電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述_第1頁
電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述_第2頁
電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述_第3頁
電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述_第4頁
電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述_第5頁
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文檔簡介

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永磁同時電動機(jī)3.6開關(guān)磁阻電動機(jī)3.7輪轂電機(jī)第1頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第1頁3.1概述3.1.1電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)組成與類型3.1.2電動機(jī)額定指標(biāo)3.1.3電動汽車對電動機(jī)要求3.1.4電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展趨勢

第2頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第2頁3.1.1電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)組成與類型1.電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)組成電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車心臟,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)是在駕駛員控制下,高效率地將蓄電池電量轉(zhuǎn)化為車輪動能,或者將車輪動能反饋到蓄電池中。

第3頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第3頁3.1.1電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)組成與類型2.電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)類型電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)按所選電動機(jī)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)永磁同時電動機(jī);(5)開關(guān)磁阻電動機(jī)等。第4頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第4頁3.1.2電動機(jī)額定指標(biāo)(1)額定功率。額定功率是指額定運(yùn)行情況下軸端輸出機(jī)械功率(W或kW)。(2)額定電壓。額定電壓是指外加于線端電源線電壓(V)。(3)額定電流。額定電流是指電動機(jī)額定運(yùn)行(額定電壓、額定輸出功率)情況下電樞繞組(或定子繞組)線電流(A)。(4)額定頻率。額定頻率是指電動機(jī)額定運(yùn)行情況下電樞(或定子側(cè))頻率(Hz)。(5)額定轉(zhuǎn)速。額定轉(zhuǎn)速是指電動機(jī)額定運(yùn)行(額定電壓、額定頻率、額定輸出功率)情況下,電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(r/min)。第5頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第5頁3.1.3電動汽車對電動機(jī)要求電動汽車在行駛過程中,經(jīng)常頻繁地開啟/停車、加速/減速等,這就要求電動汽車中電動機(jī)比普通工業(yè)應(yīng)用電動機(jī)性能更高,基本要求以下:

(1)電動機(jī)運(yùn)行特征要滿足電動汽車要求,在恒轉(zhuǎn)矩區(qū),要求低速運(yùn)行時含有大轉(zhuǎn)矩,以滿足電動汽車起動和爬坡要求;在恒功率區(qū),要求低轉(zhuǎn)矩時含有高速度,以滿足電動汽車在平坦路面能夠高速行駛要求;(2)電動機(jī)應(yīng)含有瞬時功率大、帶負(fù)載開啟性能好、過載能力強(qiáng),加速性能好,使用壽命長特點(diǎn);(3)電動機(jī)應(yīng)在整個運(yùn)行范圍內(nèi),含有很高效率,以提升一次充電續(xù)駛里程;第6頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第6頁3.1.3電動汽車對電動機(jī)要求(4)電動機(jī)應(yīng)能夠在汽車減速時實(shí)現(xiàn)再生制動,將能量回收并反饋給蓄電池,使得電動汽車含有最正確能量利用率;(5)電動機(jī)應(yīng)可靠性好,能夠在較惡劣環(huán)境下長久工作;(6)電動機(jī)應(yīng)體積小,重量輕,普通為工業(yè)用電動機(jī)1/2~1/3;(7)電動機(jī)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)價格廉價,從而能夠降低整體電動汽車價格,提升性價比;(9)運(yùn)行時噪聲低,降低污染。第7頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第7頁

3.1.4電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展趨勢(1)電機(jī)功率密度不停提升,永磁電機(jī)應(yīng)用范圍不停擴(kuò)大。(2)電機(jī)工作轉(zhuǎn)速不停提升,回饋制動高效區(qū)不停拓寬。(3)電驅(qū)動系統(tǒng)集成化和一體化趨勢愈加顯著。(4)電驅(qū)動系統(tǒng)混合度與電功率比不停增加。(5)車用電驅(qū)動控制系統(tǒng)集成化和數(shù)字化程度不停加大。第8頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第8頁

3.2直流電動機(jī)3.2.1直流電動機(jī)分類3.2.2直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)3.2.3直流電動機(jī)工作原理3.2.4直流電動機(jī)控制第9頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第9頁

3.2.1直流電動機(jī)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)。在電動汽車所采取直流電動機(jī)中,小功率電動機(jī)采取是永磁式直流電動機(jī),大功率電動機(jī)采取是繞組勵磁式直流電動機(jī)。繞組勵磁式直流電動機(jī)依據(jù)勵磁方式不一樣,可分為他勵式、并勵式、串勵式和復(fù)勵式四種類型。第10頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第10頁

3.2.1直流電動機(jī)分類1.他勵式直流電動機(jī)他勵式直流電動機(jī)勵磁繞組與電樞繞組無連接關(guān)系,而由其它直流電源對勵磁繞組供電。所以勵磁電流不受電樞端電壓或電樞電流影響。永磁直流電動機(jī)也可看作他勵直流電動機(jī)。他勵直流電動機(jī)在運(yùn)行過程中勵磁磁場穩(wěn)定而且輕易控制,輕易實(shí)現(xiàn)電動汽車再生制動要求。但當(dāng)采取永磁激勵時,即使電動機(jī)效率高,重量和體積較小,但因?yàn)閯畲糯艌龉潭?,電動機(jī)機(jī)械特征不理想,驅(qū)動電動機(jī)產(chǎn)生不了足夠大輸出轉(zhuǎn)矩來滿足電動汽車起動和加速時大轉(zhuǎn)矩要求。第11頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第11頁

3.2.1直流電動機(jī)分類2.并勵直流電動機(jī)并勵直流電動機(jī)勵磁繞組與電樞繞組相并聯(lián),共用同一電源,性能與他勵直流電動機(jī)基本相同。并勵繞組兩端電壓就是電樞兩端電壓,不過勵磁繞組用細(xì)導(dǎo)線繞成,其匝數(shù)很多,所以含有較大電阻,使得經(jīng)過它勵磁電流較小。3.串勵直流電動機(jī)串勵直流電動機(jī)勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后,再接于直流電源,這種直流電動機(jī)勵磁電流就是電樞電流。這種電動機(jī)內(nèi)磁場伴隨電樞電流改變有顯著改變。為了使勵磁繞組中不致引發(fā)大損耗和電壓降,勵磁繞組電阻越小越好,所以串勵直流電動機(jī)通慣用較粗導(dǎo)線繞成,它匝數(shù)較少。第12頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第12頁

3.2.1直流電動機(jī)分類4.復(fù)勵直流電動機(jī)復(fù)勵直流電動機(jī)有并勵和串勵兩個勵磁繞組,電動機(jī)磁通由兩個繞組內(nèi)勵磁電流產(chǎn)生。若串勵繞組產(chǎn)生磁通勢與并勵繞組產(chǎn)生磁通勢方向相同稱為積復(fù)勵。若兩個磁通勢方向相反,則稱為差復(fù)勵。復(fù)勵直流電動機(jī)永磁勵磁部分采取高磁性材料釹鐵硼,運(yùn)行效率高。因?yàn)殡妱訖C(jī)永磁勵磁部分有穩(wěn)定磁場,所以用該類電動機(jī)組成驅(qū)動系統(tǒng)時易實(shí)現(xiàn)再生制動功效。同時因?yàn)殡妱訖C(jī)增加了增磁繞組,經(jīng)過控制勵磁繞組勵磁電流或勵磁磁場大小,能克服純永磁他勵直流電動機(jī)不能產(chǎn)生足夠輸出轉(zhuǎn)矩來滿足電動汽車低速或爬坡時大轉(zhuǎn)矩要求,而電動機(jī)重量或體積比串勵電動機(jī)小。第13頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第13頁

3.2.1直流電動機(jī)分類各種勵磁方式直流電動機(jī)電路如圖所表示。

第14頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第14頁

3.2.2直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)1.直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)直流電動機(jī)由定子與轉(zhuǎn)子兩大部分組成,定子和轉(zhuǎn)子之間間隙稱為氣隙。

第15頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第15頁

3.2.2直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)2.直流電動機(jī)特點(diǎn)(1)調(diào)速性能好。直流電動機(jī)能夠在重負(fù)載條件下,實(shí)現(xiàn)均勻、平滑無級調(diào)速,而且調(diào)速范圍較寬。(2)起動力矩大。能夠均勻而經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)整,所以,凡是在重負(fù)載下起動或要求均勻調(diào)整轉(zhuǎn)速機(jī)械,比如大型可逆軋鋼機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、電力機(jī)車、電車等,都可用直流電動機(jī)拖動。(3)控制比較簡單。普通用斬波器控制,它含有高效率、控制靈活、重量輕、體積小、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。(4)有易損件。因?yàn)榇嬖陔娝?、換向器等易磨損器件,所以必須進(jìn)行定時維護(hù)或更換。第16頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第16頁

3.2.3直流電動機(jī)工作原理直流電動機(jī)工作原理圖所表示。圖中,定子有一對N、S極,電樞繞組末端分別接到兩個換向片上,正、負(fù)電刷A和B分別與兩個換向片接觸。第17頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第17頁

3.2.4直流電動機(jī)控制直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法主要有電樞調(diào)壓控制、磁場控制和電樞回路電阻控制。電樞調(diào)壓控制是指經(jīng)過改變電樞端電壓來控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速。這種控制只適合電動機(jī)基速以下轉(zhuǎn)速控制,它可保持電動機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變,電動機(jī)轉(zhuǎn)速近似與電樞端電壓成百分比改變,所以稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。直流電動機(jī)采取電樞調(diào)壓控制可實(shí)現(xiàn)在寬廣范圍內(nèi)連續(xù)平滑速度控制,調(diào)速比普通可達(dá)1:10,假如與磁場控制配合使用,調(diào)速比可達(dá)1:30。電樞調(diào)壓控制調(diào)速過程:當(dāng)磁通保持不變時,減小電壓,因?yàn)檗D(zhuǎn)速不馬上發(fā)生改變,反電動勢也暫時不改變,因?yàn)殡姌须娏鳒p小了,轉(zhuǎn)矩也減小了。假如阻轉(zhuǎn)矩未變,則轉(zhuǎn)速下降。伴隨轉(zhuǎn)速降低,反電動勢減小,電樞電流和轉(zhuǎn)矩就伴隨增大,直到轉(zhuǎn)矩與阻轉(zhuǎn)矩再次平衡為止,但這時轉(zhuǎn)速已經(jīng)較原來降低了。第18頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第18頁

3.2.4直流電動機(jī)控制磁場控制是指經(jīng)過調(diào)整直流電動機(jī)勵磁電流改變每極磁通量,從而調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速,這種控制只適合電動機(jī)基數(shù)以上控制。當(dāng)電樞電流不變時,含有恒功率調(diào)速特征。磁場控制效率高,但調(diào)速范圍小,普通不超出1:3,而且響應(yīng)速度較慢。磁場控制可采取可變電阻器,也可采取可控整流電源作為勵磁電源。磁場控制調(diào)速過程:當(dāng)電壓保持恒定時,減小磁通,因?yàn)闄C(jī)械慣性,轉(zhuǎn)速不馬上發(fā)生改變,于是反電動勢減小,電樞電流隨之增加。因?yàn)殡姌须娏髟黾佑绊懗龃磐p小影響,所以轉(zhuǎn)矩也就增加。假如阻轉(zhuǎn)矩未變,則轉(zhuǎn)速上升。伴隨轉(zhuǎn)速升高,反電動勢增大,電樞電流和轉(zhuǎn)矩也伴隨減小,直到轉(zhuǎn)矩和阻轉(zhuǎn)矩再次平衡為止,但這時轉(zhuǎn)速已經(jīng)較原來升高了。第19頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第19頁

3.2.4直流電動機(jī)控制電樞回路串電阻控制是指當(dāng)電動機(jī)勵磁電流不變時,經(jīng)過改變電樞回路電阻來調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。這種控制方法機(jī)械特征較軟,而且電動機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定,普通極少應(yīng)用。對于小型串勵電動機(jī),常采取電樞回路串電阻控制方式。第20頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第20頁

3.3無刷直流電動機(jī)3.3.1無刷直流電動機(jī)分類3.3.2無刷直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)3.3.3無刷直流電動機(jī)工作原理3.3.4無刷直流電動機(jī)控制第21頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第21頁

3.3.1無刷直流電動機(jī)分類無刷直流電動機(jī)按照工作特征,能夠分為含有直流電動機(jī)特征無刷直流電動機(jī)和含有交流電動機(jī)特征無刷直流電動機(jī)。含有直流電動機(jī)特征無刷直流電動機(jī),反電動勢波形和供電電流波形都是矩形波,所以又稱為矩形波同時電動機(jī)。這類電動機(jī)由直流電源供電,借助位置傳感器來檢測主轉(zhuǎn)子位置,由所檢測出信號去觸發(fā)對應(yīng)電子換相線路以實(shí)現(xiàn)無接觸式換相。顯然,這種無刷直流電動機(jī)含有有刷直流電動機(jī)各種運(yùn)行特征。含有交流電動機(jī)特征無刷直流電動機(jī),反電動勢波形和供電電流波形都是正弦波,所以又稱為正弦波同時電動機(jī)。這類電動機(jī)也由直流電源供電,但經(jīng)過逆變器將直流電變換成交流電,然后去驅(qū)動普通同時電動機(jī)。所以,它們含有同時電動機(jī)各種運(yùn)行特征。第22頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第22頁

3.3.2無刷直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)1.無刷直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)無刷直流電動機(jī)主要由電動機(jī)本體、電子換相器和轉(zhuǎn)子位置傳感器三部分組成。(1)電動機(jī)本體。無刷直流電動機(jī)電動機(jī)本體由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。

(2)電子換相器。電子換相器是由功率開關(guān)和位置信號處理電路組成,主要用來控制訂子各繞組通電次序和時間。

(3)位置傳感器。位置傳感器在無刷直流電動機(jī)中起著檢測轉(zhuǎn)子磁極位置作用,為功率開關(guān)電路提供正確換相信息,即將轉(zhuǎn)子磁極位置信號轉(zhuǎn)換成電信號,經(jīng)位置信號處理電路處理后控制訂子繞組換相。第23頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第23頁

3.3.2無刷直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)無刷直流電動機(jī)實(shí)物圖。

第24頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第24頁

3.3.2無刷直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)無刷直流電動機(jī)作為電動汽車用電動機(jī),含有以下優(yōu)點(diǎn):(1)外特征好,非常符合電動汽車負(fù)載特征,尤其是含有低速大轉(zhuǎn)矩特征,能夠提供大起動轉(zhuǎn)矩,滿足電動汽車加速要求;(2)能夠在低、中、高寬速度范圍內(nèi)運(yùn)行,而有刷電動機(jī)因?yàn)槭軝C(jī)械換向影響,只能在中低速下運(yùn)行;(3)效率高,尤其是在輕載車況下,仍能保持較高效率,這對寶貴電池能量是很主要;(4)過載能力強(qiáng),比Y系列電動機(jī)可提升過載能力2倍以上,滿足電動汽車突起堵轉(zhuǎn)需要;第25頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第25頁

3.3.2無刷直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)(5)再生制動效果好,因無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子含有很高永久磁場,在汽車下坡或制動時電動機(jī)可完全進(jìn)入發(fā)電機(jī)狀態(tài),給電池充電,同時起到電制動作用,減輕機(jī)械剎車負(fù)擔(dān);(6)體積小、重量輕、比功率大,可有效地減輕重量、節(jié)約空間;(7)無機(jī)械換向器,采取全封閉式結(jié)構(gòu),預(yù)防塵土進(jìn)入電動機(jī)內(nèi)部,可靠性高;(8)控制系統(tǒng)比異步電動機(jī)簡單。缺點(diǎn)是電動機(jī)本身比交流電動機(jī)復(fù)雜,控制器比有刷直流電動機(jī)復(fù)雜。第26頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第26頁

3.3.3無刷直流電動機(jī)工作原理

無刷直流電動機(jī)工作原理與有刷直流電動機(jī)工作原理基本相同。它是利用電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出信號控制電子換向線路去驅(qū)動逆變器功率開關(guān)器件,使電樞繞組依次饋電,從而在定子上產(chǎn)生跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場,拖動電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。同時,伴隨電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)子位置傳感器又不停送出位置信號,以不停改變電樞繞組通電狀態(tài),使得在某一磁極下導(dǎo)體中電流方向保持不變,這么電動機(jī)就旋轉(zhuǎn)起來了。第27頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第27頁3.3.4無刷直流電動機(jī)控制按照獲取轉(zhuǎn)子位置信息方法劃分,無刷直流電動機(jī)控制方法能夠分為有位置傳感器控制和無位置傳感器控制兩種。有位置傳感器控制方法是指在無刷直流電動機(jī)定子上安裝位置傳感器來檢測轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中位置,將轉(zhuǎn)子磁極位置信號轉(zhuǎn)換成電信號,為電子換相電路提供正確換相信息,以此控制電子換相電路中功率開關(guān)管開關(guān)狀態(tài),確保電動機(jī)各相按次序?qū)?,在空間形成跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場,驅(qū)動永磁轉(zhuǎn)子連續(xù)不停地旋轉(zhuǎn)。無刷直流電動機(jī)中慣用位置傳感器有霍爾元件位置傳感器、磁敏晶體管位置傳感器、光電式位置傳感器等。第28頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第28頁3.3.4無刷直流電動機(jī)控制無刷直流電動機(jī)無位置傳感器控制,無需安裝傳感器,使用場所廣,相對于有位置傳感器方法有較大優(yōu)勢,所以,無刷直流電動機(jī)無位置傳感器控制近年來己成為研究熱點(diǎn)。無刷直流電動機(jī)無位置傳感器控制中,不直接使用轉(zhuǎn)子位置傳感器,但在電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,依然需要轉(zhuǎn)子位置信號,以控制電動機(jī)換相。所以,怎樣經(jīng)過軟硬件間接取得可靠轉(zhuǎn)子位置信號,成為無刷直流電動機(jī)無位置傳感器控制關(guān)鍵。為此,國內(nèi)外研究人員在這方面作了大量研究工作,提出了各種轉(zhuǎn)子位置信號檢測方法,大多是利用檢測定子電壓、電流等輕易獲取物理量實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置估算。歸納起來,能夠分為反電動勢法、電感法、狀態(tài)觀察器法、電動機(jī)方程計算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。、磁敏晶體管位置傳感器、光電式位置傳感器等。第29頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第29頁3.4異步電動機(jī)

3.4.1異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)3.4.2異步電動機(jī)工作原理與運(yùn)行特征3.4.3異步電動機(jī)控制第30頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第30頁3.4.1異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)1.異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)異步電動機(jī)主要由靜止定子和旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子兩大部分組成,定子和轉(zhuǎn)子之間存在氣隙,另外,還有端蓋、軸承、機(jī)座和風(fēng)扇等部件。

第31頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第31頁3.4.1異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)2.異步電動機(jī)特點(diǎn)異步電動機(jī)基本特點(diǎn)是,轉(zhuǎn)子繞組不需與其它電源相連,其定子電流直接取自交流電力系統(tǒng);與其它電動機(jī)相比,異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,制造、使用、維護(hù)方便,運(yùn)行可靠性高,重量輕,成本低。以三相異步電動機(jī)為例,與同功率、同轉(zhuǎn)速直流電動機(jī)相比,前者重量只及后者二分之一,成本僅為三分之一。異步電動機(jī)還輕易按不一樣環(huán)境條件要求,派生出各種系列產(chǎn)品。它還含有靠近恒速負(fù)載特征,能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械拖動要求。異步電動機(jī)不足是,它轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場同時轉(zhuǎn)速有固定轉(zhuǎn)差率,因而調(diào)速性能較差,在要求有較寬廣平滑調(diào)速范圍使用場所,不如直流電動機(jī)經(jīng)濟(jì)、方便。另外,異步電動機(jī)運(yùn)行時,從電力系統(tǒng)吸收無功功率以勵磁,這會造成電力系統(tǒng)功率因數(shù)變壞。所以,在大功率、低轉(zhuǎn)速場所不如用同時電動機(jī)合理。第32頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第32頁3.4.2異步電動機(jī)工作原理與運(yùn)行特征1.異步電動機(jī)工作原理當(dāng)異步電動機(jī)三相定子繞組通入三相交流電后,將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場,該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組,從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,電動勢方向由右手定則來確定。因?yàn)檗D(zhuǎn)子繞組是閉合通路,轉(zhuǎn)子中便有電流產(chǎn)生,電流方向與電動勢方向相同,而載流轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力,電磁力方向可用左手定則確定。由電磁力進(jìn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,驅(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn),而且電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。第33頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第33頁3.4.2異步電動機(jī)工作原理與運(yùn)行特征2.異步電動機(jī)運(yùn)行特征異步電動機(jī)運(yùn)行特征包含工作特征和機(jī)械特征。異步電動機(jī)工作特征是指電動機(jī)在保持額度電壓和額定頻率不變情況下,電動機(jī)轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、定子電流、效率和功率因數(shù)隨輸出功率改變特征。普通經(jīng)過負(fù)載試驗(yàn)來測取。圖是異步電動機(jī)工作特征。第34頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第34頁3.4.2異步電動機(jī)工作原理與運(yùn)行特征異步電動機(jī)機(jī)械特征分為自然機(jī)械特征和人為機(jī)械特征。在電源電壓和電源頻率恒定且定、轉(zhuǎn)子回路不接入任何附加設(shè)備時機(jī)械特征稱為自然機(jī)械特征,

第35頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第35頁3.4.2異步電動機(jī)工作原理與運(yùn)行特征電源電壓、電源頻率、電動機(jī)極對數(shù)、定子或轉(zhuǎn)子回路接入其它從屬設(shè)備,其中任意一項(xiàng)改變得到機(jī)械特征稱為人為機(jī)械特征。因?yàn)殡娫搭l率不變,所以同時轉(zhuǎn)速點(diǎn)不變,電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓平方成百分比改變,但各條曲線最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)對應(yīng)轉(zhuǎn)差率基本保持不變。

第36頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第36頁3.4.3異步電動機(jī)控制當(dāng)前對異步電動機(jī)調(diào)速控制主要有恒壓頻比開環(huán)控制、轉(zhuǎn)差控制、矢量控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制等。恒壓頻比開環(huán)控制實(shí)際上只控制了電動機(jī)磁通而沒有控制電動機(jī)轉(zhuǎn)矩,采取這么控制系統(tǒng)對異步電動機(jī)來講根本談不上控制性能,通常只用于對調(diào)速性能要求普通通用變頻器上。轉(zhuǎn)差控制是依據(jù)異步電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差頻率關(guān)系來直接控制電動機(jī)轉(zhuǎn)矩,能夠在一定轉(zhuǎn)差頻率范圍內(nèi)、一定程度上經(jīng)過調(diào)整轉(zhuǎn)差來控制電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩,從而改進(jìn)調(diào)速系統(tǒng)控制性能,但其控制理論是建立在異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,它適合于電動機(jī)轉(zhuǎn)速改變遲緩或者對動態(tài)性能要求不高場所。第37頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第37頁3.4.3異步電動機(jī)控制1.異步電動機(jī)矢量控制矢量控制理論采取矢量分析方法來分析交流電動機(jī)內(nèi)部電磁過程,是建立在交流電動機(jī)動態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上控制方法。它模仿對直流電動機(jī)控制技術(shù),將交流電動機(jī)定子電流解耦成相互獨(dú)立產(chǎn)生磁鏈分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩分量。分別控制這兩個分量就能夠?qū)崿F(xiàn)對交流電動機(jī)磁鏈控制和轉(zhuǎn)矩控制完全解耦,從而到達(dá)理想動態(tài)性能。(1)異步電動機(jī)矢量控制方式選擇。異步電動機(jī)矢量控制是基于磁場定向方法,其調(diào)速控制系統(tǒng)方式比較復(fù)雜,慣用控制策略有以下4種。轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制原理;轉(zhuǎn)差率矢量控制原理;氣隙磁場定向矢量控制原理;定子磁場定向矢量控制原理。第38頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第38頁3.4.3異步電動機(jī)控制

(2)異步電動機(jī)矢量控制特點(diǎn)。矢量控制變頻器能夠分別對異步電動機(jī)磁通和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測和控制,自動改變電壓和頻率,使指令值和檢測實(shí)際值到達(dá)一致,從而實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速,大大提升了電動機(jī)控制靜態(tài)精度和動態(tài)品質(zhì)。轉(zhuǎn)速精度約等于0.5%,轉(zhuǎn)速響應(yīng)也較快。采取矢量變頻器異步電動機(jī)變頻調(diào)速是能夠到達(dá)控制結(jié)構(gòu)簡單,可靠性高效果。其主要表現(xiàn)在:能夠從零轉(zhuǎn)速起進(jìn)行速度控制,所以調(diào)速范圍很寬廣;能夠?qū)D(zhuǎn)矩實(shí)施較為準(zhǔn)確控制;系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)速度很快;電動機(jī)加速度特征很好。第39頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第39頁3.4.3異步電動機(jī)控制

2.異步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制是將電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩作為直接控制對象,經(jīng)過控制訂子磁場向量控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速。它不需要復(fù)雜坐標(biāo)變換,也不需要依賴轉(zhuǎn)子數(shù)學(xué)模型,只是經(jīng)過控制PWM型逆變器導(dǎo)通和切換方式,控制電動機(jī)瞬時輸入電壓,改變磁鏈旋轉(zhuǎn)速度來控制瞬時轉(zhuǎn)矩,使系統(tǒng)性能對轉(zhuǎn)子參數(shù)展現(xiàn)魯棒性。而且這種方法被推廣到弱磁調(diào)速范圍。逆變器PWM采取電壓空間向量控制方式,性能優(yōu)越。但同時不可防止地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動,調(diào)速性能降低問題。該方法對逆變器開關(guān)頻率提升限制較大,定子電阻對電動機(jī)低速性能也有較大影響,如在低速區(qū),定子電阻改變引發(fā)定子電流和磁鏈畸變,以及轉(zhuǎn)矩脈動、死區(qū)效應(yīng)和開關(guān)頻率等問題。第40頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第40頁3.4.3異步電動機(jī)控制

(1)異步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理。它主要包含磁鏈調(diào)整器、轉(zhuǎn)矩調(diào)整器、磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀察器、轉(zhuǎn)速調(diào)整器等。其中磁鏈觀察器對磁鏈觀察是否準(zhǔn)確對整個控制系統(tǒng)穩(wěn)定性有著舉足輕重作用,而開關(guān)策略和磁鏈、轉(zhuǎn)矩調(diào)整是先進(jìn)控制算法關(guān)鍵部分。第41頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第41頁3.4.3異步電動機(jī)控制

(2)直接轉(zhuǎn)矩控制特點(diǎn)①直接轉(zhuǎn)矩控制所需要信號處理工作尤其簡單,所用控制信號使觀察者對于交流電動機(jī)物理過程能夠做出直接和明確判斷。②直接轉(zhuǎn)矩控制大大降低了矢量控制技術(shù)中控制性能易受參數(shù)改變影響問題。③直接轉(zhuǎn)矩控制并非極力取得理想正弦波波形,也不專門強(qiáng)調(diào)磁鏈完全理想圓形軌跡。相反,從控制轉(zhuǎn)矩角度出發(fā),它強(qiáng)調(diào)是轉(zhuǎn)矩直接控制效果,因而它采取離散電壓狀態(tài)和六邊形磁鏈軌跡或近似圓形磁鏈軌跡概念。④直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)對轉(zhuǎn)矩實(shí)施直接控制。它控制效果不取決于電動機(jī)數(shù)學(xué)模型是否能夠簡化,而是取決于轉(zhuǎn)矩實(shí)際情況,它控制既直接又簡化。第42頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第42頁3.5永磁同時電動機(jī)3.5.1永磁同時電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)3.5.2永磁同時電動機(jī)工作原理與運(yùn)行特征3.5.3永磁同時電動機(jī)控制第43頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第43頁3.5.1永磁同時電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)永磁同時電動機(jī)分為正弦波驅(qū)動電流永磁同時電動機(jī)和方波驅(qū)動電流永磁同時電動機(jī)。這里介紹主要是三相正弦波驅(qū)動永磁同時電動機(jī)。永磁同時電動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖所表示,和傳統(tǒng)電動機(jī)一樣,主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。第44頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第44頁3.5.1永磁同時電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)按照永磁體在轉(zhuǎn)子上位置不一樣,永磁同時電動機(jī)磁極結(jié)構(gòu)可分為表面式和內(nèi)置式二種。(1)表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)中,永磁體通常呈瓦片形,并位于轉(zhuǎn)子鐵心外表面上,永磁體提供磁通方向?yàn)閺较?。表面式結(jié)構(gòu)又分為凸出式和嵌入式兩種,如圖所表示。

第45頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第45頁3.5.1永磁同時電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)(2)內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。按永磁體磁化方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相互關(guān)系,內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)又可分為徑向式、切向式和混合式三種。第46頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第46頁3.5.1永磁同時電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)永磁同時電動機(jī)與其它電動機(jī)相比,含有以下優(yōu)點(diǎn):(1)用永磁體取代繞線式同時電動機(jī)轉(zhuǎn)子中勵磁繞組,從而省去了勵磁線圈、滑環(huán)和電刷,以電子換向?qū)崿F(xiàn)無刷運(yùn)行,結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)行可靠;(2)永磁同時電動機(jī)轉(zhuǎn)速與電源頻率間一直保持準(zhǔn)確同時關(guān)系,控制電源頻率就能控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速;(3)永磁同時電動機(jī)含有較硬機(jī)械特征,對于因負(fù)載改變而引發(fā)電動機(jī)轉(zhuǎn)矩擾動含有較強(qiáng)承受能力,瞬間最大轉(zhuǎn)矩能夠到達(dá)額定轉(zhuǎn)矩三倍以上,適合在負(fù)載轉(zhuǎn)矩改變較大工況下運(yùn)行;

第47頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第47頁3.5.1永磁同時電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)(4)永磁電動機(jī)轉(zhuǎn)子為永久磁鐵無需勵磁,所以電動機(jī)能夠在很低轉(zhuǎn)速下保持同時運(yùn)行,調(diào)速范圍寬;(5)永磁同時電動機(jī)與異步電動機(jī)相比,不需要無功勵磁電流,因而功率因數(shù)高,定子電流和定子銅耗小,效率高;(6)體積小、重量輕。近些年來伴隨高性能永磁材料不停應(yīng)用,永磁同時電動機(jī)功率密度得到很大提升,比起同容量異步電動機(jī)來,體積和重量都有較大降低,使其適合應(yīng)用在許多特殊場所;(7)結(jié)構(gòu)多樣化,應(yīng)用范圍廣。

第48頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第48頁3.5.1永磁同時電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)永磁同時電動機(jī)還存在以下缺點(diǎn):(1)因?yàn)橛来磐瑫r電動機(jī)轉(zhuǎn)子為永磁體,無法調(diào)整,必須經(jīng)過加定子直軸去磁電流分量來減弱磁場,這會增大定子電流,增加電動機(jī)銅耗;(2)永磁電動機(jī)磁鋼價格較高。由此可見,永磁電動機(jī)體積小,重量輕,轉(zhuǎn)動慣量小,功率密度高(可達(dá)1kW/kg),適合電動汽車空間有限特點(diǎn);另外,轉(zhuǎn)矩慣量比大,過載能力強(qiáng),尤其低轉(zhuǎn)速時輸出轉(zhuǎn)矩大,適合電動汽車起動加速。所以,永磁電動機(jī)得到國內(nèi)外電動汽車界廣泛重視,并已在日本得到了普遍應(yīng)用,日本新研制電動汽車大都采取永磁電動機(jī)驅(qū)動。比較經(jīng)典是在豐田Prius混聯(lián)式混合動力轎車上應(yīng)用。

第49頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第49頁3.5.2永磁同時電動機(jī)工作原理與運(yùn)行特征1.電樞反應(yīng)永磁同時電動機(jī)帶負(fù)載時,氣隙磁場是永磁體磁動勢和電樞磁動勢共同建立。電樞磁動勢對氣隙磁場有影響,電樞磁動勢基波對氣隙磁場影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)不但使氣隙磁場波形發(fā)生畸變,而且還會產(chǎn)生去磁或增磁作用,所以,氣隙磁場將影響永磁同時電動機(jī)運(yùn)行特征。對永磁同時電動機(jī)進(jìn)行分析時,需要采取雙反應(yīng)理論,即需要把電樞電流和電樞電動勢分解成交軸和直軸兩個分量。交軸電樞電流產(chǎn)生交軸電樞電動勢,發(fā)生交軸電樞反應(yīng);直軸電樞電流產(chǎn)生直軸電樞電動勢,發(fā)生直軸電樞反應(yīng)。第50頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第50頁3.5.2永磁同時電動機(jī)工作原理與運(yùn)行特征2.電壓方程式忽略磁飽和效應(yīng)影響,永磁同時電動機(jī)電壓方程式為

3.功率與轉(zhuǎn)矩

電動機(jī)電磁功率為假如忽略電樞電阻影響,則電動機(jī)電磁功率為第51頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第51頁3.5.2永磁同時電動機(jī)工作原理與運(yùn)行特征電磁功率與功率角關(guān)系稱為永磁同時電動機(jī)功角特征。

第52頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第52頁3.5.2永磁同時電動機(jī)工作原理與運(yùn)行特征4.運(yùn)行特征永磁同時電動機(jī)運(yùn)行特征主要是機(jī)械特征和工作特征。永磁同時電動機(jī)穩(wěn)態(tài)正常運(yùn)行時,轉(zhuǎn)速一直保持同時速不變,所以,其機(jī)械特征為平行于橫軸直線,調(diào)整電源頻率來調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速時,轉(zhuǎn)速將嚴(yán)格地與頻率成正百分比改變。第53頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第53頁3.5.2永磁同時電動機(jī)工作原理與運(yùn)行特征永磁同時電動機(jī)工作特征是指當(dāng)電源電壓恒定時,電動機(jī)輸入功率、電樞電流、效率、功率因數(shù)等隨輸出功率改變關(guān)系。

第54頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第54頁3.5.3永磁同時電動機(jī)控制1.恒壓頻比開環(huán)控制(VVVF)VVVF控制變量為電動機(jī)外部變量即電壓和頻率。控制系統(tǒng)將參考電壓和頻率輸入到實(shí)現(xiàn)控制策略調(diào)制器中,最終由逆變器產(chǎn)生一個交變正弦電壓施加在電動機(jī)定子繞組上,使之運(yùn)行在指定電壓和參考頻率下。按照這種控制策略進(jìn)行控制,使供電電壓基波幅值伴隨速度指令成百分比線性增加,從而保持定子磁通近似恒定。VVVF控制策略簡單,易于實(shí)現(xiàn),轉(zhuǎn)速經(jīng)過電源頻率進(jìn)行控制,不存在異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差和轉(zhuǎn)差賠償問題。但同時,因?yàn)橄到y(tǒng)中不引入速度、位置等反饋信號,所以無法實(shí)時捕捉電動機(jī)狀態(tài),致使無法準(zhǔn)確控制電磁轉(zhuǎn)矩;在突加負(fù)載或者速度指令時,輕易發(fā)生失步現(xiàn)象;也沒有快速動態(tài)響應(yīng)特征。所以,恒壓頻比開環(huán)控制控制電動機(jī)磁通而沒有控制電動機(jī)轉(zhuǎn)矩,控制性能差。通常只用于對調(diào)速性能要求普通通用變頻器上。第55頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第55頁3.5.3永磁同時電動機(jī)控制2.矢量控制矢量控制理論基本思想為;以轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)空間矢量為參考坐標(biāo),將定子電流分解為相互正交兩個分量,一個與磁鏈同方向,代表定子電流勵磁分量,另一個與磁鏈方向正交,代表定子電流轉(zhuǎn)矩分量,分別對其進(jìn)行控制,取得與直流電動機(jī)一樣良好動態(tài)特征。因其控制結(jié)構(gòu)簡單,控制軟件實(shí)現(xiàn)較輕易,已被廣泛應(yīng)用到調(diào)速系統(tǒng)中。永磁同時電動機(jī)矢量控制策略與異步電動機(jī)矢量控制策略有些不一樣。因?yàn)橛来磐瑫r電動機(jī)轉(zhuǎn)速和電源頻率嚴(yán)格同時,其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)差恒等于零,沒有轉(zhuǎn)差功率,控制效果受轉(zhuǎn)子參數(shù)影響小。所以,在永磁同時電動機(jī)上更輕易實(shí)現(xiàn)矢量控制。第56頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第56頁3.5.3永磁同時電動機(jī)控制某電動汽車用永磁同時電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)框。

第57頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第57頁3.5.3永磁同時電動機(jī)控制3.直接轉(zhuǎn)矩控制永磁同時電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖。第58頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第58頁3.5.3永磁同時電動機(jī)控制4.智能控制為了提升永磁同時電動機(jī)控制性能和控制精度,含糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等開始應(yīng)用于同時電動機(jī)控制。采取智能控制方法永磁同時電機(jī)控制系統(tǒng),在多環(huán)控制結(jié)構(gòu)中,智能控制器處于最外環(huán)充當(dāng)速度控制器,而內(nèi)環(huán)電流控制、轉(zhuǎn)矩控制仍采取PI控制、直接轉(zhuǎn)矩控制這些方法,這主要是因?yàn)橥猸h(huán)是決定系統(tǒng)根本原因,而內(nèi)環(huán)主要作用是改造對象特征以利于外環(huán)控制,各種擾動給內(nèi)環(huán)帶來誤差能夠由外環(huán)控制或抑制。在永磁同時電機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用智能控制時,也不能完全屏棄傳統(tǒng)控制方法,必須將二者很好地結(jié)合起來,才能彼此取長補(bǔ)短,使系統(tǒng)性能到達(dá)最優(yōu)。第59頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第59頁3.6開關(guān)磁阻電動機(jī)

3.6.1開關(guān)磁阻電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)3.6.2開關(guān)磁阻電動機(jī)工作原理與運(yùn)行特征3.6.3開關(guān)磁阻電動機(jī)控制第60頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第60頁3.6.1開關(guān)磁阻電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)1.開關(guān)磁阻電動機(jī)結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電動機(jī)是由雙凸極定子和轉(zhuǎn)子組成,其定子、轉(zhuǎn)子凸極均由普通硅鋼片疊壓而成。定子極上繞有集中繞組,把沿徑向相正確兩個繞組串聯(lián)成一個兩級磁極,稱為“一相”;轉(zhuǎn)子既無繞組又無永磁體,僅由硅鋼片疊成。開關(guān)磁阻電動機(jī)有各種不一樣相數(shù)結(jié)構(gòu),如單相、二相、四相及多相等,且定子和轉(zhuǎn)子極數(shù)有各種不一樣搭配。低于三相開關(guān)磁阻電動機(jī)普通沒有自起動能力。相數(shù)多,有利于減小轉(zhuǎn)矩脈動,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、主開關(guān)器件多、成本增高。當(dāng)前應(yīng)用較多是四相8/6極結(jié)構(gòu)和三相6/4極結(jié)構(gòu)。下面介紹開關(guān)磁阻電動機(jī)結(jié)構(gòu)為四相8/6極結(jié)構(gòu)。第61頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第61頁3.6.1開關(guān)磁阻電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)2.開關(guān)磁阻電動機(jī)特點(diǎn)開關(guān)磁阻電動機(jī)與其它電動機(jī)相比,含有以下優(yōu)點(diǎn):(1)可控參數(shù)多,調(diào)速性能好。可控參數(shù)有主開關(guān)開通角、主開關(guān)關(guān)斷角、相電流幅值、直流電源電壓,控制方便,可四象限運(yùn)行,輕易實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和電動、制動等特定調(diào)整控制;(2)結(jié)構(gòu)簡單,成本低。開關(guān)磁阻電動機(jī)轉(zhuǎn)子無繞組,也不加永久磁鐵,定子為集中繞組,永磁電動機(jī)及感應(yīng)電動機(jī)都簡單,制造和維護(hù)方便;它功率變換器比較簡單,主開關(guān)元件數(shù)較少,電子器件少;(3)損耗小,運(yùn)轉(zhuǎn)效率高。開關(guān)磁阻電動機(jī)轉(zhuǎn)子不存在勵磁及轉(zhuǎn)差損耗,功率變換器元器件少,對應(yīng)損耗也??;控制靈活,易于在很寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能控制;(4)起動轉(zhuǎn)矩大,起動電流小。在15%額定電流情況下就能到達(dá)100%起動轉(zhuǎn)矩。第62頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第62頁3.6.1開關(guān)磁阻電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)因?yàn)殚_關(guān)磁阻電動機(jī)特殊結(jié)構(gòu)和工作方式,也存在一些缺點(diǎn):(1)轉(zhuǎn)矩脈動現(xiàn)象較大;(2)振動和噪聲相對較大,尤其是在負(fù)載運(yùn)行時候;(3)電動機(jī)出線頭相對較多,還有位置檢測器出線端;(4)電動機(jī)數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜,其準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型較難建立;(5)控制復(fù)雜,依賴于電動機(jī)結(jié)構(gòu)。第63頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第63頁3.6.2開關(guān)磁阻電動機(jī)工作原理與運(yùn)行特征1.開關(guān)磁阻電動機(jī)工作原理開關(guān)磁阻電動機(jī)工作原理如圖所表示。圖中,Sl、S2是電子開關(guān);VD1、VD2是二極管,U是直流電源。第64頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第64頁3.6.2開關(guān)磁阻電動機(jī)工作原理與運(yùn)行特征2.開關(guān)磁阻電動機(jī)運(yùn)行特征開關(guān)磁阻電動機(jī)運(yùn)行特征可分為三個區(qū)域:恒轉(zhuǎn)矩區(qū)、恒功率區(qū)、自然特征區(qū)(串勵特征區(qū)),如圖所表示。第65頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第65頁3.6.3開關(guān)磁阻電動機(jī)控制1.角度位置控制方式(APC)角度位置控制是在加在繞組上電壓一定情況下,經(jīng)過改變繞組上主開關(guān)開通角和關(guān)斷角,來改變繞組通、斷電時刻,調(diào)整相電流波形,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。依據(jù)電動勢平衡方程式可知,當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速較高時,旋轉(zhuǎn)電動勢較大,則此時電流上升率下降,各相主開關(guān)器件導(dǎo)通時間較短,電動機(jī)繞組相電流不易上升,電流相對較小,便于使用角度位置控制方式。因?yàn)殚_通角和關(guān)斷角都可調(diào)整,角度位置控制可分為:變開通角、變關(guān)斷角和同時改變開通角及關(guān)斷角三種方式。改變開通角,可改變電流波形寬度、峰值和有效值大小,還可改變電流波形與電感波形相對位置,從而改變了電動機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。而關(guān)斷角普通不影響電流峰值,但可改變電流波形寬度及其與電感曲線相對位置,進(jìn)而改變電流有效值。故普通采取固定關(guān)斷角、改變開通角控制方式。第66頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第66頁3.6.3開關(guān)磁阻電動機(jī)控制依據(jù)SRM轉(zhuǎn)矩特征分析可知,當(dāng)電流波形主要位于電感上升區(qū)時,產(chǎn)生平均電磁轉(zhuǎn)矩為正,電動機(jī)運(yùn)行在電動狀態(tài);當(dāng)電流波形主要位于電感下降段時,產(chǎn)生平均電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù),電動機(jī)工作在制動狀態(tài)。而經(jīng)過對開通角、關(guān)斷角控制,能夠使電流波形處于繞組電感波形不一樣位置。所以,能夠用控制開通角、關(guān)斷角方式來使電動機(jī)運(yùn)行在不一樣狀態(tài)。角度位置控制優(yōu)點(diǎn)在于:轉(zhuǎn)矩調(diào)整范圍寬;可同時多相通電,以增加電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩,同時減小了轉(zhuǎn)矩波動;經(jīng)過角度優(yōu)化,能實(shí)現(xiàn)效率最優(yōu)控制或轉(zhuǎn)矩最優(yōu)控制。依據(jù)上面分析可知,此法不適于低速場所。因?yàn)樵诘退贂r,旋轉(zhuǎn)電動勢較小,使電流峰值增大,必須采取對應(yīng)辦法進(jìn)行限流,故普通用于轉(zhuǎn)速較高場所。第67頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第67頁3.6.3開關(guān)磁阻電動機(jī)控制2.電流斬波控制依據(jù)電動勢平衡方程式可知,電動機(jī)低速運(yùn)行尤其是開啟時,旋轉(zhuǎn)電動勢引發(fā)壓降很小,相電流上升快,為防止過大電流脈沖對功率開關(guān)器件及電動機(jī)造成損壞,需要對電流峰值進(jìn)行限定,所以,可采取電流斬波控制,獲取恒轉(zhuǎn)矩機(jī)械特征。電流斬波控制普通不會對開通、關(guān)斷角進(jìn)行控制,它將直接選擇在每相特定導(dǎo)通位置對電流進(jìn)行斬波控制。當(dāng)前慣用有兩種方案:對電流上、下限進(jìn)行限制控制,及限制電流上限值和恒定關(guān)斷時間控制。該控制優(yōu)點(diǎn)在于:它適合用于電動機(jī)低速調(diào)速系統(tǒng),能夠控制電流峰值增加,并有很好電流調(diào)整作用:因每相電流波形會展現(xiàn)出較寬平頂狀,使得產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩比較平穩(wěn),轉(zhuǎn)矩波動對應(yīng)地比其它控制方式要小。然而,因?yàn)殡娏鞣逯凳艿搅讼拗?,?dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速在負(fù)載擾動作用下發(fā)生改變時,電流峰值無法做出對應(yīng)改變,使得系統(tǒng)特征比較軟,所以系統(tǒng)在負(fù)載擾動下動態(tài)響應(yīng)很遲緩。第68頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第68頁3.6.3開關(guān)磁阻電動機(jī)控制3.電壓控制(VC)VC方式是保持開通角、關(guān)斷角不變前提下,使功率開關(guān)器件工作在脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式。經(jīng)過調(diào)整PWM波占空比,來調(diào)整加在繞組兩端電壓平均值,進(jìn)而改變繞組電流大小,實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速調(diào)整。若增大調(diào)制脈沖頻率,就會使電流波型比較平滑,電動機(jī)出力增大,噪聲減小,但對功率開關(guān)器件工作頻率要求就會增大。按照續(xù)流方式不一樣,分為單管斬波和雙管斬波方式。單管方式中,連接在每相繞組中上、下橋臂兩個開關(guān)管只有一個處于斬波狀態(tài),另一個一直導(dǎo)通。而雙管斬波方式中,兩個開關(guān)管同時導(dǎo)通和關(guān)斷,對電壓進(jìn)行斬波控制??紤]到系統(tǒng)效率等原因,實(shí)際應(yīng)用中普通慣用單管方式。第69頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第69頁3.6.3開關(guān)磁阻電動機(jī)控制電壓控制優(yōu)點(diǎn)在于,它經(jīng)過調(diào)整繞組電壓平均值進(jìn)而調(diào)整電流,所以可用在低速和高速系統(tǒng),且控制簡單,但它調(diào)速范圍有限。在實(shí)際SRD利用中,也能夠采取各種控制方式相組合方法。如高速角度控制和低速電流斬波控制組合,變角度電壓斬波控制和定角度電壓斬波控制等。這些組合方式各有優(yōu)勢及不足,所以必須針對不一樣應(yīng)用場所和不一樣性能要求,合理地選擇控制方式,才能使電動機(jī)運(yùn)行于最正確狀態(tài)。第70頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第70頁3.6.3開關(guān)磁阻電動機(jī)控制依據(jù)系統(tǒng)性能要求不一樣,控制電路詳細(xì)結(jié)構(gòu)形式會有很大差異,但普通均應(yīng)包含以下功效:1)用于接收外部指令信號,如起動、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向信號操作電路;2)用于給定量與控制量相比較,并按要求算法計算出控制參數(shù)調(diào)整量調(diào)整器電路;3)用于決定控制電路工作邏輯,如正反轉(zhuǎn)相序邏輯、高低速控制方式工作邏輯電路;4)用于檢測系統(tǒng)中相關(guān)物理量,如轉(zhuǎn)速、角位移、電流和電壓傳感器電路;5)用于當(dāng)系統(tǒng)中一些物理量超出允許值時,采取對應(yīng)保護(hù)辦法保護(hù)電路,如過壓保護(hù)和過流保護(hù);6)用于控制各被控量信號輸出電路,如控制功率開關(guān)器件導(dǎo)通與關(guān)斷;7)用于指示系統(tǒng)工作情況和參數(shù)狀態(tài)顯示電路,如指示電動機(jī)轉(zhuǎn)速、指示故障保護(hù)情況顯示。第71頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第71頁3.7輪轂電機(jī)

3.7.1輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)形式3.7.2輪轂電機(jī)應(yīng)用類型3.7.3輪轂電機(jī)驅(qū)動方式3.7.4輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)特點(diǎn)3.7.5輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)第72頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第72頁3.7.1輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)形式輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)通常由電動機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、制動器與散熱系統(tǒng)等組成。輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)依據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子型式主要分成兩種結(jié)構(gòu)形式:內(nèi)轉(zhuǎn)子型和外轉(zhuǎn)子型。

第73頁電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)概述第73頁

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