小，，直直到到轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩和和阻阻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩再再次次平平衡衡為為止止，，但但這這時時轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速已已經(jīng)經(jīng)較較原原來來升升高高了了。。直流流電電動動機(jī)機(jī)的的控控制制電樞樞回回路路串串電電阻阻控控制制是是指指當(dāng)當(dāng)電電動動機(jī)機(jī)的的勵勵磁磁電電流流不不變變時時，，通通過過改改變變電電樞樞回回路路電電阻阻來來調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)電電動動機(jī)機(jī)的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速。。這這種種控控制制方方法法的的機(jī)機(jī)械械特特性性較較軟軟，，而而且且電電動動機(jī)機(jī)運運行行不不穩(wěn)穩(wěn)定定，，一一般般很很少少應(yīng)應(yīng)用用。。對對于于小小型型串串勵勵電電動動機(jī)機(jī)，，常常采采用用電電樞樞回回路路串串電電阻阻控控制制方方式式。。3.3無刷刷直直流流電電動動機(jī)機(jī)無刷刷直直流流電電動動機(jī)機(jī)的的分分類類無刷刷直直流流電電動動機(jī)機(jī)的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)與與特特點點無刷直直流電電動機(jī)機(jī)的工工作原原理無刷直直流電電動機(jī)機(jī)的控控制無刷直直流電電動機(jī)機(jī)的分分類無刷直直流電電動機(jī)機(jī)按照照工作作特性性，可可以分分為具具有直直流電電動機(jī)機(jī)特性性的無無刷直直流電電動機(jī)機(jī)和具具有交交流電電動機(jī)機(jī)特性性的無無刷直直流電電動機(jī)機(jī)。具有直直流電電動機(jī)機(jī)特性性的無無刷直直流電電動機(jī)機(jī)，反反電動動勢波波形和和供電電電流流波形形都是是矩形形波，，所以以又稱稱為矩矩形波波同步步電動動機(jī)。。這類類電動動機(jī)由由直流流電源源供電電，借借助位位置傳傳感器器來檢檢測主主轉(zhuǎn)子子的位位置，，由所所檢測測出的的信號號去觸觸發(fā)相相應(yīng)的的電子子換相相線路路以實實現(xiàn)無無接觸觸式換換相。。顯然然，這這種無無刷直直流電電動機(jī)機(jī)具有有有刷刷直流流電動動機(jī)的的各種種運行行特性性。具有交交流電電動機(jī)機(jī)特性性的無無刷直直流電電動機(jī)機(jī)，反反電動動勢波波形和和供電電電流流波形形都是是正弦弦波，，所以以又稱稱為正正弦波波同步步電動動機(jī)。。這類類電動動機(jī)也也由直直流電電源供供電，，但通通過逆逆變器器將直直流電電變換換成交交流電電，然然后去去驅(qū)動動一般般的同同步電電動機(jī)機(jī)。因因此，，它們們具有有同步步電動動機(jī)的的各種種運行行特性性。無刷直直流電電動機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)與特特點1．無刷刷直流流電動動機(jī)的的結(jié)構(gòu)構(gòu)無刷直直流電電動機(jī)機(jī)主要要由電電動機(jī)機(jī)本體體、電電子換換相器器和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子位位置傳傳感器器三部部分組組成。。(1)電動機(jī)機(jī)本體體。無無刷直直流電電動機(jī)機(jī)的電電動機(jī)機(jī)本體體由定定子和和轉(zhuǎn)子子兩部部分組組成。。(2)電子換換相器器。電電子換換相器器是由由功率率開關(guān)關(guān)和位位置信信號處處理電電路構(gòu)構(gòu)成，，主要要用來來控制制定子子各繞繞組通通電的的順序序和時時間。。(3)位置傳傳感器器。位位置傳傳感器器在無無刷直直流電電動機(jī)機(jī)中起起著檢檢測轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子磁磁極位位置的的作用用，為為功率率開關(guān)關(guān)電路路提供供正確確的換換相信信息，，即將將轉(zhuǎn)子子磁極極的位位置信信號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成成電信信號，，經(jīng)位位置信信號處處理電電路處處理后后控制制定子子繞組組換相相。無刷直直流電電動機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)與特特點無刷直直流電電動機(jī)機(jī)實物物圖。。無刷直直流電電動機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)與特特點無刷直直流電電動機(jī)機(jī)作為為電動動汽車車用電電動機(jī)機(jī)，具具有以以下優(yōu)優(yōu)點：：(1)外特性性好，，非常常符合合電動動汽車車的負(fù)負(fù)載特特性，，尤其其是具具有低低速大大轉(zhuǎn)矩矩特性性，能能夠提提供大大的起起動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，，滿足足電動動汽車車的加加速要要求；；(2)可以在在低、、中、、高寬寬速度度范圍圍內(nèi)運運行，，而有有刷電電動機(jī)機(jī)由于于受機(jī)機(jī)械換換向的的影響響，只只能在在中低低速下下運行行；(3)效率高高，尤尤其是是在輕輕載車車況下下，仍仍能保保持較較高的的效率率，這這對珍珍貴的的電池池能量量是很很重要要的；；(4)過載能能力強(qiáng)強(qiáng)，比比Y系列電電動機(jī)機(jī)可提提高過過載能能力2倍以上上，滿滿足電電動汽汽車的的突起起堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)需要要；無刷直直流電電動機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)與特特點(5)再生制制動效效果好好，因因無刷刷直流流電動動機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子具具有很很高的的永久久磁場場，在在汽車車下坡坡或制制動時時電動動機(jī)可可完全全進(jìn)入入發(fā)電電機(jī)狀狀態(tài)，，給電電池充充電，，同時時起到到電制制動作作用，，減輕輕機(jī)械械剎車車負(fù)擔(dān)擔(dān)；(6)體積小小、重重量輕輕、比比功率率大，，可有有效地地減輕輕重量量、節(jié)節(jié)省空空間；；(7)無機(jī)械械換向向器，，采用用全封封閉式式結(jié)構(gòu)構(gòu)，防防止塵塵土進(jìn)進(jìn)入電電動機(jī)機(jī)內(nèi)部部，可可靠性性高；；(8)控制系系統(tǒng)比比異步步電動動機(jī)簡簡單。。缺點是是電動動機(jī)本本身比比交流流電動動機(jī)復(fù)復(fù)雜，，控制制器比比有刷刷直流流電動動機(jī)復(fù)復(fù)雜。。無刷直直流電電動機(jī)機(jī)的工工作原原理無刷直直流電電動機(jī)機(jī)的工工作原原理與與有刷刷直流流電動動機(jī)的的工作作原理理基本本相同同。它它是利利用電電動機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子子位置置傳感感器輸輸出信信號控控制電電子換換向線線路去去驅(qū)動動逆變變器的的功率率開關(guān)關(guān)器件件，使使電樞樞繞組組依次次饋電電，從從而在在定子子上產(chǎn)產(chǎn)生跳跳躍式式的旋旋轉(zhuǎn)磁磁場，，拖動動電動動機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子旋旋轉(zhuǎn)。。同時時，隨隨著電電動機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子子的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，，轉(zhuǎn)子子位置置傳感感器又又不斷斷送出出位置置信號號，以以不斷斷的改改變電電樞繞繞組的的通電電狀態(tài)態(tài)，使使得在在某一一磁極極下導(dǎo)導(dǎo)體中中的電電流方方向保保持不不變，，這樣樣電動動機(jī)就就旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)起來來了。。無刷直直流電電動機(jī)機(jī)的控控制按照獲獲取轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子位位置信信息的的方法法劃分分，無無刷直直流電電動機(jī)機(jī)的控控制方方法可可以分分為有有位置置傳感感器控控制和和無位位置傳傳感器器控制制兩種種。有位置置傳感感器控控制方方法是是指在在無刷刷直流流電動動機(jī)定定子上上安裝裝位置置傳感感器來來檢測測轉(zhuǎn)子子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過程程中的的位置置，將將轉(zhuǎn)子子磁極極的位位置信信號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成成電信信號，，為電電子換換相電電路提提供正正確的的換相相信息息，以以此控控制電電子換換相電電路中中的功功率開開關(guān)管管的開開關(guān)狀狀態(tài)，，保證證電動動機(jī)各各相按按順序序?qū)ㄍǎ谠诳臻g間形成成跳躍躍式的的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁場場，驅(qū)驅(qū)動永永磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子連連續(xù)不不斷地地旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。無無刷直直流電電動機(jī)機(jī)中常常用的的位置置傳感感器有有霍爾爾元件件位置置傳感感器、、磁敏敏晶體體管位位置傳傳感器器、光光電式式位置置傳感感器等等。無刷直直流電電動機(jī)機(jī)的控控制無刷直直流電電動機(jī)機(jī)的無無位置置傳感感器控控制，，無需需安裝裝傳感感器，，使用用場合合廣，，相對對于有有位置置傳感感器方方法有有較大大的優(yōu)優(yōu)勢，，因此此，無無刷直直流電電動機(jī)機(jī)的無無位置置傳感感器控控制近近年來來己成成為研研究的的熱點點。無無刷直直流電電動機(jī)機(jī)的無無位置置傳感感器控控制中中，不不直接接使用用轉(zhuǎn)子子位置置傳感感器，，但在在電動動機(jī)運運轉(zhuǎn)過過程中中，仍仍然需需要轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子位位置信信號，，以控控制電電動機(jī)機(jī)換相相。因因此，，如何何通過過軟硬硬件間間接獲獲得可可靠的的轉(zhuǎn)子子位置置信號號，成成為無無刷直直流電電動機(jī)機(jī)無位位置傳傳感器器控制制的關(guān)關(guān)鍵。。為此此，國國內(nèi)外外的研研究人人員在在這方方面作作了大大量的的研究究工作作，提提出了了多種種轉(zhuǎn)子子位置置信號號檢測測方法法，大大多是是利用用檢測測定子子電壓壓、電電流等等容易易獲取取的物物理量量實現(xiàn)現(xiàn)轉(zhuǎn)子子位置置的估估算。。歸納納起來來，可可以分分為反反電動動勢法法、電電感法法、狀狀態(tài)觀觀測器器法、、電動動機(jī)方方程計計算法法、人人工神神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)法法等。。、磁磁敏晶晶體管管位置置傳感感器、、光電電式位位置傳傳感器器等。。3.4異步電動動機(jī)異步電動動機(jī)的結(jié)結(jié)構(gòu)與特特點異步電動動機(jī)的工工作原理理與運行行特性異步電動動機(jī)的控控制異步電動動機(jī)的結(jié)結(jié)構(gòu)與特特點1．異步電電動機(jī)的的結(jié)構(gòu)異步電動動機(jī)主要要由靜止止的定子子和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子子兩大部部分組成成，定子子和轉(zhuǎn)子子之間存存在氣隙隙，此外外，還有有端蓋、、軸承、、機(jī)座和和風(fēng)扇等等部件。。異步電動動機(jī)的結(jié)結(jié)構(gòu)與特特點2．異步電電動機(jī)的的特點異步電動動機(jī)的基基本特點點是，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子繞組組不需與與其他電電源相連連，其定定子電流流直接取取自交流流電力系系統(tǒng)；與與其它電電動機(jī)相相比，異異步電動動機(jī)的結(jié)結(jié)構(gòu)簡單單，制造造、使用用、維護(hù)護(hù)方便，，運行可可靠性高高，重量量輕，成成本低。。以三相相異步電電動機(jī)為為例，與與同功率率、同轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的直直流電動動機(jī)相比比，前者者重量只只及后者者的二分分之一，，成本僅僅為三分分之一。。異步電電動機(jī)還還容易按按不同環(huán)環(huán)境條件件的要求求，派生生出各種種系列產(chǎn)產(chǎn)品。它它還具有有接近恒恒速的負(fù)負(fù)載特性性，能滿滿足大多多數(shù)工農(nóng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)機(jī)械拖拖動的要要求。異步電動動機(jī)的局局限性是是，它的的轉(zhuǎn)速與與其旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁場的的同步轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速有固固定的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差率，，因而調(diào)調(diào)速性能能較差，，在要求求有較寬寬廣的平平滑調(diào)速速范圍的的使用場場合，不不如直流流電動機(jī)機(jī)經(jīng)濟(jì)、、方便。。此外，，異步電電動機(jī)運運行時，，從電力力系統(tǒng)吸吸取無功功功率以以勵磁，，這會導(dǎo)導(dǎo)致電力力系統(tǒng)的的功率因因數(shù)變壞壞。因此此，在大大功率、、低轉(zhuǎn)速速場合不不如用同同步電動動機(jī)合理理。異步電動動機(jī)的工工作原理理與運行行特性1.異步電動動機(jī)的工工作原理理當(dāng)異步電電動機(jī)的的三相定定子繞組組通入三三相交流流電后，，將產(chǎn)生生一個旋旋轉(zhuǎn)磁場場，該旋旋轉(zhuǎn)磁場場切割轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子繞組組，從而而在轉(zhuǎn)子子繞組中中產(chǎn)生感感應(yīng)電動動勢，電電動勢的的方向由由右手定定則來確確定。由由于轉(zhuǎn)子子繞組是是閉合通通路，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子中便便有電流流產(chǎn)生，，電流方方向與電電動勢方方向相同同，而載載流的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體體在定子子旋轉(zhuǎn)磁磁場作用用下將產(chǎn)產(chǎn)生電磁磁力，電電磁力的的方向可可用左手手定則確確定。由由電磁力力進(jìn)而產(chǎn)產(chǎn)生電磁磁轉(zhuǎn)矩，，驅(qū)動電電動機(jī)旋旋轉(zhuǎn)，并并且電動動機(jī)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)方向與與旋轉(zhuǎn)磁磁場方向向相同。。異步電動動機(jī)的工工作原理理與運行行特性2.異步電動動機(jī)的運運行特性性異步電動動機(jī)的運運行特性性包括工工作特性性和機(jī)械械特性。。異步電動動機(jī)的工工作特性性是指電電動機(jī)在在保持額額度電壓壓和額定定頻率不不變的情情況下，，電動機(jī)機(jī)的轉(zhuǎn)速速、電磁磁轉(zhuǎn)矩、、定子電電流、效效率和功功率因數(shù)數(shù)隨輸出出功率變變化的特特性。一一般通過過負(fù)載試試驗來測測取。圖圖是異步步電動機(jī)機(jī)的工作作特性。。異步電動動機(jī)的工工作原理理與運行行特性異步電動動機(jī)的機(jī)機(jī)械特性性分為自自然機(jī)械械特性和和人為機(jī)機(jī)械特性性。在電源電電壓和電電源頻率率恒定且且定、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子回路路不接入入任何附附加設(shè)備備時的機(jī)機(jī)械特性性稱為自自然機(jī)械械特性，，異步電動動機(jī)的工工作原理理與運行行特性電源電壓壓、電源源頻率、、電動機(jī)機(jī)極對數(shù)數(shù)、定子子或轉(zhuǎn)子子回路接接入其它它附屬設(shè)設(shè)備，其其中任意意一項改改變得到到的機(jī)械械特性稱稱為人為為機(jī)械特特性。由于電源源頻率不不變，所所以同步步轉(zhuǎn)速點點不變，，電磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與電電源電壓壓的平方方成比例例變化，，但各條條曲線的的最大轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩點對對應(yīng)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差率基基本保持持不變。。異步電動動機(jī)的控控制目前對異異步電動動機(jī)的調(diào)調(diào)速控制制主要有有恒壓頻頻比開環(huán)環(huán)控制、、轉(zhuǎn)差控控制、矢矢量控制制以及直直接轉(zhuǎn)矩矩控制等等。恒壓頻比比開環(huán)控控制實際際上只控控制了電電動機(jī)磁磁通而沒沒有控制制電動機(jī)機(jī)的轉(zhuǎn)矩矩，采用用這樣的的控制系系統(tǒng)對異異步電動動機(jī)來講講根本談?wù)劜簧峡乜刂菩阅苣?，通常常只用于于對調(diào)速速性能要要求一般般的通用用變頻器器上。轉(zhuǎn)差控制制是根據(jù)據(jù)異步電電動機(jī)電電磁轉(zhuǎn)矩矩和轉(zhuǎn)差差頻率的的關(guān)系來來直接控控制電動動機(jī)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的，，可以在在一定的的轉(zhuǎn)差頻頻率范圍圍內(nèi)、一一定程度度上通過過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差來控控制電動動機(jī)的電電磁轉(zhuǎn)矩矩，從而而改善調(diào)調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)的控制制性能，，但其控控制理論論是建立立在異步步電動機(jī)機(jī)的穩(wěn)態(tài)態(tài)數(shù)學(xué)模模型基礎(chǔ)礎(chǔ)上的，，它適合合于電動動機(jī)轉(zhuǎn)速速變化緩緩慢或者者對動態(tài)態(tài)性能要要求不高高的場合合。異步電動機(jī)的的控制1．異步電動機(jī)機(jī)的矢量控制制矢量控制理論論采用矢量分分析的方法來來分析交流電電動機(jī)內(nèi)部的的電磁過程，，是建立在交交流電動機(jī)的的動態(tài)數(shù)學(xué)模模型基礎(chǔ)上的的控制方法。。它模仿對直直流電動機(jī)的的控制技術(shù)，，將交流電動動機(jī)的定子電電流解耦成互互相獨立的產(chǎn)產(chǎn)生磁鏈的分分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的分量。。分別控制這這兩個分量就就可以實現(xiàn)對對交流電動機(jī)機(jī)的磁鏈控制制和轉(zhuǎn)矩控制制的完全解耦耦，從而達(dá)到到理想的動態(tài)態(tài)性能。(1)異步電動機(jī)矢矢量控制方式式的選擇。異異步電動機(jī)矢矢量控制是基基于磁場定向向的方法，其其調(diào)速控制系系統(tǒng)的方式比比較復(fù)雜，常常用的控制策策略有以下4種。轉(zhuǎn)子磁場場定向矢量控控制原理；轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差率矢量控控制原理；氣氣隙磁場定向向矢量控制原原理；定子磁磁場定向矢量量控制原理。。異步電動機(jī)的的控制(2)異步電動機(jī)矢矢量控制的特特點。矢量控控制變頻器可可以分別對異異步電動機(jī)的的磁通和轉(zhuǎn)矩矩電流進(jìn)行檢檢測和控制，，自動改變電電壓和頻率，，使指令值和和檢測實際值值達(dá)到一致，，從而實現(xiàn)了了變頻調(diào)速，，大大提高了了電動機(jī)控制制靜態(tài)精度和和動態(tài)品質(zhì)。。轉(zhuǎn)速精度約約等于0.5%，轉(zhuǎn)速響應(yīng)也也較快。采用用矢量變頻器器異步電動機(jī)機(jī)變頻調(diào)速是是可以達(dá)到控控制結(jié)構(gòu)簡單單，可靠性高高的效果。其其主要表現(xiàn)在在：可以從零零轉(zhuǎn)速起進(jìn)行行速度控制，，因此調(diào)速范范圍很寬廣；；可以對轉(zhuǎn)矩矩實行較為精精確控制；系系統(tǒng)的動態(tài)響響應(yīng)速度很快快；電動機(jī)的的加速度特性性很好。異步電動機(jī)的的控制2.異步電動機(jī)直直接轉(zhuǎn)矩控制制直接轉(zhuǎn)矩控制制是將電動機(jī)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩作作為直接控制制對象，通過過控制定子磁磁場向量控制制電動機(jī)轉(zhuǎn)速速。它不需要要復(fù)雜的坐標(biāo)標(biāo)變換，也不不需要依賴轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子數(shù)學(xué)模型型，只是通過過控制PWM型逆變器的導(dǎo)導(dǎo)通和切換方方式，控制電電動機(jī)的瞬時時輸入電壓，，改變磁鏈的的旋轉(zhuǎn)速度來來控制瞬時轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，使系統(tǒng)統(tǒng)性能對轉(zhuǎn)子子參數(shù)呈現(xiàn)魯魯棒性。并且且這種方法被被推廣到弱磁磁調(diào)速范圍。。逆變器的PWM采用電壓空間間向量控制方方式，性能優(yōu)優(yōu)越。但同時時不可避免地地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈脈動，調(diào)速性性能降低的問問題。該方法法對逆變器開開關(guān)頻率提高高的限制較大大，定子電阻阻對電動機(jī)低低速性能也有有較大影響，，如在低速區(qū)區(qū)，定子電阻阻變化引起的的定子電流和和磁鏈的畸變變，以及轉(zhuǎn)矩矩脈動、死區(qū)區(qū)效應(yīng)和開關(guān)關(guān)頻率等問題題。異步電動機(jī)的的控制(1)異步電動機(jī)直直接轉(zhuǎn)矩控制制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)與原理。它它主要包括磁磁鏈調(diào)節(jié)器、、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器器、磁鏈和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩觀測器、、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器器等。其中磁磁鏈觀測器對對磁鏈的觀測測是否準(zhǔn)確對對整個控制系系統(tǒng)的穩(wěn)定性性有著舉足輕輕重的作用，，而開關(guān)策略略和磁鏈、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)是先先進(jìn)控制算法法的核心部分分。異步電動機(jī)的的控制(2)直接轉(zhuǎn)矩控制制的特點①直接轉(zhuǎn)矩矩控制所需要要的信號處理理工作特別簡簡單，所用的的控制信號使使觀察者對于于交流電動機(jī)機(jī)的物理過程程能夠做出直直接和明確的的判斷。②直接轉(zhuǎn)矩控控制大大減少少了矢量控制制技術(shù)中控制制性能易受參參數(shù)變化影響響的問題。③直接轉(zhuǎn)矩控控制并非極力力獲得理想的的正弦波波形形，也不專門門強(qiáng)調(diào)磁鏈完完全理想圓形形軌跡。相反反，從控制轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的角度出出發(fā)，它強(qiáng)調(diào)調(diào)的是轉(zhuǎn)矩的的直接控制效效果，因而它它采用離散的的電壓狀態(tài)和和六邊形磁鏈鏈軌跡或近似似圓形磁鏈軌軌跡的概念。。④直接轉(zhuǎn)矩控控制技術(shù)對轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩實行直接接控制。它的的控制效果不不取決于電動動機(jī)的數(shù)學(xué)模模型是否能夠夠簡化，而是是取決于轉(zhuǎn)矩矩的實際狀況況，它的控制制既直接又簡簡化。3.5永磁同步電動動機(jī)永磁同步電動動機(jī)的結(jié)構(gòu)與與特點永磁同步電動動機(jī)的工作原原理與運行特特性永磁同步電動動機(jī)的控制永磁同步電動動機(jī)的結(jié)構(gòu)與與特點永磁同步電動動機(jī)分為正弦弦波驅(qū)動電流流的永磁同步步電動機(jī)和方方波驅(qū)動電流流的永磁同步步電動機(jī)。這這里介紹的主主要是三相正正弦波驅(qū)動的的永磁同步電電動機(jī)。永磁同步電動動機(jī)的結(jié)構(gòu)示示意圖如圖所所示，和傳統(tǒng)統(tǒng)電動機(jī)一樣樣，主要由定定子和轉(zhuǎn)子兩兩大部分構(gòu)成成。永磁同步電動動機(jī)的結(jié)構(gòu)與與特點按照永磁體在在轉(zhuǎn)子上位置置的不同，永永磁同步電動動機(jī)的磁極結(jié)結(jié)構(gòu)可分為表表面式和內(nèi)置置式二種。(1)表面式轉(zhuǎn)子磁磁路結(jié)構(gòu)。表表面式轉(zhuǎn)子磁磁路結(jié)構(gòu)中，，永磁體通常常呈瓦片形，，并位于轉(zhuǎn)子子鐵心的外表表面上，永磁磁體提供磁通通的方向為徑徑向。表面式式結(jié)構(gòu)又分為為凸出式和嵌嵌入式兩種，，如圖所示。。永磁同步電動動機(jī)的結(jié)構(gòu)與與特點(2)內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁磁路結(jié)構(gòu)。按按永磁體磁化化方向與轉(zhuǎn)子子旋轉(zhuǎn)方向的的相互關(guān)系，，內(nèi)置式轉(zhuǎn)子子結(jié)構(gòu)又可分分為徑向式、、切向式和混混合式三種。。永磁同步電動動機(jī)的結(jié)構(gòu)與與特點永磁同步電動動機(jī)與其它電電動機(jī)相比，，具有以下優(yōu)優(yōu)點：(1)用永磁體取代代繞線式同步步電動機(jī)轉(zhuǎn)子子中的勵磁繞繞組，從而省省去了勵磁線線圈、滑環(huán)和和電刷，以電電子換向?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)無刷運行，，結(jié)構(gòu)簡單，，運行可靠；；(2)永磁同步電動動機(jī)的轉(zhuǎn)速與與電源頻率間間始終保持準(zhǔn)準(zhǔn)確的同步關(guān)關(guān)系，控制電電源頻率就能能控制電動機(jī)機(jī)的轉(zhuǎn)速；(3)永磁同步電動動機(jī)具有較硬硬的機(jī)械特性性，對于因負(fù)負(fù)載的變化而而引起的電動動機(jī)轉(zhuǎn)矩的擾擾動具有較強(qiáng)強(qiáng)的承受能力力，瞬間最大大轉(zhuǎn)矩可以達(dá)達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩矩的三倍以上上，適合在負(fù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化化較大的工況況下運行；永磁同步電動動機(jī)的結(jié)構(gòu)與與特點(4)永磁電動機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子為永久磁磁鐵無需勵磁磁，因此電動動機(jī)可以在很很低的轉(zhuǎn)速下下保持同步運運行，調(diào)速范范圍寬；(5)永磁同步電動動機(jī)與異步電電動機(jī)相比，，不需要無功功勵磁電流，，因而功率因因數(shù)高，定子子電流和定子子銅耗小，效效率高；(6)體積小、重量量輕。近些年年來隨著高性性能永磁材料料的不斷應(yīng)用用，永磁同步步電動機(jī)的功功率密度得到到很大提高，，比起同容量量的異步電動動機(jī)來，體積積和重量都有有較大的減少少，使其適合合應(yīng)用在許多多特殊場合；；(7)結(jié)構(gòu)多樣化，，應(yīng)用范圍廣廣。永磁同步電動動機(jī)的結(jié)構(gòu)與與特點永磁同步電動動機(jī)還存在以以下缺點：(1)由于永磁同步步電動機(jī)轉(zhuǎn)子子為永磁體，，無法調(diào)節(jié)，，必須通過加加定子直軸去去磁電流分量量來削弱磁場場，這會增大大定子的電流流，增加電動動機(jī)的銅耗；；(2)永磁電動機(jī)的的磁鋼價格較較高。由此可見，永永磁電動機(jī)體體積小，重量量輕，轉(zhuǎn)動慣慣量小，功率率密度高(可達(dá)1kW/kg)，適合電動汽汽車空間有限限的特點；另另外，轉(zhuǎn)矩慣慣量比大，過過載能力強(qiáng)，，尤其低轉(zhuǎn)速速時輸出轉(zhuǎn)矩矩大，適合電電動汽車的起起動加速。因因此，永磁電電動機(jī)得到國國內(nèi)外電動汽汽車界的廣泛泛重視，并已已在日本得到到了普遍應(yīng)用用，日本新研研制的電動汽汽車大都采用用永磁電動機(jī)機(jī)驅(qū)動。比較較典型的是在在豐田Prius混聯(lián)式混合動動力轎車上的的應(yīng)用。永磁同步電電動機(jī)的工工作原理與與運行特性性1．電樞反應(yīng)應(yīng)永磁同步電電動機(jī)帶負(fù)負(fù)載時，氣氣隙磁場是是永磁體磁磁動勢和電電樞磁動勢勢共同建立立的。電樞樞磁動勢對對氣隙磁場場有影響，，電樞磁動動勢的基波波對氣隙磁磁場的影響響稱為電樞樞反應(yīng)。電電樞反應(yīng)不不僅使氣隙隙磁場波形形發(fā)生畸變變，而且還還會產(chǎn)生去去磁或增磁磁作用，因因此，氣隙隙磁場將影影響永磁同同步電動機(jī)機(jī)的運行特特性。對永磁同步步電動機(jī)進(jìn)進(jìn)行分析時時，需要采采用雙反應(yīng)應(yīng)理論，即即需要把電電樞電流和和電樞電動動勢分解成成交軸和直直軸兩個分分量。交軸軸電樞電流流產(chǎn)生交軸軸電樞電動動勢，發(fā)生生交軸電樞樞反應(yīng)；直直軸電樞電電流產(chǎn)生直直軸電樞電電動勢，發(fā)發(fā)生直軸電電樞反應(yīng)。。永磁同步電電動機(jī)的工工作原理與與運行特性性2．電壓方程程式忽略磁飽和和效應(yīng)的影影響，永磁磁同步電動動機(jī)的電壓壓方程式為為3．功率與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩電動機(jī)的電電磁功率為為如果忽略電電樞電阻的的影響，則則電動機(jī)的的電磁功率率為永磁同步電電動機(jī)的工工作原理與與運行特性性電磁功率與與功率角的的關(guān)系稱為為永磁同步步電動機(jī)的的功角特性性。永磁同步電電動機(jī)的工工作原理與與運行特性性4．運行特性性永磁同步電電動機(jī)的運運行特性主主要是機(jī)械械特性和工工作特性。。永磁同步電電動機(jī)穩(wěn)態(tài)態(tài)正常運行行時，轉(zhuǎn)速速始終保持持同步速不不變，因此此，其機(jī)械械特性為平平行于橫軸軸的直線，，調(diào)節(jié)電源源頻率來調(diào)調(diào)節(jié)電動機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)速時，，轉(zhuǎn)速將嚴(yán)嚴(yán)格地與頻頻率成正比比例變化。。永磁同步電電動機(jī)的工工作原理與與運行特性性永磁同步電電動機(jī)的工工作特性是是指當(dāng)電源源電壓恒定定時，電動動機(jī)的輸入入功率、電電樞電流、、效率、功功率因數(shù)等等隨輸出功功率變化的的關(guān)系。永磁同步電電動機(jī)的控控制1.恒壓頻比開開環(huán)控制(VVVF)VVVF的控制變量量為電動機(jī)機(jī)的外部變變量即電壓壓和頻率。?？刂葡到y(tǒng)統(tǒng)將參考電電壓和頻率率輸入到實實現(xiàn)控制策策略的調(diào)制制器中，最最后由逆變變器產(chǎn)生一一個交變的的正弦電壓壓施加在電電動機(jī)的定定子繞組上上，使之運運行在指定定的電壓和和參考頻率率下。按照照這種控制制策略進(jìn)行行控制，使使供電電壓壓的基波幅幅值隨著速速度指令成成比例的線線性增長，，從而保持持定子磁通通的近似恒恒定。VVVF控制策略簡簡單，易于于實現(xiàn)，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速通過電電源頻率進(jìn)進(jìn)行控制，，不存在異異步電動機(jī)機(jī)的轉(zhuǎn)差和和轉(zhuǎn)差補(bǔ)償償問題。但但同時，由由于系統(tǒng)中中不引入速速度、位置置等反饋信信號，因此此無法實時時捕捉電動動機(jī)狀態(tài)，，致使無法法精確控制制電磁轉(zhuǎn)矩矩；在突加加負(fù)載或者者速度指令令時，容易易發(fā)生失步步現(xiàn)象；也也沒有快速速的動態(tài)響響應(yīng)特性。。因此，恒恒壓頻比開開環(huán)控制控控制電動機(jī)機(jī)磁通而沒沒有控制電電動機(jī)的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，控制制性能差。。通常只用用于對調(diào)速速性能要求求一般的通通用變頻器器上。永磁同步電電動機(jī)的控控制2．矢量控制制矢量控制理理論的基本本思想為；；以轉(zhuǎn)子磁磁鏈旋轉(zhuǎn)空空間矢量為為參考坐標(biāo)標(biāo)，將定子子電流分解解為相互正正交的兩個個分量，一一個與磁鏈鏈同方向，，代表定子子電流勵磁磁分量，另另一個與磁磁鏈方向正正交，代表表定子電流流轉(zhuǎn)矩分量量，分別對對其進(jìn)行控控制，獲得得與直流電電動機(jī)一樣樣良好的動動態(tài)特性。。因其控制制結(jié)構(gòu)簡單單，控制軟軟件實現(xiàn)較較容易，已已被廣泛應(yīng)應(yīng)用到調(diào)速速系統(tǒng)中。。永磁同步電電動機(jī)矢量量控制策略略與異步電電動機(jī)矢量量控制策略略有些不同同。由于永永磁同步電電動機(jī)轉(zhuǎn)速速和電源頻頻率嚴(yán)格同同步，其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等等于旋轉(zhuǎn)磁磁場轉(zhuǎn)速，，轉(zhuǎn)差恒等等于零，沒沒有轉(zhuǎn)差功功率，控制制效果受轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子參數(shù)影影響小。因因此，在永永磁同步電電動機(jī)上更更容易實現(xiàn)現(xiàn)矢量控制制。永磁同步電電動機(jī)的控控制某電動汽車車用永磁同同步電動機(jī)機(jī)矢量控制制系統(tǒng)框。。永磁同步電電動機(jī)的控控制3．直接轉(zhuǎn)矩矩控制永磁同步電電機(jī)直接轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩控制系系統(tǒng)的原理理結(jié)構(gòu)圖。。永磁同步電電動機(jī)的控控制4．智能控制制為了提高永永磁同步電電動機(jī)的控控制性能和和控制精度度，模糊控控制、神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制制等開始應(yīng)應(yīng)用于同步步電動機(jī)的的控制。采用智能控控制方法的的永磁同步步電機(jī)控制制系統(tǒng)，在在多環(huán)控制制結(jié)構(gòu)中，，智能控制制器處于最最外環(huán)充當(dāng)當(dāng)速度控制制器，而內(nèi)內(nèi)環(huán)電流控控制、轉(zhuǎn)矩矩控制仍采采用PI控制、直接接轉(zhuǎn)矩控制制這些方法法，這主要要是因為外外環(huán)是決定定系統(tǒng)的根根本因素，，而內(nèi)環(huán)主主要的作用用是改造對對象特性以以利于外環(huán)環(huán)的控制，，各種擾動動給內(nèi)環(huán)帶帶來的誤差差可以由外外環(huán)控制或或抑制。在永磁同步步電機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)中應(yīng)用智智能控制時時，也不能能完全屏棄棄傳統(tǒng)的控控制方法，，必須將兩兩者很好地地結(jié)合起來來，才能彼彼此取長補(bǔ)補(bǔ)短，使系系統(tǒng)的性能能達(dá)到最優(yōu)優(yōu)。3.6開關(guān)磁阻電電動機(jī)開關(guān)磁阻電電動機(jī)的結(jié)結(jié)構(gòu)與特點點開關(guān)磁阻電電動機(jī)的工工作原理與與運行特性性開關(guān)磁阻電電動機(jī)的控控制開關(guān)磁阻電電動機(jī)的結(jié)結(jié)構(gòu)與特點點1．開關(guān)磁阻阻電動機(jī)的的結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電電動機(jī)是由由雙凸極的的定子和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子組成，，其定子、、轉(zhuǎn)子的凸凸極均由普普通的硅鋼鋼片疊壓而而成。定子子極上繞有有集中繞組組，把沿徑徑向相對的的兩個繞組組串聯(lián)成一一個兩級磁磁極，稱為為“一相””；轉(zhuǎn)子既既無繞組又又無永磁體體，僅由硅硅鋼片疊成成。開關(guān)磁阻電電動機(jī)有多多種不同的的相數(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)，如單相相、二相、、四相及多多相等，且且定子和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的極數(shù)數(shù)有多種不不同的搭配配。低于三三相的開關(guān)關(guān)磁阻電動動機(jī)一般沒沒有自起動動能力。相相數(shù)多，有有利于減小小轉(zhuǎn)矩脈動動，但結(jié)構(gòu)構(gòu)復(fù)雜、主主開關(guān)器件件多、成本本增高。目目前應(yīng)用較較多的是四四相8/6極結(jié)構(gòu)和三三相6/4極結(jié)構(gòu)。下下面介紹的的的開關(guān)磁磁阻電動機(jī)機(jī)的結(jié)構(gòu)為為四相8/6極結(jié)構(gòu)。開關(guān)磁阻電電動機(jī)的結(jié)結(jié)構(gòu)與特點點2.開關(guān)磁阻電電動機(jī)的特特點開關(guān)磁阻電電動機(jī)與其其它電動機(jī)機(jī)相比，具具有以下優(yōu)優(yōu)點：(1)可控參數(shù)多多，調(diào)速性性能好。可可控參數(shù)有有主開關(guān)開開通角、主主開關(guān)關(guān)斷斷角、相電電流幅值、、直流電源源電壓，控控制方便，，可四象限限運行，容容易實現(xiàn)正正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)和電動、、制動等特特定的調(diào)節(jié)節(jié)控制；(2)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡簡單單，，成成本本低低。。開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電動動機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子無無繞繞組組，，也也不不加加永永久久磁磁鐵鐵，，定定子子為為集集中中繞繞組組，，永永磁磁電電動動機(jī)機(jī)及及感感應(yīng)應(yīng)電電動動機(jī)機(jī)都都簡簡單單，，制制造造和和維維護(hù)護(hù)方方便便；；它它的的功功率率變變換換器器比比較較簡簡單單，，主主開開關(guān)關(guān)元元件件數(shù)數(shù)較較少少，，電電子子器器件件少少；；(3)損耗耗小小，，運運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)效效率率高高。。開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電動動機(jī)機(jī)的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子不不存存在在勵勵磁磁及及轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差差損損耗耗，，功功率率變變換換器器元元器器件件少少，，相相應(yīng)應(yīng)的的損損耗耗也也小??；；控控制制靈靈活活，，易易于于在在很很寬寬轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速范范圍圍內(nèi)內(nèi)實實現(xiàn)現(xiàn)高高效效節(jié)節(jié)能能控控制制；；(4)起動動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩大大，，起起動動電電流流小小。。在在15%額定定電電流流的的情情況況下下就就能能達(dá)達(dá)到到100%的起起動動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩。。開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電動動機(jī)機(jī)的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)與與特特點點由于于開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電動動機(jī)機(jī)的的特特殊殊結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和工工作作方方式式，，也也存存在在一一些些缺缺點點：：(1)轉(zhuǎn)矩矩脈脈動動現(xiàn)現(xiàn)象象較較大大；；(2)振動動和和噪噪聲聲相相對對較較大大，，特特別別是是在在負(fù)負(fù)載載運運行行的的時時候候；；(3)電動動機(jī)機(jī)的的出出線線頭頭相相對對較較多多，，還還有有位位置置檢檢測測器器出出線線端端；；(4)電動動機(jī)機(jī)的的數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型比比較較復(fù)復(fù)雜雜，，其其準(zhǔn)準(zhǔn)確確的的數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型較較難難建建立立；；(5)控制制復(fù)復(fù)雜雜，，依依賴賴于于電電動動機(jī)機(jī)的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)。。開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電動動機(jī)機(jī)工工作作原原理理與與運運行行特特性性1．開開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電動動機(jī)機(jī)的的工工作作原原理理開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電動動機(jī)機(jī)的的工工作作原原理理如如圖圖所所示示。。圖圖中中，，Sl、S2是電電子子開開關(guān)關(guān)；；VD1、VD2是二二極極管管，，U是直直流流電電源源。。開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電動動機(jī)機(jī)工工作作原原理理與與運運行行特特性性2.開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電動動機(jī)機(jī)的的運運行行特特性性開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電動動機(jī)機(jī)運運行行特特性性可可分分為為三三個個區(qū)區(qū)域域：：恒恒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩區(qū)區(qū)、、恒恒功功率率區(qū)區(qū)、、自自然然特特性性區(qū)區(qū)(串勵勵特特性性區(qū)區(qū))，如如圖圖所所示示。。開關(guān)關(guān)磁磁阻阻電電動動機(jī)機(jī)的的控控制制1.角度度位位置置控控制制方方式式(APC)角度度位位置置控控制制是是在在加加在在繞繞組組上上的的電電壓壓一一定定的的情情況況下下，，通通過過改改變變繞繞組組上上主主開開關(guān)關(guān)的的開開通通角角和和關(guān)關(guān)斷斷角角，，來來改改變變繞繞組組的的通通、、斷斷電電時時刻刻，，調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)相相電電流流的的波波形形，，實實現(xiàn)現(xiàn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速閉閉環(huán)環(huán)控控制制。。根據(jù)據(jù)電電動動勢勢平平衡衡方方程程式式可可知知，，當(dāng)當(dāng)電電動動機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速較較高高時時，，旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)電電動動勢勢較較大大，，則則此此時時電電流流上上升升率率下下降降，，各各相相的的主主開開關(guān)關(guān)器器件件的的導(dǎo)導(dǎo)通通時時間間較較短短，，電電動動機(jī)機(jī)繞繞組組的的相相電電流流不不易易上上升升，，電電流流相相對對較較小小，，便便于于使使用用角角度度位位置置控控制制方方式式。。因為為開開通通角角和和關(guān)關(guān)斷斷角角都都可可調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)，，角角度度位位置置控控制制可可分分為為：：變變開開通通角角、、變變關(guān)關(guān)斷斷角角和和同同時時改改變變開開通通角角及及關(guān)關(guān)斷斷角角三三種種方方式式。。改改變變開開通通角角，，可可改改變變電電流流波波形形的的寬寬度度、、峰峰值值和和有有效效值值的的大大小小，，還還可可改改變變電電流流波波形形與與電電感感波波形形的的相相對對位位置置，，從從而而改改變變了了電電動動機(jī)機(jī)的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩和和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速。。而而關(guān)關(guān)斷斷角角一一般般不不影影響響電電流流的的峰峰值值，，但但可可改改變變電電流流波波形形的的寬寬度度及及其其與與電電感感曲曲線線的的相相對對位位置置，，進(jìn)進(jìn)而而改改變變電電流流的的有有效效值值。。故故一一般般采采用用固固定定關(guān)關(guān)斷斷角角、、改改變變開開通通角角的的控控制制方方式式。。開關(guān)磁阻阻電動機(jī)機(jī)的控制制根據(jù)SRM的轉(zhuǎn)矩特特性分析析可知，，當(dāng)電流流波形主主要位于于電感的的上升區(qū)區(qū)時，產(chǎn)產(chǎn)生的平平均電磁磁轉(zhuǎn)矩為為正，電電動機(jī)運運行在電電動狀態(tài)態(tài)；當(dāng)電電流波形形主要位位于電感感的下降降段時，，產(chǎn)生的的平均電電磁轉(zhuǎn)矩矩為負(fù)，，電動機(jī)機(jī)工作在在制動狀狀態(tài)。而而通過對對開通角角、關(guān)斷斷角的控控制，可可以使電電流的波波形處在在繞組電電感波形形的不同同位置。。因此，，可以用用控制開開通角、、關(guān)斷角角的方式式來使電電動機(jī)運運行在不不同的狀狀態(tài)。角度位置置控制的的優(yōu)點在在于：轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)節(jié)的范圍圍寬；可可同時多多相通電電，以增增加電動動機(jī)的輸輸出轉(zhuǎn)矩矩，同時時減小了了轉(zhuǎn)矩波波動；通通過角度度的優(yōu)化化，能實實現(xiàn)效率率最優(yōu)控控制或轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最優(yōu)優(yōu)控制。。根據(jù)上面面的分析析可知，，此法不不適于低低速場合合。因為為在低速速時，旋旋轉(zhuǎn)電動動勢較小小，使電電流峰值值增大，，必須采采取相應(yīng)應(yīng)措施進(jìn)進(jìn)行限流流，故一一般用于于轉(zhuǎn)速較較高的場場合。開關(guān)磁阻阻電動機(jī)機(jī)的控制制2.電流斬波波控制根據(jù)電動動勢平衡衡方程式式可知，，電動機(jī)機(jī)低速運運行特別別是啟動動時，旋旋轉(zhuǎn)電動動勢引起起的壓降降很小，，相電流流上升快快，為避避免過大大的電流流脈沖對對功率開開關(guān)器件件及電動動機(jī)造成成損壞，，需要對對電流峰峰值進(jìn)行行限定，，因此，，可采用用電流的的斬波控控制，獲獲取恒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的機(jī)機(jī)械特性性。電流流斬波控控制一般般不會對對開通、、關(guān)斷角角進(jìn)行控控制，它它將直接接選擇在在每相的的特定導(dǎo)導(dǎo)通位置置對電流流進(jìn)行斬斬波控制制。目前常用用的有兩兩種方案案：對電電流上、、下限進(jìn)進(jìn)行限制制的控制制，及限限制電流流上限值值和恒定定關(guān)斷時時間的控控制。該控制的的優(yōu)點在在于：它它適用于于電動機(jī)機(jī)的低速速調(diào)速系系統(tǒng)，可可以控制制電流峰峰值的增增長，并并有很好好的電流流調(diào)節(jié)作作用：因因每相電電流波形形會呈現(xiàn)現(xiàn)出較寬寬的平頂頂狀，使使得產(chǎn)生生的轉(zhuǎn)矩矩比較平平穩(wěn)，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的波波動相應(yīng)應(yīng)地比其其它控制制方式要要小。然而，由由于電流流的峰值值受到了了限制，，當(dāng)電動動機(jī)轉(zhuǎn)速速在負(fù)載載的擾動動作用下下發(fā)生變變化時，，電流的的峰值無無法做出出相應(yīng)的的改變，，使得系系統(tǒng)的特特性比較較軟，因因此系統(tǒng)統(tǒng)在負(fù)載載擾動下下的動態(tài)態(tài)響應(yīng)很很緩慢。。開關(guān)磁阻阻電動機(jī)機(jī)的控制制3.電壓控制制(VC)VC方式是保保持開通通角、關(guān)關(guān)斷角不不變的前前提下，，使功率