電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)與原理課件：驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

第1

頁驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)4.1概述4.2直流電動(dòng)機(jī)4.3交流異步電動(dòng)機(jī)4.4開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)4.5永磁同步電動(dòng)機(jī)4.6其它電動(dòng)機(jī)4.7新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

第2

頁4.1.1新能源汽車電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的種類和特點(diǎn)4.1.2新能源汽車對電動(dòng)機(jī)的性能要求4.1.3電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)的分類4.1概述電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

第3

頁1.純電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的純電動(dòng)汽車中使用的電動(dòng)機(jī)，不需要太大的變速范圍，可有效使用較小容量的永磁電動(dòng)機(jī)；因?yàn)橛胁钏贉p速器，并且不需要太大的變速范圍，故可采用無離合器和傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)系統(tǒng)。沒有傳動(dòng)裝置，運(yùn)轉(zhuǎn)更加容易，但這樣也需要低速大轉(zhuǎn)矩、速度變化區(qū)域大的電動(dòng)機(jī)。去除了差速器的系統(tǒng)稱為無差速系統(tǒng)，這種電動(dòng)機(jī)是把傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的定子變成可動(dòng)的結(jié)構(gòu)；另一方面，當(dāng)轉(zhuǎn)子上電的時(shí)候可以相互反向回轉(zhuǎn)。雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式分為前后驅(qū)動(dòng)和雙輪轂式電動(dòng)機(jī)兩類，雙輪轂電動(dòng)機(jī)及其逆變器的制造成本價(jià)較高。四輪轂式電動(dòng)機(jī)把電動(dòng)機(jī)組裝在輪轂中，機(jī)構(gòu)更緊湊。4.1.1新能源汽車電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的種類和特點(diǎn)電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

第4

頁2.混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4.1.1新能源汽車電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的種類和特點(diǎn)（1）串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車解決了純電動(dòng)車?yán)m(xù)駛里程短這個(gè)難題，行駛中或者停車時(shí)由能量源向電池充電。能量源與車輪在結(jié)構(gòu)上沒有機(jī)械連接，因此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具有更大的自由度。電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的能量流動(dòng)（以發(fā)動(dòng)機(jī)為能源）電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

第6

頁串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的能量流動(dòng)

（以燃料電池為能源）電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁2.混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4.1.1新能源汽車電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的種類和特點(diǎn)（2）并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中裝載的電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)，根據(jù)制動(dòng)或驅(qū)動(dòng)需求，發(fā)動(dòng)機(jī)隨著運(yùn)轉(zhuǎn)狀況改變轉(zhuǎn)速和輸出功率。制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)處在發(fā)電機(jī)模式，電池回收電力。啟動(dòng)、加速時(shí)，作為電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁2.混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4.1.1新能源汽車電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的種類和特點(diǎn)（3）混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車混聯(lián)式混合驅(qū)動(dòng)方式具有發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)。與同樣具有發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的串聯(lián)式混合動(dòng)力汽車不同，發(fā)動(dòng)機(jī)與車輪通過機(jī)械結(jié)構(gòu)連接到一起。盡管電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)容量較小，但是在小功率時(shí)可作為純電動(dòng)汽車運(yùn)轉(zhuǎn)，能實(shí)現(xiàn)多種驅(qū)動(dòng)方式。對于內(nèi)燃機(jī)汽車來說，在路況惡劣需要頻繁啟動(dòng)和停止的行駛條件下，可回收制動(dòng)使之相對節(jié)省一些燃油。電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁（1）體積小、重量輕；（2）在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)的高效率；（3）低速大轉(zhuǎn)矩特性及較寬范圍內(nèi)的恒功率特性；（4）高可靠性；（5）高電壓；（6）電氣系統(tǒng)安全性高。4.1.2

新能源汽車對電動(dòng)機(jī)的性能要求電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁4.1.3

電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)的分類新能源汽車經(jīng)常采用的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)包括直流電動(dòng)機(jī)、交流異步電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)。最早應(yīng)用于電動(dòng)汽車的是直流電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是控制性能好、成本低。隨著電子技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，交流異步電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)表現(xiàn)出比直流電動(dòng)機(jī)更加優(yōu)越的性能，這些電動(dòng)機(jī)正在逐步取代直流電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)車用電動(dòng)機(jī)的分類返回電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)基本性能比較

電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁4.2直流電動(dòng)機(jī)4.2.1直流電動(dòng)機(jī)的分類4.2.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理4.2.3直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)4.2.4電動(dòng)汽車用直流電動(dòng)機(jī)4.2.5直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁1.他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)2.并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)3.串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)4.復(fù)勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)4.2.1直流電動(dòng)機(jī)的分類電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁定子有一對N、S極，電樞繞組的末端分別接到兩個(gè)換向片上，正、負(fù)電刷A和B分別與兩個(gè)換向片接觸。如果給兩個(gè)電刷加上直流電源，則有直流電流從電刷A流入，從電刷B流出。根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體受到電磁力的作用，其方向可用左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個(gè)轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向卻是不變的。4.2.2直流電動(dòng)機(jī)的工作原理電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁直流電動(dòng)機(jī)的工作原理示意圖導(dǎo)體ab處于N極下

導(dǎo)體ab處于S極下電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁1.定子部分（1）主磁極（2）機(jī)座（3）換向極（4）電刷裝置4.2.3

直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)2.轉(zhuǎn)子部分（1）電樞鐵心（2）電樞繞組（3）換向器直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖(一)直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖(二)電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁1.直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性基本轉(zhuǎn)速以下為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，基本轉(zhuǎn)速以上為恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，勵(lì)磁電流保持不變，改變電樞電壓來控制轉(zhuǎn)矩。在高速恒功率區(qū)，電樞電壓不變，改變勵(lì)磁電流或弱磁來控制轉(zhuǎn)矩。這種特性很適合汽車對動(dòng)力源低速高轉(zhuǎn)矩、高速低轉(zhuǎn)矩的使用需求。直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，易于平滑調(diào)速，加之控制技術(shù)成熟，所以幾乎所有早期的電動(dòng)車都是采用直流電動(dòng)機(jī)。4.2.4

電動(dòng)汽車用直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁2.直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)（1）調(diào)速性能好（2）啟動(dòng)力矩大（3）控制簡單（4）有易損件4.2.4

電動(dòng)汽車用直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁3.電動(dòng)汽車用直流電動(dòng)機(jī)的要求（1）抗振動(dòng)性（2）對環(huán)境的適應(yīng)性（3）低損耗性（4）抗負(fù)荷波動(dòng)性（5）小型、輕量化（6）免維護(hù)性4.2.4

電動(dòng)汽車用直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁4.直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用電動(dòng)汽車所使用的直流電動(dòng)機(jī)主要是他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)、復(fù)勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)3種類型。小功率（<10kW）的電動(dòng)機(jī)多采用小型高效的永磁式直流電動(dòng)機(jī)，一般應(yīng)用在小型、低速的專用車輛上，如電動(dòng)自行車、高爾夫球車、電動(dòng)叉車、警用巡邏車等。中等功率（10～100kW）的電動(dòng)機(jī)采用他勵(lì)、串勵(lì)或復(fù)勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)，可以用于結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)矩較大的電動(dòng)貨車上。大功率（>100kW）的電動(dòng)機(jī)采用串勵(lì)式，可用在要求低速、高轉(zhuǎn)矩的大型專用電動(dòng)車上，如電動(dòng)礦石搬運(yùn)車、電動(dòng)玻璃搬運(yùn)車等。4.2.4

電動(dòng)汽車用直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁4.2.5直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速

改變電樞電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要方法

直流電動(dòng)機(jī)的物理模型

電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁4.2.5直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法常用的可控直流電源（1）旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組（2）靜止可控整流器（3）直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組供電的直流調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁晶閘管-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁直流斬波器原理電路及輸出電壓波形返回電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁4.3交流異步電動(dòng)機(jī)4.3.1交流異步電動(dòng)機(jī)的工作原理4.3.2交流異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)4.3.3交流異步電動(dòng)機(jī)的性能特點(diǎn)4.3.4交流異步電動(dòng)機(jī)的控制方法電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組通入三相交流電后，將產(chǎn)生一個(gè)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(dòng)勢，電動(dòng)勢的方向由右手定則來確定。由于轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路，轉(zhuǎn)子中便有電流產(chǎn)出，電流方向與電動(dòng)勢方向相同，而載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，電磁力的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(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。4.3.1交流異步電動(dòng)機(jī)的工作原理電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁異步電動(dòng)機(jī)工作原理圖轉(zhuǎn)差率電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁1.定子（1）定子鐵心（2）定子繞組（3）機(jī)座4.3.2

交流異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)2.轉(zhuǎn)子（1）轉(zhuǎn)子鐵心（2）轉(zhuǎn)子繞組（3）轉(zhuǎn)軸（4）氣隙電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁（1）小型輕量化；（2）易實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速超過10000r/min的高速旋轉(zhuǎn)；（3）高速低轉(zhuǎn)矩時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)效率高；（4）低速時(shí)有高轉(zhuǎn)矩，以及有寬泛的速度控制范圍；（5）高可靠性（堅(jiān)固）；（6）制造成本低；（7）控制裝置的簡單化。4.3.3交流異步電動(dòng)機(jī)的性能特點(diǎn)電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁4.3.4交流異步電動(dòng)機(jī)的控制方法1.矢量控制矢量控制也稱磁場定向控制，該控制方式實(shí)現(xiàn)了交流電動(dòng)機(jī)磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦控制，使交流傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有了顯著的改善，在提高電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)態(tài)性能方面，相對于變頻調(diào)速控制，磁場定向控制得到了較多關(guān)注。矢量控制實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過測量和控制異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理分別對異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的目的。電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁4.3.4交流異步電動(dòng)機(jī)的控制方法2.直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制以轉(zhuǎn)矩為中心進(jìn)行磁鏈、轉(zhuǎn)矩的綜合控制。通過檢測電動(dòng)機(jī)定子電壓和電流，借助瞬時(shí)空間矢量理論計(jì)算電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)與給定值比較所得差值，實(shí)現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接控制。直接轉(zhuǎn)矩控制磁通估算所用的是定子磁鏈，只要知道了定子電阻就可以把它觀測出來。直接轉(zhuǎn)矩控制方法對逆變器開關(guān)頻率提高的限制較大，定子電阻對電動(dòng)機(jī)低速性能也有較大影響。

直接轉(zhuǎn)矩控制異步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)框圖返回電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁4.4開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)4.4.1開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的工作原理4.4.2開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)4.4.3開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的性能特點(diǎn)4.4.4開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制方法電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基本構(gòu)成電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁轉(zhuǎn)子上既無繞組也無永磁體，一般裝有位置檢測器；定子上繞有集中繞組，徑向相對的兩個(gè)繞組串聯(lián)構(gòu)成一相繞組。根據(jù)相數(shù)和定子、轉(zhuǎn)子極數(shù)的配比，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)可以設(shè)計(jì)成不同的結(jié)構(gòu)。4.4.1開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的工作原理電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁當(dāng)定子、轉(zhuǎn)子極正對時(shí)，電感達(dá)到最大值；當(dāng)定子、轉(zhuǎn)子極完全錯(cuò)開時(shí)，電感達(dá)到最小值。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行遵循磁阻最小原理由于轉(zhuǎn)矩方向一般指向最近的一對定子、轉(zhuǎn)子極相對的位置，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器反饋的位置信號，電樞繞組按順序?qū)?，轉(zhuǎn)子便會連續(xù)旋轉(zhuǎn)。4.4.1開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的工作原理電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁相電感、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子位置的關(guān)系曲線電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)由雙凸極的定子和轉(zhuǎn)子組成，其定子、轉(zhuǎn)子的凸極均由普通的硅鋼片疊壓而成。定子極上繞有集中繞組，把沿徑向相對的兩個(gè)繞組串聯(lián)成一個(gè)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(dòng)機(jī)有多種不同的相數(shù)結(jié)構(gòu)，如單相、二相、四相及多相等，且定子和轉(zhuǎn)子的極數(shù)有多種不同的搭配。4.4.2

開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的極數(shù)組合相數(shù)3456789定子極數(shù)681012141618轉(zhuǎn)子極數(shù)46810121416步進(jìn)角/（°）3015994.253.212.5電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁（1）調(diào)速范圍寬、控制靈活；（2）制造和維護(hù)方便；（3）運(yùn)轉(zhuǎn)效率高；（4）可四象限運(yùn)行，具有較強(qiáng)的再生制動(dòng)能力；（5）結(jié)構(gòu)簡單、成本低、制造工藝簡單；（6）轉(zhuǎn)矩方向與電流方向無關(guān)；（7）損耗?。唬?）可控參數(shù)多、調(diào)速性能好；（9）適于頻繁啟動(dòng)、停止以及正反轉(zhuǎn)運(yùn)行。4.4.3開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的性能特點(diǎn)電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁4.4.4開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制方法開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行不是單純的發(fā)電或者電動(dòng)的過程，而是將兩者有機(jī)結(jié)合在一起的控制過程，即它同時(shí)也包含了能量回饋的過程。不同能量流動(dòng)過程分時(shí)控制，采用相同硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)，將發(fā)電和電動(dòng)過程整合到一起，實(shí)現(xiàn)了能量回饋?？煽貐?shù)主要有開通角、關(guān)斷角、相電流幅值以及相繞組的端電壓，對這些參數(shù)進(jìn)行單獨(dú)或組合控制就會產(chǎn)生不同的控制方法。常用的控制方法有角度控制（APC）、電流斬波控制（CCC）、電壓控制（VC）三種。電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁4.4.4開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制方法1.角度控制法（APC）APC是電壓保持不變，而對開通角和關(guān)斷角進(jìn)行控制，通過對它們的控制來改變電流波形以及電流波形與繞組電感波形的相對位置。在電動(dòng)機(jī)制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)使得電流波形位于電感波形的下降段；而在電動(dòng)機(jī)電動(dòng)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)使電流波形的主要部分位于電感波形的上升段。角度控制的優(yōu)點(diǎn)是：轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)范圍大；轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)??；可實(shí)現(xiàn)效率最優(yōu)控制或轉(zhuǎn)矩最優(yōu)控制。但角度控制法不適應(yīng)于低速工況，一般在高速運(yùn)行時(shí)應(yīng)用。電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

第48

頁4.4.4開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制方法2.電流斬波控制法（CCC）

在電流斬波控制方式中，一般使電動(dòng)機(jī)的開通角和關(guān)斷角保持不變，而主要靠控制斬波電流限的大小來調(diào)節(jié)電流的峰值，從而起到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的目的。（1）限制電流上下幅值的控制（2）電流上限和關(guān)斷時(shí)間恒定電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

第49

頁設(shè)定電流上下限幅值的電流斬波在一個(gè)控制周期內(nèi)，給定電流最大值和最小值，使相電流與設(shè)定的上下限值進(jìn)行比較；當(dāng)大于設(shè)定最大值時(shí)則控制該相功率開關(guān)元件關(guān)斷；當(dāng)降低到設(shè)定最小值時(shí)，功率開關(guān)重新開通，如此反復(fù)

電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

第50

頁4.4.4開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制方法3.電壓控制法（VC）在固定開通角和關(guān)斷角的情況下，用PWM信號來調(diào)制主開關(guān)器件相控信號，通過調(diào)節(jié)此PWM信號的占空比，以調(diào)節(jié)加在主開關(guān)管上驅(qū)動(dòng)信號波形的占空比，從而改變相繞組上的平均電壓，進(jìn)而改變輸出轉(zhuǎn)矩。這種控制實(shí)現(xiàn)容易，且成本較低；他的缺點(diǎn)在于導(dǎo)通角度始終固定，功率元件開關(guān)頻率高、開關(guān)損耗大，不能精確的控制相電流。發(fā)電/電動(dòng)狀態(tài)控制策略框圖電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

第52

頁4.4.4開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的控制方法開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)雙向控制系統(tǒng)主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的雙向運(yùn)行，不但要讓開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)狀態(tài)下獲得優(yōu)越的調(diào)速性能，也要保證其發(fā)電狀態(tài)下的能量回饋。發(fā)電狀態(tài)和電動(dòng)狀態(tài)是通過軟件來實(shí)現(xiàn)切換的。其勵(lì)磁過程是可控的，但續(xù)流（發(fā)電）過程不可控。采用電流斬波控制來調(diào)節(jié)勵(lì)磁階段的勵(lì)磁電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)對發(fā)電過程的控制。電動(dòng)過程采用電壓斬波控制，以調(diào)節(jié)電樞平均電壓從而實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。雙向控制系統(tǒng)總體方案框圖

返回電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁4.5永磁同步電動(dòng)機(jī)4.5.1永磁電動(dòng)機(jī)的分類4.5.2永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)4.5.3永磁同步電動(dòng)機(jī)的性能特點(diǎn)4.5.4永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁永磁直流電動(dòng)機(jī)永磁同步電動(dòng)機(jī)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)永磁混合式電動(dòng)機(jī)4.5.1永磁電動(dòng)機(jī)的分類電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁1.內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)4.5.2

永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

內(nèi)置式永磁同步電動(dòng)機(jī)按永磁體磁化方向可分為徑向式、切向式和混合式三種。電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

第57

頁2.外置式永磁同步電動(dòng)機(jī)4.5.2

永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

外置式永磁同步電動(dòng)機(jī)根據(jù)永磁體是否嵌入轉(zhuǎn)子鐵心中，可以分為面貼式和插入式兩種電動(dòng)機(jī)。永磁體永磁體轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁永磁同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)大、效率高、功率密度大，是一種比較理想的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。但正由于電磁結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)子勵(lì)磁不能隨意改變，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)弱磁困難，調(diào)速特性不如直流電動(dòng)機(jī)。由于永磁電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上無繞組、無銅耗、磁通量小，在低負(fù)荷時(shí)鐵損很小，因此，永磁電動(dòng)機(jī)具有較高的“功率/質(zhì)量”比。比其它類型的電動(dòng)機(jī)有更高頻率、更大輸出轉(zhuǎn)矩。由于永磁電動(dòng)機(jī)的磁場產(chǎn)生恒定的磁通量，隨著電流量的增加，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電流成正比增加，同時(shí)電壓也隨之增加。4.5.3

永磁同步電動(dòng)機(jī)的性能特點(diǎn)電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁永磁同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性無刷同步電動(dòng)機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩區(qū)比較長，一直延伸到電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速的50%處左右，這對提高汽車的低速動(dòng)力性能有很大幫助，電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速較高，能達(dá)到10000r/min。永磁無刷同步電動(dòng)機(jī)功率密度高、調(diào)速性能好、在寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行效率高（90～95）%，是理想的新能源汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)之一。4.5.3

永磁同步電動(dòng)機(jī)的性能特點(diǎn)電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁永磁同步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁1.矢量控制以轉(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的兩個(gè)分量，一個(gè)與磁鏈同方向，代表定子電流勵(lì)磁分量，另一個(gè)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，獲得與直流電動(dòng)機(jī)一樣良好的動(dòng)態(tài)特性。因其控制結(jié)構(gòu)簡單，控制軟件容易實(shí)現(xiàn)，已被廣泛應(yīng)用到調(diào)速系統(tǒng)中。4.5.4

永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁1.矢量控制由于永磁同步電動(dòng)機(jī)輸出電磁轉(zhuǎn)矩對應(yīng)多個(gè)不同的交、直軸電流組合，不同組合對應(yīng)著不同的系統(tǒng)效率、功率因數(shù)以及轉(zhuǎn)矩輸出能力，因此永磁同步電動(dòng)機(jī)有不同的電流控制策略。4.5.4

永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制（1）id=0控制（2）最大轉(zhuǎn)矩/電流比控制（3）弱磁控制電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁1.矢量控制矢量控制本身也存在一定的缺陷：（1）轉(zhuǎn)子磁鏈的準(zhǔn)確觀測存在一定的難度，轉(zhuǎn)子磁鏈的計(jì)算對電動(dòng)機(jī)的參數(shù)有較強(qiáng)的依賴性，因此對參數(shù)變化較為敏感。為了克服這一問題，出現(xiàn)了多種參數(shù)辨識方法，但這些方法進(jìn)一步正加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。（2）由于需要進(jìn)行解耦運(yùn)算，采用了矢量旋轉(zhuǎn)變換，系統(tǒng)計(jì)算比較復(fù)雜。4.5.4

永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁2.直接轉(zhuǎn)矩控制開關(guān)信號是由轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的給定值與反饋值的偏差經(jīng)滯環(huán)比較得到的。而轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈的給定值是由電磁轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈估算模型計(jì)算得到的。轉(zhuǎn)矩取代電流稱為受控對象，電壓矢量則是控制系統(tǒng)里唯一的輸入，直接控制轉(zhuǎn)矩和磁鏈的增加或減小，但是轉(zhuǎn)矩和磁鏈并不解耦。4.5.4

永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁P(yáng)MSM直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁3.恒壓頻比開環(huán)控制恒壓頻比開環(huán)控制的控制變量為電壓和頻率?？刂葡到y(tǒng)將參考電壓和頻率輸入到實(shí)現(xiàn)控制策略的調(diào)整器中，最后由逆變器產(chǎn)生一個(gè)交變的正弦電壓施加在電動(dòng)機(jī)的定子繞組上，使之運(yùn)行在指定的電壓和參考頻率下。按照這種控制策略進(jìn)行控制，使供電電壓的基波幅值隨著速度指令成比例的線性增長，從而保持定子磁通的近似恒定。恒壓頻比開環(huán)控制策略簡單，易于實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)速通過電源頻率進(jìn)行控制，不存在異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差和轉(zhuǎn)差補(bǔ)償問題。只用于對調(diào)速性能要求一般的通用變頻器上。4.5.4

永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制返回電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁4.6其它電動(dòng)機(jī)4.6.1輪轂電動(dòng)機(jī)4.6.2交流勵(lì)磁記憶電動(dòng)機(jī)4.6.3外轉(zhuǎn)子型雙勵(lì)磁永磁無刷電動(dòng)機(jī)電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁1.輪轂電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式輪轂電動(dòng)機(jī)全稱永磁輪轂同步電動(dòng)機(jī)，是永磁同步電動(dòng)機(jī)的一種特殊結(jié)構(gòu)，它把電動(dòng)機(jī)安裝在輪輞內(nèi)，構(gòu)成電動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)汽車行駛。輪轂電動(dòng)機(jī)使用時(shí)可分為減速驅(qū)動(dòng)和直接驅(qū)動(dòng)兩大類。在減速驅(qū)動(dòng)方式下，電動(dòng)機(jī)一般在高速下運(yùn)行，而且對電動(dòng)機(jī)的其他性能沒有特殊要求，因此可選用普通的內(nèi)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)。減速機(jī)構(gòu)放置在電動(dòng)機(jī)和車輪之間，起減速和增加轉(zhuǎn)矩的作用。在直接驅(qū)動(dòng)方式下，電動(dòng)機(jī)多采用外轉(zhuǎn)子（即直接將轉(zhuǎn)子安裝在輪轂上）。為了是汽車能順利起步，要求電動(dòng)機(jī)在低速時(shí)能提供大的轉(zhuǎn)矩。此外，為了使汽車能夠有較好的動(dòng)力性，電動(dòng)機(jī)需具有較寬的調(diào)速范圍。4.6.1輪轂電動(dòng)機(jī)電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁2.輪轂電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)（1）動(dòng)力控制由硬連接改為軟連接形式。（2）各電動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力直接獨(dú)立可控，使其動(dòng)力學(xué)控制更為靈活、方便；合理控制各電動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力，從而提高惡劣路面條件下的行駛性能。（3）容易實(shí)現(xiàn)各電動(dòng)輪的電氣制動(dòng)、機(jī)電復(fù)合制動(dòng)和制動(dòng)能量反饋。（4）底架結(jié)構(gòu)大為簡化，使整車總布置和車身造型設(shè)計(jì)的自由度增加。（5）若在采用輪轂電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的四輪電動(dòng)汽車上導(dǎo)入線控四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車輛轉(zhuǎn)向行駛高性能化。4.6.1輪轂電動(dòng)機(jī)電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁記憶電動(dòng)機(jī)又稱為磁通可控永磁電動(dòng)機(jī)，由德國的VladoOstovic在2001年最早提出。他所提出的記憶電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，既能做成變磁通形式的，又能做成變極數(shù)形式的。在這兩種電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中，通過在短時(shí)間內(nèi)通過電動(dòng)機(jī)定子電樞繞組中的充、去磁脈沖電流，轉(zhuǎn)子上永磁體的磁化狀態(tài)能有效地改變并且記住，因此極大地減少了傳統(tǒng)永磁電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁時(shí)所需的持續(xù)功率損耗。4.6.2

交流勵(lì)磁記憶電動(dòng)機(jī)電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

第71

頁交流勵(lì)磁記憶電動(dòng)機(jī)電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁混合磁鋼交流勵(lì)磁記憶電動(dòng)機(jī)電動(dòng)汽車技術(shù)與原理

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頁雙勵(lì)磁永磁無刷電動(dòng)機(jī)通常是指由電勵(lì)磁和永磁體相互作用而產(chǎn)生磁場的無刷電動(dòng)機(jī)。電勵(lì)磁通常是由直流勵(lì)磁構(gòu)成，因?yàn)殡妱?lì)磁具有靈活的可調(diào)性，因此