新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)

1、 第 1 頁新能源汽車課件 第4章 電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第1頁 第 2 頁目 錄4.1 概述4.2 直流電動機(jī)4.3 無刷直流電動機(jī)4.4 異步電動機(jī)4.5 永磁同時電動機(jī)4.6 開關(guān)磁阻電動機(jī)4.7 輪轂電機(jī)新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第2頁 第 3 頁4.1 概述4.1.1 電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)組成與類型4.1.2 電動機(jī)額定指標(biāo)4.1.3 電動汽車對電動機(jī)要求4.1.4 電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展趨勢 新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第3頁 第 4 頁4.1.1 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

2、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。 新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第4頁 第 5 頁4.1.1 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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第5頁 第 6 頁4.1.2 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

3、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)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))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)情況下，電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(r/min)。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第6頁 第 7 頁4.1.3 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)運行特征要滿足電動汽車要求，在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運行時

4、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，加速性能好，使用壽命長特點；(3) 電動機(jī)應(yīng)在整個運行范圍內(nèi)，含有很高效率，以提升一次充電續(xù)駛里程；新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第7頁 第 8 頁4.1.3 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)1/21/3；(7) 電

5、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) 運行時噪聲低，降低污染。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第8頁 第 9 頁 4.1.4 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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第9頁 第 10 頁 4.2 直流電動機(jī)4.2.1 直流電動機(jī)分類4.2.2 直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)

6、與特點4.2.3 直流電動機(jī)工作原理4.2.4 直流電動機(jī)控制新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第10頁 第 11 頁 4.2.1 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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第11頁 第 12 頁 4.2.1 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

7、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)在運行過程中勵磁磁場穩(wěn)定而且輕易控制，輕易實現(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，但因為勵磁磁場固定，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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第12頁 第 13 頁 4.2.1 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

8、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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第13頁 第 14 頁 4.2.1 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，運行效率高。因為電動機(jī)永磁勵磁部分

9、有穩(wěn)定磁場，所以用該類電動機(jī)組成驅(qū)動系統(tǒng)時易實現(xiàn)再生制動功效。同時因為電動機(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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第14頁 第 15 頁 4.2.1 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。 新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第15頁 第 16 頁 4.2.2 直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點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。 新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第16頁 第 17 頁 4.2.

10、2 直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點2直流電動機(jī)特點(1) 調(diào)速性能好。直流電動機(jī)能夠在重負(fù)載條件下，實現(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。(4) 有易損件。因為存在電刷、換向器等易磨損器件，所以必須進(jìn)行定時維護(hù)或更換。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第17頁 第 18 頁 4.2.3 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

11、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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第18頁 第 19 頁 4.2.4 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，因為轉(zhuǎn)速不

12、馬上發(fā)生改變，反電動勢也暫時不改變，因為電樞電流減小了，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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第19頁 第 20 頁 4.2.4 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

13、小磁通，因為機(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。因為電樞電流增加影響超出磁通減小影響，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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第20頁 第 21 頁 4.2.4 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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第21頁 第 22

14、頁 4.3 無刷直流電動機(jī)4.3.1 無刷直流電動機(jī)分類4.3.2 無刷直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點4.3.3 無刷直流電動機(jī)工作原理4.3.4 無刷直流電動機(jī)控制新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第22頁 第 23 頁 4.3.1 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)

15、各種運行特征。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)各種運行特征。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第23頁 第 24 頁 4.3.2 無刷直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點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

16、) 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。 新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第24頁 第 25 頁 4.3.2 無刷直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點無刷直流電動機(jī)實物圖。 新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第25頁 第 26 頁 4.3.2 無刷直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點無刷直流電動機(jī)作為電動汽車用電動機(jī)，含有以下優(yōu)點：(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)運行，而有刷電動機(jī)

17、因為受機(jī)械換向影響，只能在中低速下運行；(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，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；新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第26頁 第 27 頁 4.3.2 無刷直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(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

18、系統(tǒng)比異步電動機(jī)簡單。缺點是電動機(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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第27頁 第 28 頁 4.3.3 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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第28頁 第 29 頁4.3.4 無刷

19、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)ǎ诳臻g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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第29頁 第 30 頁4.3.4 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

20、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。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。新能源

21、汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第30頁 第 31 頁4.4 異步電動機(jī) 4.4.1 異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點4.4.2 異步電動機(jī)工作原理與運行特征4.4.3 異步電動機(jī)控制新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第31頁 第 32 頁4.4.1 異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點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。 新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第32頁 第 33 頁4.4.1 異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點2異步電動機(jī)特點異步電動機(jī)基本特點是，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

22、造、使用、維護(hù)方便，運行可靠性高，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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第33頁 第 34 頁4.4.2

23、異步電動機(jī)工作原理與運行特征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。因為轉(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。 新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第34頁 第 35 頁4.4.2異步電動機(jī)工作原理與運行特征2. 異步電動機(jī)運行特征異步電動機(jī)運行特征包含工作特征和機(jī)械特征。異步電動機(jī)工作特

24、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)載試驗來測取。圖是異步電動機(jī)工作特征。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第35頁 第 36 頁4.4.2異步電動機(jī)工作原理與運行特征異步電動機(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， 新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第36頁 第 37 頁4.4.2異步電動機(jī)工作原理與運行特征電源電壓、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，其中任意一項改變得到機(jī)械特征稱為人為機(jī)械特征。因為電源頻

25、率不變，所以同時轉(zhuǎn)速點不變，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)矩點對應(yīng)轉(zhuǎn)差率基本保持不變。 新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第37頁 第 38 頁4.4.3 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

26、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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第38頁 第 39 頁4.4.3 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

27、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。 新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第39頁 第 40 頁4.4.3 異步電動機(jī)控制 (2) 異步電動機(jī)矢量控制特點。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，使指令值和檢測實際值到達(dá)一致，從而實現(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)矩實施較為準(zhǔn)確控制；系統(tǒng)動態(tài)

28、響應(yīng)速度很快；電動機(jī)加速度特征很好。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第40頁 第 41 頁4.4.3 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

29、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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第41頁 第 42 頁4.4.3 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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第42頁 第 43 頁4.4.3 異步電動機(jī)控制 (2) 直接轉(zhuǎn)矩控制特點 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

30、做出直接和明確判斷。 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。 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。 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)對轉(zhuǎn)矩實施直接控制。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)矩實際情況，它控制既直接又簡化。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第43頁 第 44 頁4.5 永磁同時電動機(jī)4.5.1 永磁同時電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點4.5.2 永磁同時電動機(jī)工作原理與運行特征4.5.3 永磁同時電動機(jī)控制新能源汽車

31、電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第44頁 第 45 頁4.5.1 永磁同時電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點永磁同時電動機(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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第45頁 第 46 頁4.5.1 永磁同時電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點按照永磁體在轉(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為徑向。表面式結(jié)構(gòu)又分為凸出式和嵌入式兩

32、種，如圖所表示。 新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第46頁 第 47 頁4.5.1 永磁同時電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(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。 新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第47頁 第 48 頁4.5.1 永磁同時電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點永磁同時電動機(jī)與其它電動機(jī)相比，含有以下優(yōu)點：(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)無刷運行，結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠；(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

33、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行； 新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第48頁 第 49 頁4.5.1 永磁同時電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點(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

34、殊場所；(7) 結(jié)構(gòu)多樣化，應(yīng)用范圍廣。 新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第49頁 第 50 頁4.5.1 永磁同時電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點永磁同時電動機(jī)還存在以下缺點：(1) 因為永磁同時電動機(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；另外，轉(zhuǎn)矩慣量比大，過載能力強，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

35、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。 新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第50頁 第 51 頁4.5.2永磁同時電動機(jī)工作原理與運行特征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

36、勢，發(fā)生直軸電樞反應(yīng)。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第51頁 第 52 頁4.5.2永磁同時電動機(jī)工作原理與運行特征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)電磁功率為新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第52頁 第 53 頁4.5.2永磁同時電動機(jī)工作原理與運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。 新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第53頁 第 54 頁4.5.2永磁同時電動機(jī)工作原理與運行特征4運行特征永磁同時電動機(jī)運行特征主要是機(jī)械特征和工作特征。永磁同時電動機(jī)穩(wěn)態(tài)正常運行時，轉(zhuǎn)速一直保持同時速不變，所以

37、，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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第54頁 第 55 頁4.5.2永磁同時電動機(jī)工作原理與運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。 新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第55頁 第 56 頁4.5.3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，使之運行在指定電壓和參考頻率下。按照

38、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，因為系統(tǒng)中不引入速度、位置等反饋信號，所以無法實時捕捉電動機(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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第56頁 第 57 頁4.5.3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

39、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。因為永磁同時電動機(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)上更輕易實現(xiàn)矢量控制。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第57頁 第 58 頁4.5.3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)

40、框。 新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第58頁 第 59 頁4.5.3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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第59頁 第 60 頁4.5.3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，這主要是因為外環(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。

41、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，才能彼此取長補短，使系統(tǒng)性能到達(dá)最優(yōu)。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第60頁 第 61 頁4.6 開關(guān)磁阻電動機(jī) 4.6.1 開關(guān)磁阻電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點4.6.2 開關(guān)磁阻電動機(jī)工作原理與運行特征4.6.3 開關(guān)磁阻電動機(jī)控制新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第61頁 第 62 頁4.6.1 開關(guān)磁阻電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點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

42、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)。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第62頁 第 63 頁4.6.1 開關(guān)磁阻電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點2. 開關(guān)磁阻電動機(jī)特點開關(guān)磁阻電動機(jī)與其它電動機(jī)相比，含有以下優(yōu)點：(1) 可控參數(shù)多，調(diào)速性能好?？煽貐?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，可四象限運行，輕

43、易實現(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?。豢刂旗`活，易于在很寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實現(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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第63頁 第 64 頁4.6.1 開關(guān)磁阻電動機(jī)結(jié)構(gòu)與特點因為開關(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：(

44、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)。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第64頁 第 65 頁4.6.2 開關(guān)磁阻電動機(jī)工作原理與運行特征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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第65頁 第 66 頁4.6.2 開關(guān)磁阻電動機(jī)工作原理與運行特征2.開關(guān)磁阻電動機(jī)運行特征開關(guān)磁阻電動機(jī)運行特征可分為三個區(qū)域：恒

45、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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第66頁 第 67 頁4.6.3 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。因為開通角和關(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

46、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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第67頁 第 68 頁4.6.3 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

47、電動機(jī)運行在不一樣狀態(tài)。角度位置控制優(yōu)點在于：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。因為在低速時，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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第68頁 第 69 頁4.6.3 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)

48、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，因為電流峰值受到了限制，當(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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第69頁 第 70 頁4.6.3 開關(guān)磁阻電動機(jī)

49、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，實際應(yīng)用中普通慣用單管方式。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第70頁

50、第 71 頁4.6.3 開關(guān)磁阻電動機(jī)控制電壓控制優(yōu)點在于，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)運行于最正確狀態(tài)。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第71頁 第 72 頁4.6.3 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

51、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。新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第72頁 第 73 頁4.7 輪轂電機(jī) 4.7.1 輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)形式4.7.2 輪轂電機(jī)應(yīng)用類型4.7.3 輪轂電機(jī)驅(qū)動方式4.7.4 輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)特點4.7.5 輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第73頁 第 74 頁4.7.1 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。 新能源汽車電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第74頁 第 75 頁4.7.