第3章電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

1、13.1 新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特性要求新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特性要求3.2 直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)3.3 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)3.4 永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)3.5 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)第三章第三章 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)3.6 永磁直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制永磁直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制2THS IITHS II系統(tǒng)的變速驅(qū)動(dòng)橋系統(tǒng)的變速驅(qū)動(dòng)橋發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)行星齒輪行星齒輪減速機(jī)構(gòu)減速機(jī)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電氣電氣機(jī)械機(jī)械電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)功率變換器功率變換器控制器控制器機(jī)械傳動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)裝置裝置車輪車輪傳感器傳感器連接電路連接電路處

2、理器處理器43.1 新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特性要求新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特性要求驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)有換向器有換向器無換向器無換向器自勵(lì)自勵(lì)他勵(lì)他勵(lì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)永磁無刷永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)永磁混合電動(dòng)機(jī)永磁混合電動(dòng)機(jī)53.1 新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特性要求新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特性要求（1）過載能力強(qiáng)）過載能力強(qiáng) 具有具有4-5倍的過載能力從而滿足啟動(dòng)、倍的過載能力從而滿足啟動(dòng)、加速以及爬坡時(shí)對驅(qū)動(dòng)功率的要求。加速以及爬坡時(shí)對驅(qū)動(dòng)功率的要求。（2）調(diào)速范圍寬）調(diào)速范圍寬 在一般要求最高轉(zhuǎn)速達(dá)到基速的在一般要求最高轉(zhuǎn)速達(dá)到基速的4-5倍。倍

3、。（3）高比功率和效率）高比功率和效率 在一般要求高比功率，即最大功率在一般要求高比功率，即最大功率與車重之比要高；高效率，一般電機(jī)效率為與車重之比要高；高效率，一般電機(jī)效率為60-80%。（4）體積小重量輕）體積小重量輕 在一般為工業(yè)用電機(jī)的在一般為工業(yè)用電機(jī)的1/3-1/2。（5）可靠性好）可靠性好 能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作。能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作。63.1 新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特性要求新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特性要求73.1 新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特性要求新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特性要求特斯拉特斯拉P100D，三相，三相4極異步電動(dòng)機(jī)，雙電機(jī)，最大功率極異步電動(dòng)機(jī)，雙電機(jī)，最大功率568

4、kW，最高車速，最高車速250km/h，百公里加速，百公里加速2.7s。83.1 新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特性要求新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特性要求秦秦 EV300 永磁同步電機(jī)，最大功率永磁同步電機(jī)，最大功率160kW，最高車速，最高車速150km/h，百公里加，百公里加速速7.9s93.1 新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特性要求新能源汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特性要求普銳斯普銳斯 永磁同步電機(jī)，最大功率永磁同步電機(jī)，最大功率60kW，前置前驅(qū)，前置前驅(qū)103.2 直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 直流電機(jī)直流電機(jī)是實(shí)現(xiàn)直流電能與機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的是實(shí)現(xiàn)直流電能與機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)。 通常情況下同一臺直流電機(jī)，既可以

5、作為直流電通常情況下同一臺直流電機(jī)，既可以作為直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，又可以作為直流發(fā)電機(jī)。動(dòng)機(jī)運(yùn)行，又可以作為直流發(fā)電機(jī)。113.2 直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 直流電動(dòng)機(jī)主要有直流電動(dòng)機(jī)主要有定子定子和和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子組成，定子和組成，定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙稱為轉(zhuǎn)子之間的間隙稱為氣隙氣隙。123.2 直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 定子部分定子部分是主要由主磁極、機(jī)座、換向極和電是主要由主磁極、機(jī)座、換向極和電刷等構(gòu)成。刷等構(gòu)成。主磁極主磁極：其主要作用是建立主磁場。其主要作用是建立主磁場。勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組主極鐵心主極鐵心機(jī)座機(jī)座機(jī)座機(jī)座：用鑄鋼或者厚鋼板焊接而成，它既是主磁路的一部分，用鑄鋼或者厚鋼板焊

6、接而成，它既是主磁路的一部分，又是電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)框架。又是電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)框架。133.2 直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 定子部分定子部分是主要由主磁極、機(jī)座、換向極和電是主要由主磁極、機(jī)座、換向極和電刷等構(gòu)成。刷等構(gòu)成。換向極換向極：其主要作用是改善直流電動(dòng)機(jī)的換向性能，使直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行其主要作用是改善直流電動(dòng)機(jī)的換向性能，使直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生有害的火花。一般裝在兩個(gè)相鄰主磁極之間，由換向極鐵心和繞組時(shí)不產(chǎn)生有害的火花。一般裝在兩個(gè)相鄰主磁極之間，由換向極鐵心和繞組構(gòu)成，換向極的數(shù)目與主磁極數(shù)目相等。構(gòu)成，換向極的數(shù)目與主磁極數(shù)目相等。換向極鐵心換向極鐵心換向極繞組換向極繞組143.2 直流電

7、動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 定子部分定子部分是主要由主磁極、機(jī)座、換向極和電是主要由主磁極、機(jī)座、換向極和電刷裝置等構(gòu)成。刷裝置等構(gòu)成。電刷裝置電刷裝置：主要由電刷、刷握、刷桿等構(gòu)成，用于直流電的引入或引出。主要由電刷、刷握、刷桿等構(gòu)成，用于直流電的引入或引出。刷握刷握電刷電刷壓緊彈簧壓緊彈簧153.2 直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分是主要由電樞鐵心、電樞繞組、換向是主要由電樞鐵心、電樞繞組、換向器等構(gòu)成。器等構(gòu)成。電樞鐵心電樞鐵心：是主磁路的主要部分，同時(shí)用以嵌放電樞繞組。由硅鋼片沖是主磁路的主要部分，同時(shí)用以嵌放電樞繞組。由硅鋼片沖制而成的沖片疊壓而成，其固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上

8、。制而成的沖片疊壓而成，其固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。163.2 直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分是主要由電樞鐵心、電樞繞組、換向是主要由電樞鐵心、電樞繞組、換向器等構(gòu)成。器等構(gòu)成。電樞繞組電樞繞組：是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢，是直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行能量變換是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動(dòng)勢，是直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行能量變換的關(guān)鍵部件。是由銅線按一定規(guī)律繞制而成。的關(guān)鍵部件。是由銅線按一定規(guī)律繞制而成。173.2 直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分是主要由電樞鐵心、電樞繞組、換向是主要由電樞鐵心、電樞繞組、換向器等構(gòu)成。器等構(gòu)成。換向器換向器：由梯形銅排和絕緣材料等構(gòu)成，用于電樞電流的換向。由

9、梯形銅排和絕緣材料等構(gòu)成，用于電樞電流的換向。183.2 直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電磁力電磁力 F=BILabcd L為為ab間導(dǎo)線的長度間導(dǎo)線的長度轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩 T=BILDcos D為為bc間導(dǎo)線的長度，間導(dǎo)線的長度， 為線為線圈平面與磁場之間的夾角圈平面與磁場之間的夾角AB12193.2 直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)（1）他勵(lì)：直流電機(jī)的勵(lì)磁電流由其它直流電源單獨(dú)供給。如圖所示。他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞電流和負(fù)載電流相同，即：aII aIIGUfIFfU203.2 直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)（1）他勵(lì)：直流電機(jī)的勵(lì)磁電流由其它直流電源單獨(dú)供給。如圖所示。他勵(lì)直流發(fā)電機(jī)的電樞電流和負(fù)載電流相

10、同，即：aII aIIGUfIFfU（2）并勵(lì)：發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。且滿足 fIFIGUaI（3）串勵(lì)：勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足IIIfaGIaIfIFU（4）復(fù)勵(lì)：并勵(lì)和串勵(lì)兩種勵(lì)磁方式的結(jié)合。電機(jī)有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)與電樞繞組串聯(lián)，一個(gè)與電樞繞組并聯(lián)。2fIFGIaI1fIFUIGUaI1fI2fIF積復(fù)勵(lì)積復(fù)勵(lì)差復(fù)勵(lì)差復(fù)勵(lì)I(lǐng)a=I+If223.2 直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)+-+-RaIameKERa為電樞回路的電阻為電樞回路的電阻VanCEe電樞旋轉(zhuǎn)時(shí),主磁場在電樞繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢簡稱為電樞電動(dòng)勢E。Ce為電機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)（電動(dòng)勢常數(shù)）為每極磁通量結(jié)論結(jié)論: :直流電

11、機(jī)的電樞電動(dòng)勢與每極的磁通量和轉(zhuǎn)速的乘積成正比。n為電樞轉(zhuǎn)速aaaIREV 當(dāng)電樞繞組中有電流流過時(shí)當(dāng)電樞繞組中有電流流過時(shí), ,在磁場內(nèi)受電磁力的作用在磁場內(nèi)受電磁力的作用, ,該力與電樞鐵心半徑之積稱為該力與電樞鐵心半徑之積稱為電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩。aMICM式中CM為結(jié)構(gòu)常數(shù)（電磁轉(zhuǎn)矩常數(shù)）eMCC55. 9 結(jié)論：結(jié)論：電磁轉(zhuǎn)矩與電樞電流和每極磁通量的乘積成正比。轉(zhuǎn)速特性（1）他勵(lì)（并勵(lì)）直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性由方程式可得aeaeaICRCVnaI0)(aIfn2MMn 從上圖中可以看出，并勵(lì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載電流變化不大，故稱為硬特性 ，這是并勵(lì)和他勵(lì)具有優(yōu)良的調(diào)速性能。 注意：并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的

12、勵(lì)磁回路不能斷開。如果斷開， =剩 ，由于剩很小，當(dāng)電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)，其轉(zhuǎn)速將急劇上升，出現(xiàn)“飛速”現(xiàn)象。（1）他勵(lì)（并勵(lì)）直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性aI0)(aIfn2MMn 從上圖中可以看出，轉(zhuǎn)矩特性是一條過原點(diǎn)的直線。轉(zhuǎn)矩特性根據(jù)轉(zhuǎn)矩表達(dá)式 ,MIa 。 aMICM1.1.直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性（1）他勵(lì)（并勵(lì)）直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 機(jī)械特性機(jī)械特性2MEaEaCCMRCVn 由此可見，隨著電磁轉(zhuǎn)矩M的增大，轉(zhuǎn)速n是一條略有下降的直線，如右圖所示。Mn00nNnNMNn（2）串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性轉(zhuǎn)速特性afIII根據(jù)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的電路特點(diǎn)，得aaaRIEU由電壓平衡方程可得：E

13、aaENCIRCUn當(dāng)磁路不飽和時(shí)， ，所以aKIKCRKICVKICIRKICVnEaaEaaEaaaEaaI0nMn M（2 2）串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性）串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性aI0nMn M 根據(jù) ，式中 ，由此可分兩種情況討論：當(dāng)磁路不飽和時(shí)， 所以 ，由此可見，轉(zhuǎn)矩特性為拋物線；當(dāng)磁路飽和時(shí)，基本不變轉(zhuǎn)矩特性為一上升的直線。 aMICM)()(afIfIfaKI2aMKICM aMICM（2 2）串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性）串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性機(jī)械特性機(jī)械特性當(dāng)磁路不飽和時(shí)， ， ，所以aKI2aMKICM KCMIMa將 代入轉(zhuǎn)速公式，可得aIbMaUKCRM

14、KCKCUKCRKICUnNEaMENEaaEN式中， ，KCKCaMEKCRbEa0)(Mfn nM調(diào)速方法調(diào)速方法 根據(jù)轉(zhuǎn)速公式 可得調(diào)速方法有三種：EaaEaCIRCVn（1）電樞回路串電阻調(diào)速）電樞回路串電阻調(diào)速 電樞回路串電阻調(diào)速的規(guī)律是：所串電阻越大，轉(zhuǎn)速越低。這種方法設(shè)備簡單，調(diào)速方便，但技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性能較差，一般不使用。 （3）勵(lì)磁調(diào)速）勵(lì)磁調(diào)速 這種方法是減小磁通，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。一般適合電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為基數(shù)以上的控制，可保持恒功率調(diào)速。 （2）調(diào)壓調(diào)速）調(diào)壓調(diào)速 其基本規(guī)律是：電壓與轉(zhuǎn)速成正比。只適合電動(dòng)機(jī)基速以下的轉(zhuǎn)速控制，可保持轉(zhuǎn)矩不不變。EaaENCIRCUn轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩

15、功率功率基速基速電壓電壓勵(lì)磁勵(lì)磁直流斬波電路（直流斬波電路（DC ChopperDC Chopper）將直流電壓變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電壓。將直流電壓變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電壓。也稱為也稱為直流直流-直流直流變換器（變換器（DC/DC ConverterDC/DC Converter）。）。 通過周期地快速通、斷，把恒定直流電壓斬成一系列通過周期地快速通、斷，把恒定直流電壓斬成一系列的脈沖電壓，改變這一脈沖列的的脈沖電壓，改變這一脈沖列的脈沖寬度或頻率脈沖寬度或頻率及可以及可以實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)輸出電壓平均值輸出電壓平均值的調(diào)節(jié)。的調(diào)節(jié)。3.2.3 直流電動(dòng)機(jī)斬波控制直流電動(dòng)機(jī)斬波控

16、制電路的類型電路的類型6 6種基本斬波電路種基本斬波電路：降壓斬波電路降壓斬波電路、升壓斬波電路升壓斬波電路、 升降壓斬波電路、升降壓斬波電路、CukCuk斬波電路、斬波電路、SepicSepic斬波電路和斬波電路和ZetaZeta斬波電路。斬波電路。直流斬波電路（直流斬波電路（DC ChopperDC Chopper）將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電。也稱為也稱為直流直流-直流直流變換器（變換器（DC/DC ConverterDC/DC Converter）。）。一般指一般指直接直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，不包括直流將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?/p>

17、，不包括直流交交流流直流直流。 電路種類6種基本斬波電路：降壓斬波電路降壓斬波電路、升壓斬波電路升壓斬波電路、 升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路。復(fù)合斬波電路不同結(jié)構(gòu)基本斬波電路組合。多相多重?cái)夭娐废嗤Y(jié)構(gòu)基本斬波電路組合。3.2.3 直流電動(dòng)機(jī)斬波控制直流電動(dòng)機(jī)斬波控制電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu) 降壓斬波電路（降壓斬波電路（Buck Chopper) 電感、電容電感、電容：使電路中的電流、電壓連續(xù)且脈：使電路中的電流、電壓連續(xù)且脈動(dòng)小，即為濾波作用。動(dòng)小，即為濾波作用。 全控型器件全控型器件 IGBT續(xù)流二極管續(xù)流二極管負(fù)載負(fù)載出現(xiàn)出現(xiàn)的反的反電動(dòng)電動(dòng)勢勢GCEC

18、RU0+-Ui3.2.3 直流電動(dòng)機(jī)斬波控制直流電動(dòng)機(jī)斬波控制IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)絕緣柵雙極型晶體管：絕緣柵雙極型晶體管：（1） 一般僅作為一般僅作為開關(guān)開關(guān)來使用，來使用，不具有電路放大的作用。不具有電路放大的作用。（2）適用于電壓）適用于電壓600V以上的以上的變流系統(tǒng)，即變流系統(tǒng)，即高壓開關(guān)高壓開關(guān)。（3）驅(qū)動(dòng)電壓一般大于）驅(qū)動(dòng)電壓一般大于6V，在在12-15V之間。之間。柵極柵極集電極集電極發(fā)射集發(fā)射集EV+-MRLVDioEMuoiGtttOOOb)b)電流連續(xù)時(shí)的波形電流連續(xù)時(shí)的波形TEiGtontoffioi1i2I10

19、I20t1uoa) 電路圖電路圖工作原理t=0時(shí)刻驅(qū)動(dòng)V導(dǎo)通，電源E向負(fù)載供電，負(fù)載電壓uo=ui，負(fù)載電流io按指數(shù)曲線上升。t=t1時(shí)控制V關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，負(fù)載電壓uo近似為零，負(fù)載電流呈指數(shù)曲線下降。Uoui負(fù)載電壓平均值：t tononVV通的時(shí)間通的時(shí)間 t toffoffVV斷的時(shí)間斷的時(shí)間 a-a-導(dǎo)通占空比導(dǎo)通占空比iiiUUTtUtttUonoffonono總結(jié)：總結(jié)：通過導(dǎo)通比在通過導(dǎo)通比在0-10-1之間控制，負(fù)載電壓可以之間控制，負(fù)載電壓可以從從0-Ui0-Ui之間變化，從而將一固定電壓的直流電源變之間變化，從而將一固定電壓的直流電源變?yōu)榭勺兊闹绷麟妷?。為可變的?/p>

20、流電壓。斬波電路控制方式斬波電路控制方式時(shí)間比率控制（時(shí)間比率控制（TRCTRC）（1 1）固定頻率：）固定頻率：T T不變，變不變，變t ton on 脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制（PWMPWM）。）。（2 2）變頻：）變頻：t tonon不變，變不變，變T T 頻率調(diào)制。頻率調(diào)制。此種方式應(yīng)用最多限流控制（限流控制（CLCCLC） 通過將負(fù)載電流在特定的最大值和最小值之間來間接控制。通過將負(fù)載電流在特定的最大值和最小值之間來間接控制。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到設(shè)定的最大值時(shí)，開關(guān)切斷負(fù)載與電源的連接，當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到設(shè)定的最大值時(shí)，開關(guān)切斷負(fù)載與電源的連接，而當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到設(shè)定的最小值時(shí)，開關(guān)重新將負(fù)載與電

21、源連接而當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到設(shè)定的最小值時(shí)，開關(guān)重新將負(fù)載與電源連接。實(shí)際上是一種。實(shí)際上是一種變頻變脈寬調(diào)制變頻變脈寬調(diào)制?？偨Y(jié)：總結(jié)：（1 1）電路中存在諧波成分，電路中有）電路中存在諧波成分，電路中有LCLC濾波器，一般工濾波器，一般工作在高頻下。作在高頻下。（2 2）僅能提供正電壓和正電流，為單象限斬波器，即在）僅能提供正電壓和正電流，為單象限斬波器，即在第一象限正轉(zhuǎn)速、正轉(zhuǎn)矩的情況下，進(jìn)行電機(jī)控制。第一象限正轉(zhuǎn)速、正轉(zhuǎn)矩的情況下，進(jìn)行電機(jī)控制。例：在降壓斬波電路中，已知例：在降壓斬波電路中，已知Ui=200V，R=10，L極大，極大，T=50us，Ton=20us，計(jì)算輸出電壓平均值，計(jì)算

22、輸出電壓平均值Uo，輸出電路平均值。，輸出電路平均值。S導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，L儲(chǔ)能；電容給負(fù)載供電；儲(chǔ)能；電容給負(fù)載供電；S關(guān)斷時(shí)，關(guān)斷時(shí)，L釋放能量，電源與釋放能量，電源與UL一起給電容充電，并給負(fù)載供電。一起給電容充電，并給負(fù)載供電。 升壓斬波電路升壓斬波電路（Boost Chopper） 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)Sg000iLiSoUtttontofftt0uSt0t1t20tiodiVDoiSSuLCRLidUoUVisVoVSisSab假設(shè)電容假設(shè)電容C的電容量足夠大，從而使的電容量足夠大，從而使負(fù)載端電壓負(fù)載端電壓V0保持保持不變：不變：升壓斬波電路之所以能夠升升壓斬波電路之所以能夠升壓壓的原

23、因的原因：一是電感：一是電感L儲(chǔ)能之儲(chǔ)能之后具有使電壓泵升的作用，后具有使電壓泵升的作用，二是電容二是電容C可將輸出電壓保持可將輸出電壓保持住。住。Sg000iLiSoUtttontofftt0uSt0t1t20tiodiVDoiSSuLCRLidUoUVisVoVSisSab1100VdtvTVTababTiiLssLdiTdtdtdiLTV001111端點(diǎn)端點(diǎn)a,ba,b間的平均電壓間的平均電壓電感電感L L上的平均電壓上的平均電壓電源電壓電源電壓 110VV例：在升壓斬波電路中，已知例：在升壓斬波電路中，已知Vi=50V，R=20，L和和C極大，極大，T=40us，Ton=25us，計(jì)算

24、輸出電壓平均，計(jì)算輸出電壓平均值值Vo，輸出電路平均值。，輸出電路平均值。3.2.4 斬波饋電直流電動(dòng)機(jī)多象限控制斬波饋電直流電動(dòng)機(jī)多象限控制wT正轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)制動(dòng)，正轉(zhuǎn)制動(dòng)，發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)反轉(zhuǎn)制動(dòng)，反轉(zhuǎn)制動(dòng)，發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)機(jī)電動(dòng)機(jī)機(jī)正轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)再生制動(dòng)的兩象限控制正轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)再生制動(dòng)的兩象限控制1 1）含換向開關(guān)的單個(gè)斬波器）含換向開關(guān)的單個(gè)斬波器正轉(zhuǎn)：正轉(zhuǎn)：u C閉合，閉合，S周期性閉合打開周期性閉合打開正轉(zhuǎn)制動(dòng)：正轉(zhuǎn)制動(dòng)：u C打開，打開，S閉合，閉合，RS換向換向電樞電樞開關(guān)開關(guān)VD1電樞電樞電樞電樞VD2VVD1電樞電樞u C打開，打開，S打開，打開，RS換向

25、換向VD2VVD1正轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)再生制動(dòng)的兩象限控制正轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)再生制動(dòng)的兩象限控制2 2）C C型兩象限斬波器型兩象限斬波器電路結(jié)構(gòu)：電路結(jié)構(gòu)：iaS1S2VV0isuV1和和VD1構(gòu)成斬波電路，構(gòu)成斬波電路，電動(dòng)機(jī)為正轉(zhuǎn)運(yùn)行（電動(dòng)）電動(dòng)機(jī)為正轉(zhuǎn)運(yùn)行（電動(dòng)）uV2和和VD2構(gòu)成斬波電路，構(gòu)成斬波電路，電動(dòng)機(jī)作再生制動(dòng)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)作再生制動(dòng)運(yùn)行工作過程：工作過程：u兩種工作情況：正轉(zhuǎn)和制兩種工作情況：正轉(zhuǎn)和制動(dòng)動(dòng)u第三種：一個(gè)周期內(nèi)交替第三種：一個(gè)周期內(nèi)交替正轉(zhuǎn)和制動(dòng)。正轉(zhuǎn)和制動(dòng)。四象限運(yùn)行四象限運(yùn)行電路結(jié)構(gòu)：電路結(jié)構(gòu)：u橋式可逆斬波電路：橋式可逆斬波電路： 將兩個(gè)將兩個(gè)C型斬波器組合起來，分別提供正

26、向和型斬波器組合起來，分別提供正向和反向電壓。反向電壓。工作過程：工作過程：uV4閉合：閉合：V1、VD1和和V2、VD2提供正電壓提供正電壓uV2閉合：閉合：V3、VD3和和V4、VD4提供負(fù)電壓提供負(fù)電壓483.2 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 感應(yīng)電機(jī)是由于旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組相互作用產(chǎn)感應(yīng)電機(jī)是由于旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種交流生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種交流電機(jī)。電機(jī)。 按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分為：按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分為： 鼠籠式鼠籠式 繞線式繞線式（1）無換向器）無換向器（2） 結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、成本低、高效率。結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、成本低、高效

27、率。 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造1軸承；軸承；2前端蓋；前端蓋；3轉(zhuǎn)軸；轉(zhuǎn)軸；4接線盒；接線盒；5吊環(huán)；吊環(huán)；6定子鐵心定子鐵心7轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子；8定子繞組；定子繞組；9機(jī)座；機(jī)座；10后端蓋；后端蓋；11風(fēng)罩；風(fēng)罩；12風(fēng)扇風(fēng)扇下面是它主要部件的拆分圖。下面是它主要部件的拆分圖。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造 51 定子部分定子部分是主要外殼、定子鐵心、定子繞組等是主要外殼、定子鐵心、定子繞組等部分組成。部分組成。定子鐵心定子鐵心：異步電動(dòng)機(jī)定子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，由異步電動(dòng)機(jī)定子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，由0.35mm0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，厚表面涂有絕緣漆

28、的薄硅鋼片疊壓而成， 。外殼外殼：外殼包括機(jī)座、端蓋、軸承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。外殼包括機(jī)座、端蓋、軸承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。定子繞組定子繞組 如三相電動(dòng)機(jī)有三相繞組，如三相電動(dòng)機(jī)有三相繞組，通入三相對稱電流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生通入三相對稱電流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。三相繞組由三個(gè)彼此旋轉(zhuǎn)磁場。三相繞組由三個(gè)彼此獨(dú)立的繞組組成，且每個(gè)繞組又獨(dú)立的繞組組成，且每個(gè)繞組又由若干線圈連接而成。每個(gè)繞組由若干線圈連接而成。每個(gè)繞組即為一相，每個(gè)繞組在空間相差即為一相，每個(gè)繞組在空間相差120120電角度。電角度。 定子三相繞組的六個(gè)出線端定子三相繞組的六個(gè)出線端都引至接線盒上，首端分別標(biāo)為都引至接線盒上，首

29、端分別標(biāo)為U U1 1, V, V1 1, W, W1 1 ，末端分別標(biāo)為，末端分別標(biāo)為U U,2 ,2 V V2, 2, WW2 2 。這六個(gè)出線端在接線盒里的。這六個(gè)出線端在接線盒里的排列如圖所示，可以接成星形或排列如圖所示，可以接成星形或三角形。三角形。（a）星形連接）星形連接 （b）三角形連接三角形連接 定子繞組定子繞組54 轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分是主要由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組等構(gòu)成。是主要由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組等構(gòu)成。轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心： 是用是用0.5mm0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，套在轉(zhuǎn)軸上，作用和定子厚的硅鋼片疊壓而成，套在轉(zhuǎn)軸上，作用和定子鐵心相同，一方面作為電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，一方面用

30、來安放轉(zhuǎn)子繞組。鐵心相同，一方面作為電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，一方面用來安放轉(zhuǎn)子繞組。55 轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分是主要由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組等構(gòu)成。是主要由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組等構(gòu)成。轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組：異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組分為繞線形與籠形兩種，由此分為繞異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組分為繞線形與籠形兩種，由此分為繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)與籠形異步電動(dòng)機(jī)。在轉(zhuǎn)子鐵心的每一個(gè)槽中插入一根銅線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)與籠形異步電動(dòng)機(jī)。在轉(zhuǎn)子鐵心的每一個(gè)槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個(gè)銅環(huán)（稱為端環(huán)）把導(dǎo)條連接起來，稱為銅排轉(zhuǎn)子，條，在銅條兩端各用一個(gè)銅環(huán)（稱為端環(huán)）把導(dǎo)條連接起來，稱為銅排轉(zhuǎn)子，三相異步電動(dòng)機(jī)的基本原理n基本原理基本原

31、理在在定子定子繞組中，通入三相繞組中，通入三相交流電所產(chǎn)生的交流電所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場與與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子繞組中繞組中的的感應(yīng)電流感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生的相互作用產(chǎn)生的電磁力電磁力形成形成電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使電動(dòng)，從而使電動(dòng)機(jī)工作機(jī)工作。磁極旋轉(zhuǎn)磁極旋轉(zhuǎn)導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢感應(yīng)電動(dòng)勢vlBe導(dǎo)線長度導(dǎo)線長度磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度切割速度切割速度（右手定則）（右手定則）閉合導(dǎo)線產(chǎn)生電流閉合導(dǎo)線產(chǎn)生電流 i（左手定則）（左手定則）通電導(dǎo)線在磁場中受力通電導(dǎo)線在磁場中受力ilBFn0neiNSF1. 線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)兩者轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致兩者轉(zhuǎn)動(dòng)

32、方向一致 結(jié)論：結(jié)論：異步異步2. 線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢0nnn0neiNSf旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生ABCBC在異步機(jī)中在異步機(jī)中,旋轉(zhuǎn)磁場代替了旋轉(zhuǎn)磁極旋轉(zhuǎn)磁場代替了旋轉(zhuǎn)磁極AiBiCimIt0n()電流出電流出( )電流入電流入A240sin120sinsintIitIitIimCmBmA0tAABCBCNSAiBiCimItBiAABBCCAiCi合成磁場方向：合成磁場方向：向下向下180tABC0nABC 60tAABCBCSN0n60A120tABCBC0n同理分析，可得同理分析，可得其它電流角度下其它電流角度下的磁場方向：的磁場方向：AiBiCitmIAU1V1W1U2V2W2

33、NSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNS三相異步電動(dòng)機(jī)的同步（旋轉(zhuǎn)磁場）轉(zhuǎn)速：三相異步電動(dòng)機(jī)的同步（旋轉(zhuǎn)磁場）轉(zhuǎn)速：分）轉(zhuǎn)/( 600pfn 2p180分）轉(zhuǎn)/( 50011p360分）轉(zhuǎn)/( 0003極對數(shù)極對數(shù)每個(gè)電流周期每個(gè)電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速)50(Hzf 0n3p120分）轉(zhuǎn)/( 0001電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速:n電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致， 但但 異步異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)0n

34、n%10000nnnsS S轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之差為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之差 即：即：)1 (60spfn電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)速方法：調(diào)速方法：1 1 改變異步電機(jī)定子繞組的極對數(shù)改變異步電機(jī)定子繞組的極對數(shù)P P，以改變定，以改變定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，即變極調(diào)速（不能均勻調(diào)速）。子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，即變極調(diào)速（不能均勻調(diào)速）。2 2 改變電動(dòng)機(jī)所接電源的頻率以改變轉(zhuǎn)速，即變改變電動(dòng)機(jī)所接電源的頻率以改變轉(zhuǎn)速，即變頻調(diào)速。頻調(diào)速。3 3 改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。無轉(zhuǎn)距無轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運(yùn)動(dòng)無轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)

35、體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流無轉(zhuǎn)子電流提示提示：如果如果0nnnn0相對速度為負(fù)，感生電壓和感生電流都反向，相對速度為負(fù)，感生電壓和感生電流都反向，再生制動(dòng)再生制動(dòng)變頻調(diào)速特性基速基速圖6-2 異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速的控制特性 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速UsUsNmNm恒功率調(diào)速恒功率調(diào)速mUsnOU Us s定子相電壓；定子相電壓；f fs s定子頻率；定子頻率； f fslsl轉(zhuǎn)差頻率；轉(zhuǎn)差頻率；I Is s、I Ir r、I Im m分別為定子電流、折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子電分別為定子電流、折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子電流和勵(lì)磁電流；流和勵(lì)磁電流； E Eg g感應(yīng)電動(dòng)勢；感應(yīng)

36、電動(dòng)勢；ss轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)差率，s=fs=fslsl/f/fs s；3.3.2 穩(wěn)態(tài)性能穩(wěn)態(tài)性能一相等效電路一相等效電路R Rs s、X Xlsls定子定子繞組電阻和漏抗；繞組電阻和漏抗；R Rr r、X Xlrlr折算到定子側(cè)的折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子繞組電阻和漏抗；繞組電阻和漏抗； R Rm m、X Xm m激磁激磁電阻和電抗。電阻和電抗。 其中，其中，U Us s、I Is s是可檢測的外部輸入量，是可檢測的外部輸入量，E Eg g、E Er r、I Ir r是不是不可檢測的內(nèi)部物理量，可檢測的內(nèi)部物理量，s s是決定負(fù)載轉(zhuǎn)矩和各種控制方式是決定負(fù)載轉(zhuǎn)矩和各種控制方式的調(diào)節(jié)變量。的調(diào)節(jié)變量。

37、定子每相電動(dòng)勢定子每相電動(dòng)勢mNssgSkNfE44. 4 氣隙磁通在定子每相中感應(yīng)電動(dòng)勢的有 效值(V)； gE定子頻率(Hz)； sf定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)； sN定子基波繞組系數(shù)； Nsk每極氣隙磁通量(Wb)。 m 在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)，希望保持電機(jī)中每極磁通量在進(jìn)行電機(jī)調(diào)速時(shí)，希望保持電機(jī)中每極磁通量 m m 為額定值不變?yōu)轭~定值不變。 n 如果磁通如果磁通太弱太弱，沒有充分利用電機(jī)的鐵心，是一，沒有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；種浪費(fèi)；n 如果如果過分增大磁通過分增大磁通，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致，又會(huì)使鐵心飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電機(jī)過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重

38、時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電機(jī)在基速以下的變頻調(diào)速：在基速以下的變頻調(diào)速：3.3.3 恒壓頻比控制恒壓頻比控制 msEmsNssgfCfkNE44. 4sEgmfCE得：得： 恒壓頻比的控制方式（基速以下）恒壓頻比的控制方式（基速以下） 感應(yīng)電動(dòng)勢是難以直接控制的，當(dāng)電動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)勢是難以直接控制的，當(dāng)電動(dòng)勢值較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗勢值較高時(shí)，可以忽略定子繞組的漏磁阻抗壓降，而認(rèn)為定子相電壓壓降，而認(rèn)為定子相電壓 ，則 這是恒壓頻比的控制方式這是恒壓頻比的控制方式gsEU 常值1fUs 2222)()(2lrlsrsrssspeXXsRsRRsffUmnT）（變頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式變

39、頻調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式當(dāng)當(dāng)s s很小（很?。╯ s0.050.05）時(shí)）時(shí)sslrssspesffRffUmnT122）（ 在上述恒壓頻運(yùn)行過程中，隨著頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速的上在上述恒壓頻運(yùn)行過程中，隨著頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，定子電壓也相應(yīng)提高，電動(dòng)機(jī)的輸出功率增大。當(dāng)頻升，定子電壓也相應(yīng)提高，電動(dòng)機(jī)的輸出功率增大。當(dāng)頻率上升到基準(zhǔn)頻率后，定子電壓的提高受到變頻器最大輸率上升到基準(zhǔn)頻率后，定子電壓的提高受到變頻器最大輸出電壓和電機(jī)額定電壓的限制，不能進(jìn)一步提高。出電壓和電機(jī)額定電壓的限制，不能進(jìn)一步提高。 因此當(dāng)電機(jī)運(yùn)行于因此當(dāng)電機(jī)運(yùn)行于高于基頻的速度時(shí)，只能保持定子高于基頻的速度時(shí)，只能保持定

40、子電壓不變。電壓不變。此后電動(dòng)機(jī)將運(yùn)行于磁場被削弱的工況下此后電動(dòng)機(jī)將運(yùn)行于磁場被削弱的工況下( (弱磁弱磁控制控制) )，最大轉(zhuǎn)矩也隨著頻率的增加而減小。，最大轉(zhuǎn)矩也隨著頻率的增加而減小。弱磁控制（用于基頻以上的變頻調(diào)速）弱磁控制（用于基頻以上的變頻調(diào)速）mNssgSkNfE44. 42222)()(2lrlsrrssspeXXsRRsffUmnT）（弱磁控制時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩弱磁控制時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)矩(1)(1)恒功率區(qū)恒功率區(qū)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：當(dāng)當(dāng)s s很小時(shí)轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)差頻率成正比，與定子頻率的平很小時(shí)轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)差頻率成正比，與定子頻率的平方成反比。方成反比。 ssrssspesffRf

41、fUmnT1122）（當(dāng)當(dāng)s s很?。ê苄。╯ s0.050.05）時(shí)）時(shí)sslsseslssspeffKUfTffUfmnT222得恒功率運(yùn)行條件：得恒功率運(yùn)行條件：.2constffUssls恒功運(yùn)行條件推導(dǎo)：恒功運(yùn)行條件推導(dǎo)：即：轉(zhuǎn)差頻率與定子頻率線性增加。即：轉(zhuǎn)差頻率與定子頻率線性增加。功率功率P 弱磁控制控制弱磁控制控制(2)(2)自然特性控制自然特性控制.constfconstUslsUsTefslfssslsseslssspeffKUfTffUfmnT222 在高速區(qū)域范圍內(nèi)，超出恒功率區(qū)，當(dāng)轉(zhuǎn)差頻率達(dá)在高速區(qū)域范圍內(nèi)，超出恒功率區(qū)，當(dāng)轉(zhuǎn)差頻率達(dá)到極限值時(shí)，電機(jī)的輸出功率下降。到

42、極限值時(shí)，電機(jī)的輸出功率下降。 列車變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性列車變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性: :通常，電力牽引運(yùn)行可分為如下通常，電力牽引運(yùn)行可分為如下3個(gè)運(yùn)行調(diào)節(jié)區(qū)：個(gè)運(yùn)行調(diào)節(jié)區(qū)： 起動(dòng)加速區(qū)（一般為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)）；起動(dòng)加速區(qū)（一般為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)）； 恒功率運(yùn)行區(qū)恒功率運(yùn)行區(qū) 高速區(qū)（一般為自然特性區(qū)）高速區(qū)（一般為自然特性區(qū)）f fb bf fmcmcf fs s0 0轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩T Te e 定子電壓定子電壓U Us s 轉(zhuǎn)差頻率轉(zhuǎn)差頻率f fslslTe1 1fs1 1fs2Te恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩恒功恒功自然特性自然特性變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性變頻調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性(運(yùn)行特性運(yùn)行特性)功率功率P P 基頻以下基

43、頻以下恒轉(zhuǎn)矩區(qū)恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，轉(zhuǎn)差頻率保持恒定，定子電壓隨定，轉(zhuǎn)差頻率保持恒定，定子電壓隨定子頻率的增加而增加，維持磁通恒定；子頻率的增加而增加，維持磁通恒定； 基頻以上基頻以上恒功區(qū)恒功區(qū)，定子電壓保持額定，轉(zhuǎn)差頻率隨定子，定子電壓保持額定，轉(zhuǎn)差頻率隨定子頻率線性增加；頻率線性增加； 基頻以上基頻以上高速區(qū)高速區(qū)，定子電壓保持額定、轉(zhuǎn)差頻率保持，定子電壓保持額定、轉(zhuǎn)差頻率保持最大值，功率下降。最大值，功率下降?？偨Y(jié)：總結(jié)：作業(yè)：1 根據(jù)根據(jù)C型兩象斬波器，分別描述直流電機(jī)正轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)制型兩象斬波器，分別描述直流電機(jī)正轉(zhuǎn)和正轉(zhuǎn)制動(dòng)的電路工作方式。動(dòng)的電路工作方式。2 對于感應(yīng)電機(jī)，在基速以下變頻調(diào)速時(shí)

44、，為什么要對電對于感應(yīng)電機(jī)，在基速以下變頻調(diào)速時(shí)，為什么要對電機(jī)的定子電壓和頻率進(jìn)行協(xié)調(diào)控。機(jī)的定子電壓和頻率進(jìn)行協(xié)調(diào)控。3 對于感應(yīng)電機(jī)在恒功率區(qū)為什么會(huì)出現(xiàn)弱磁現(xiàn)象。對于感應(yīng)電機(jī)在恒功率區(qū)為什么會(huì)出現(xiàn)弱磁現(xiàn)象。3.3.4 電力電子控制電力電子控制 作為電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力，作為電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車的動(dòng)力，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)通常由一直流電源供電，該電源的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)通常由一直流電源供電，該電源的端電壓近似為恒定值。端電壓近似為恒定值。 因此，需要為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)配置一個(gè)可變頻因此，需要為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)配置一個(gè)可變頻率和電壓的率和電壓的DC/ACDC/AC逆變器。逆變器。三相橋式PWM逆變器主

45、電路原理圖調(diào)制電路V1V2V3V4VD1VD2VD3VD4ucV6VD6V5VD5VUWNNC+C+urUurVurW2Ud2UdVT1VT4VT3VT6VT5VT2AVBVCVtmV正弦正弦PWM：nPWM(Pulse Width Modulation)PWM(Pulse Width Modulation) n脈寬調(diào)制技術(shù)脈寬調(diào)制技術(shù)：即通過對一系列脈沖的寬度：即通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形（含進(jìn)行調(diào)制，來等效的獲得所需要的波形（含形狀和幅值形狀和幅值) )。若要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。OutSPWM波OutOut重要理論基礎(chǔ)：重要理

46、論基礎(chǔ)：面積等效原理面積等效原理OtUd-Ud對于正弦波的負(fù)半周，采取同樣的方法，得到PWM波形，因此正弦波一個(gè)完整周期的等效PWM波為：OtUd-Ud根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等效為下圖中的PWM波，而且這種方式在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛。PWM調(diào)制原理 期望波形期望波形：逆變器的期望輸出波形為正弦波作為逆變器輸出的期望波形， 載波載波：頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波（Carrier wave）， 調(diào)制波調(diào)制波：并用頻率和期望波相同的正弦波作為調(diào)制波（Modulation wave）。 當(dāng)調(diào)制波與載波相交時(shí)，由它們的交點(diǎn)確定逆變器開關(guān)器件的通斷時(shí)刻，從而獲得在正弦調(diào)制波的半個(gè)周期內(nèi)呈兩邊

47、窄中間寬的一系列等幅不等寬的矩形波。SPWM模擬實(shí)現(xiàn)三相對稱的參考正弦電壓調(diào)制信號 、 、 由正弦波發(fā)生器產(chǎn)生,其頻率和幅值都是可調(diào)的。三角載波信號 由三角波發(fā)生器提供，三相共用。分別與每相調(diào)制信號通過比較器進(jìn)行比較，輸出SPWM脈沖序列波，作為逆變器開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號。 curUurburcu正弦波發(fā)生器三角波發(fā)生器cauccucbutriu驅(qū)動(dòng)開關(guān)器件(SPWM波)raurburcucu計(jì)算法和調(diào)制法計(jì)算法和調(diào)制法圖圖7-7 三相橋式三相橋式PWM型逆變電路型逆變電路 圖圖7-8 三相橋式三相橋式PWM逆變電路波形逆變電路波形 三相橋式三相橋式PWM逆變電路（調(diào)制逆變電路（調(diào)制法）法） 采

48、用雙極性控制方式。采用雙極性控制方式。 U、V和和W三相的三相的PWM控制通控制通常公用一個(gè)三角波載波常公用一個(gè)三角波載波uc，三相的，三相的調(diào)制信號調(diào)制信號urU、urV和和urW依次相差依次相差120。 電路工作過程（電路工作過程（U U相為例）相為例） 當(dāng)當(dāng)u urUrUuuc c時(shí)，上橋臂時(shí)，上橋臂V V1 1導(dǎo)通，下橋臂導(dǎo)通，下橋臂V V4 4關(guān)斷關(guān)斷，則，則U U相相對于直流電源假想中點(diǎn)相相對于直流電源假想中點(diǎn)NN的輸出的輸出電壓電壓u uUNUN=U=Ud d/2/2。 當(dāng)當(dāng)u urUrUuuc c時(shí)，時(shí)，V V4 4導(dǎo)通，導(dǎo)通，V V1 1關(guān)斷，則關(guān)斷，則u uUNUN=-=-

49、U Ud d/2/2。 V V1 1和和V V4 4的驅(qū)動(dòng)信號始終是互補(bǔ)的。的驅(qū)動(dòng)信號始終是互補(bǔ)的。 當(dāng)給當(dāng)給V V1 1(V(V4 4) )加導(dǎo)通信號時(shí)，可能是加導(dǎo)通信號時(shí)，可能是V V1 1(V(V4 4) )導(dǎo)導(dǎo)通，也可能是二極管通，也可能是二極管VDVD1 1(VD(VD4 4) )續(xù)流導(dǎo)通，這要續(xù)流導(dǎo)通，這要由阻感負(fù)載中電流的方向來決定。由阻感負(fù)載中電流的方向來決定。 u uUNUN、u uVNVN和和u uWNWN的的PWMPWM波形都只有波形都只有U Ud d/2/2兩種電平兩種電平。 三相橋式三相橋式PWM型逆變電路型逆變電路 三相橋式三相橋式PWM逆變電路波形逆變電路波形 三

50、相橋式三相橋式PWM型逆變電路型逆變電路 三相橋式三相橋式PWM逆變電路波形逆變電路波形 輸出線電壓輸出線電壓PWM波由波由Ud和和0三種電平構(gòu)成。三種電平構(gòu)成。 當(dāng)臂當(dāng)臂1和和6導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，uUV=Ud。 當(dāng)臂當(dāng)臂3和和4導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，uUV=Ud。 當(dāng)臂當(dāng)臂1和和3或臂或臂4和和6導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，uUV=0。 負(fù)載相電壓負(fù)載相電壓uUN可由下式求得可由下式求得 3WNVNUNUNUNuuuuu負(fù)載相電壓的負(fù)載相電壓的PWM波由波由(2/3)Ud、(1/3)Ud和和0共共5種電平組成。種電平組成。 為了防止上下兩個(gè)臂直通而造成短路，在上下兩為了防止上下兩個(gè)臂直通而造成短路，在上下兩臂通

51、斷切換時(shí)要留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號的臂通斷切換時(shí)要留一小段上下臂都施加關(guān)斷信號的死區(qū)時(shí)間死區(qū)時(shí)間。 頻率：頻率： 電動(dòng)機(jī)端電壓的基波頻率與正弦波基準(zhǔn)電壓的頻電動(dòng)機(jī)端電壓的基波頻率與正弦波基準(zhǔn)電壓的頻率相同，所以通過調(diào)整正弦波的頻率從而改變電動(dòng)率相同，所以通過調(diào)整正弦波的頻率從而改變電動(dòng)機(jī)端電壓的頻率。機(jī)端電壓的頻率。電壓：電壓： 正弦波與三角載波的幅值比正弦波與三角載波的幅值比m稱作調(diào)制指數(shù)。稱作調(diào)制指數(shù)。mAAm 22dfmUU問題的提出問題的提出 直流電動(dòng)機(jī)雖然具有優(yōu)良的直流電動(dòng)機(jī)雖然具有優(yōu)良的調(diào)速調(diào)速和和起動(dòng)特性起動(dòng)特性，但，但由于存在電刷和換向器，需要經(jīng)常性維護(hù)，并且會(huì)由于存在電刷

52、和換向器，需要經(jīng)常性維護(hù)，并且會(huì)產(chǎn)生火花和電磁干擾，限制了它的應(yīng)用范圍。產(chǎn)生火花和電磁干擾，限制了它的應(yīng)用范圍。 近年發(fā)展起來的無刷直流電動(dòng)機(jī)就是為了克服換近年發(fā)展起來的無刷直流電動(dòng)機(jī)就是為了克服換向器和電刷的滑動(dòng)接觸而發(fā)展起來的新型直流電動(dòng)向器和電刷的滑動(dòng)接觸而發(fā)展起來的新型直流電動(dòng)機(jī)。機(jī)。3.4 永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)有刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理有刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理磁極靜止，電樞旋轉(zhuǎn)磁極靜止，電樞旋轉(zhuǎn) f=IBl f=IBla a，這個(gè)力形成，這個(gè)力形成電磁轉(zhuǎn)矩；電磁轉(zhuǎn)矩；根據(jù)左手定則，線圈根據(jù)左手定則，線圈在這個(gè)轉(zhuǎn)矩作用下將在這個(gè)轉(zhuǎn)矩作用下將按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)；按逆時(shí)針方

53、向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)載流導(dǎo)體轉(zhuǎn)過當(dāng)載流導(dǎo)體轉(zhuǎn)過180180度后，借助電刷度后，借助電刷- -換換向片改變導(dǎo)體中電流向片改變導(dǎo)體中電流方向。方向。無刷直流電動(dòng)機(jī)原理無刷直流電動(dòng)機(jī)原理電樞靜止，磁極旋轉(zhuǎn)，且電樞靜止，磁極旋轉(zhuǎn)，且磁極為永久磁鐵。磁極為永久磁鐵。電樞繞組中電流的換向是電樞繞組中電流的換向是借助于轉(zhuǎn)子位置傳感器和借助于轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子開關(guān)線路來實(shí)現(xiàn)的；電子開關(guān)線路來實(shí)現(xiàn)的；所以，無刷直流電動(dòng)機(jī)一所以，無刷直流電動(dòng)機(jī)一般都是由般都是由電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)、位置傳位置傳感器感器和和電子開關(guān)線路電子開關(guān)線路三部三部分組成。分組成。無刷直流電動(dòng)機(jī)原理圖無刷直流電動(dòng)機(jī)原理圖定子繞組定子繞組永磁體永磁體傳動(dòng)軸傳

54、動(dòng)軸傳感器傳感器定子繞組定子繞組傳感器傳感器永磁體永磁體定子繞組定子繞組傳感器傳感器無刷直流電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖永磁體永磁體定子繞組定子繞組傳感器傳感器定子定子 定子鐵心和定子繞組，與感應(yīng)電機(jī)類似，在鐵芯定子鐵心和定子繞組，與感應(yīng)電機(jī)類似，在鐵芯中嵌入多相繞組。繞組可以接成星行或三角形，并且中嵌入多相繞組。繞組可以接成星行或三角形，并且與逆便器的各功率管相連并換相。與逆便器的各功率管相連并換相。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子（1 1）表面式安裝：構(gòu)造簡單，但是在高速時(shí)，永磁體）表面式安裝：構(gòu)造簡單，但是在高速時(shí)，永磁體可能飛離轉(zhuǎn)子?？赡茱w離轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子（2 2）嵌入式安裝：永磁體嵌入在轉(zhuǎn)子內(nèi)部，適用于高）嵌入式安裝

55、：永磁體嵌入在轉(zhuǎn)子內(nèi)部，適用于高速場合。速場合。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子（3 3）插入式安裝：每個(gè)永磁體裝配在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)部，適）插入式安裝：每個(gè)永磁體裝配在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)部，適用于高速場合。用于高速場合。永磁體永磁體 能夠長期保持磁性的磁體稱為永磁體。常用能夠長期保持磁性的磁體稱為永磁體。常用的由此材料為鋁鎳鈷系永磁合金、鐵鉻鈷系永磁的由此材料為鋁鎳鈷系永磁合金、鐵鉻鈷系永磁合金、永磁鐵氧體、稀土永磁材料和復(fù)合永磁材合金、永磁鐵氧體、稀土永磁材料和復(fù)合永磁材料。料。 稀土永磁材料（釹鐵硼、釤鈷等）為電動(dòng)汽稀土永磁材料（釹鐵硼、釤鈷等）為電動(dòng)汽車常用的永磁材料。車常用的永磁材料。n光電式位置傳感器光電式位置傳感器 利用

56、光電效應(yīng)進(jìn)行工作，由發(fā)光二極管、光敏接收元件利用光電效應(yīng)進(jìn)行工作，由發(fā)光二極管、光敏接收元件、遮光板組成。、遮光板組成。轉(zhuǎn)子位置傳感器：光電器件和霍爾器件n光電式位置傳感器光電式位置傳感器 利用光電效應(yīng)進(jìn)行工作，由發(fā)光二極管、光敏接收元件利用光電效應(yīng)進(jìn)行工作，由發(fā)光二極管、光敏接收元件、遮光板組成。、遮光板組成。 特點(diǎn)：輕便可靠，安裝精度高，調(diào)整方便，獲得廣泛的應(yīng)用。特點(diǎn)：輕便可靠，安裝精度高，調(diào)整方便，獲得廣泛的應(yīng)用。轉(zhuǎn)子位置傳感器永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的原理框圖永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的原理框圖直流電源電子開關(guān)電動(dòng)機(jī)位置傳感器 輸出CCABAB開關(guān)開關(guān)V1和和V6導(dǎo)通導(dǎo)通A相電流為正；相電流為正；B

57、相電流為負(fù)；相電流為負(fù)；C相電流為零。相電流為零。NSCCABAB開關(guān)開關(guān)V1和和V2導(dǎo)通導(dǎo)通A相電流為正；相電流為正；B相電流為零；相電流為零；C相電流為負(fù)。相電流為負(fù)。NSCCABAB開關(guān)開關(guān)V3和和V2導(dǎo)通導(dǎo)通A相電流為零；相電流為零；B相電流為正；相電流為正；C相電流為負(fù)。相電流為負(fù)。NS二相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)二相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)二相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)二相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)定子合成磁場為跳躍式旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)為定子合成磁場為跳躍式旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)為60度度，即，即1/6周期。周期。每轉(zhuǎn)每轉(zhuǎn)60度度，逆變器開關(guān)管換流一次，有，逆變器開關(guān)管換流一次，有六個(gè)六個(gè)狀態(tài)。狀態(tài)?；痉匠袒痉匠?永磁無刷直

58、流電動(dòng)機(jī)的基本物理量有：反電勢、電樞電流永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的基本物理量有：反電勢、電樞電流、電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等。它們的表達(dá)式與電機(jī)氣隙磁場分布繞、電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等。它們的表達(dá)式與電機(jī)氣隙磁場分布繞組形式密切相關(guān)。組形式密切相關(guān)。U+-+-raLaE假設(shè)條件：假設(shè)條件：（1 1）忽略電樞繞組的電感，電樞電流可以突變；）忽略電樞繞組的電感，電樞電流可以突變；（2 2）不考慮開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷動(dòng)作的過渡過程，認(rèn)）不考慮開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷動(dòng)作的過渡過程，認(rèn)為每一相電流是瞬時(shí)產(chǎn)生和關(guān)斷的。為每一相電流是瞬時(shí)產(chǎn)生和關(guān)斷的。每相繞組上的感應(yīng)電動(dòng)勢（線電勢）每相繞組上的感應(yīng)電動(dòng)勢（線電勢）eECn每個(gè)導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)有以

59、下電壓平衡方程每個(gè)導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)有以下電壓平衡方程則則電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：則則eTaTCI2. 機(jī)械特性eTeaeTCCrCUUn222機(jī)械特性曲線 調(diào)節(jié)特性曲線 1. 速度控制速度控制 通過脈寬調(diào)制（通過脈寬調(diào)制（PWM）方法改變電）方法改變電壓大小實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)。壓大小實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)。ZAXBYCnNS2. 正、反轉(zhuǎn)控制正、反轉(zhuǎn)控制有刷電機(jī)：有刷電機(jī)：改變勵(lì)磁磁場的極性或電改變勵(lì)磁磁場的極性或電樞電壓的極性。樞電壓的極性。無刷電機(jī)：無刷電機(jī)：原理相同，但因功率管的原理相同，但因功率管的單向?qū)щ娦?，不能靠簡單地改變電源單向?qū)щ娦?，不能靠簡單地改變電源電壓極性使電機(jī)反轉(zhuǎn)，而是通過改變電壓極

60、性使電機(jī)反轉(zhuǎn)，而是通過改變繞組的通電順序來改變電機(jī)轉(zhuǎn)向。繞組的通電順序來改變電機(jī)轉(zhuǎn)向。ZAXBYCnNS二相導(dǎo)通方式傳感器信號與功率管開關(guān)導(dǎo)通邏輯關(guān)系正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)H1H2H3導(dǎo)通管導(dǎo)通管H1H2H3導(dǎo)通管導(dǎo)通管101V1V2101V4V5100V2V3001V3V4110V3V4011V2V3010V4V5010V1V2011V5V6110V6V1001V6V1100V5V6永磁無刷直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)永磁無刷直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)（1）高效率：因?yàn)椴捎糜来朋w，沒有功率消耗，沒）高效率：因?yàn)椴捎糜来朋w，沒有功率消耗，沒有機(jī)械式換向器和電刷意味著機(jī)械摩擦損耗低，因此有機(jī)械式換向器和電刷意味著機(jī)械摩擦損耗低