電動汽車電動機資料教學資料

1、1、驅(qū)動電動機功率匹配v 電機功率的選擇將對電動汽車的動力性和經(jīng)濟性有著重要的電機功率的選擇將對電動汽車的動力性和經(jīng)濟性有著重要的影響。對于純電動汽車用電機，在選擇電機的功率時還要考影響。對于純電動汽車用電機，在選擇電機的功率時還要考慮以下幾個因素慮以下幾個因素:v a、最高車速。電機的功率必須能滿足電動汽車最高車速的、最高車速。電機的功率必須能滿足電動汽車最高車速的功率要求，以保證汽車在良好路面和空載情況下，能獲得較功率要求，以保證汽車在良好路面和空載情況下，能獲得較高的行駛速度。高的行駛速度。v b、加速性能。電機的功率越大，則電動汽車的后備功率就、加速性能。電機的功率越大，則電動汽車的后

2、備功率就越多，從而其加速性能越好。但過多的后備功率又會增加純越多，從而其加速性能越好。但過多的后備功率又會增加純電動汽車不必要的能量消耗。電動汽車不必要的能量消耗。v c、由于汽車的行駛工況較為復雜，需要電機具有一定的過載、由于汽車的行駛工況較為復雜，需要電機具有一定的過載能力，即能承受較大的過載電流，能發(fā)出高于額定轉(zhuǎn)矩能力，即能承受較大的過載電流，能發(fā)出高于額定轉(zhuǎn)矩2倍倍以上的轉(zhuǎn)矩。以上的轉(zhuǎn)矩。3-5倍倍電機功率的選擇電機功率的選擇2、電機、電池電壓的選擇v在選擇了電機和電池的類型后，就要確定電機的額在選擇了電機和電池的類型后，就要確定電機的額定電壓和電池的電壓。在電機功率一定的情況下，定電

3、壓和電池的電壓。在電機功率一定的情況下，電壓越高，電流越低，線路功率損失就越小，電池電壓越高，電流越低，線路功率損失就越小，電池以小電流放電時，可獲得較大的容量。但電壓過高，以小電流放電時，可獲得較大的容量。但電壓過高，又影響電子元器件的性能和安全。又影響電子元器件的性能和安全。3、電池容量選擇v 眾所周知，目前影響電動汽車商品化和實用化進程的關鍵因眾所周知，目前影響電動汽車商品化和實用化進程的關鍵因素是電動汽車的續(xù)駛里程和電池的使用性能素是電動汽車的續(xù)駛里程和電池的使用性能(包括電池的充包括電池的充電時間、安全性、價格和使用壽命等電時間、安全性、價格和使用壽命等)。在選擇電池的容量。在選擇電

4、池的容量時，既要滿足汽車的續(xù)駛里程的設計要求，又要考慮整車的時，既要滿足汽車的續(xù)駛里程的設計要求，又要考慮整車的空間結(jié)構(gòu)和底盤承載能力。因為選擇電池容量過大，電池組空間結(jié)構(gòu)和底盤承載能力。因為選擇電池容量過大，電池組所貯存的電能越多，續(xù)駛里程相應延長，但電池組的重量增所貯存的電能越多，續(xù)駛里程相應延長，但電池組的重量增加，整車的整備質(zhì)量增加，導致行駛阻力也增加，反過來又加，整車的整備質(zhì)量增加，導致行駛阻力也增加，反過來又影響純電動汽車的續(xù)駛里程。影響純電動汽車的續(xù)駛里程。4、傳動系的傳動比的選擇v 汽車在行駛過程中，通過一定的傳動比來滿足不同行駛工況汽車在行駛過程中，通過一定的傳動比來滿足不同

5、行駛工況的需要。傳動比起到減速增矩的作用。的需要。傳動比起到減速增矩的作用。v 盡管電機一般都具有較寬的調(diào)速范圍，但在純電動汽車的設盡管電機一般都具有較寬的調(diào)速范圍，但在純電動汽車的設計過程中要選擇合理的傳動比，一方面滿足不同工況要求，計過程中要選擇合理的傳動比，一方面滿足不同工況要求，另一方面使得電機在不同工況運轉(zhuǎn)時，盡量處于高效率范圍另一方面使得電機在不同工況運轉(zhuǎn)時，盡量處于高效率范圍內(nèi)，以獲得較高的轉(zhuǎn)化效率，減小功率損失。內(nèi)，以獲得較高的轉(zhuǎn)化效率，減小功率損失。v 減速器或變速器中不設置倒檔齒輪，倒車是靠電動機的反轉(zhuǎn)減速器或變速器中不設置倒檔齒輪，倒車是靠電動機的反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。電動

6、汽車用電動機的基本要求v 采用大功率的電動機來驅(qū)動電動汽車與采用小功率的電動采用大功率的電動機來驅(qū)動電動汽車與采用小功率的電動機相比，具有電阻小、效率高、比能耗低、動力性能好等機相比，具有電阻小、效率高、比能耗低、動力性能好等優(yōu)點。優(yōu)點。v 在確定電動汽車所采用的電動機時，其性能必須充分滿足在確定電動汽車所采用的電動機時，其性能必須充分滿足電動汽車不同行駛工況的要求。因此其性能要求有電動汽車不同行駛工況的要求。因此其性能要求有:v 1、要有較大的起動轉(zhuǎn)矩來保證電動汽車的良好的起動、要有較大的起動轉(zhuǎn)矩來保證電動汽車的良好的起動和加速性能和加速性能; 爬坡、頻繁啟爬坡、頻繁啟/停的要求停的要求,通

7、常電機的過載系通常電機的過載系數(shù)應達數(shù)應達34。v 2、要有較寬的恒功率范圍，保證電動汽車具有高速行、要有較寬的恒功率范圍，保證電動汽車具有高速行駛的能力，電動機的過載系數(shù)應達到駛的能力，電動機的過載系數(shù)應達到2-3倍倍;電動汽車用的電動機的基本要求v 3、要有較大范圍的調(diào)速功能，在低速時具有較大的轉(zhuǎn)、要有較大范圍的調(diào)速功能，在低速時具有較大的轉(zhuǎn)矩，在高速時具有高功率，能夠根據(jù)駕駛員對加速踏板的矩，在高速時具有高功率，能夠根據(jù)駕駛員對加速踏板的控制，隨即地調(diào)整電動汽車的行駛速度和相應的驅(qū)動力控制，隨即地調(diào)整電動汽車的行駛速度和相應的驅(qū)動力;v 4、具有良好的效率特性、具有良好的效率特性,在較寬

8、的轉(zhuǎn)速在較寬的轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi),獲得最優(yōu)的效率獲得最優(yōu)的效率,提高一次充電后的持續(xù)行駛里程提高一次充電后的持續(xù)行駛里程,一般要一般要求在典型的駕駛循環(huán)區(qū)求在典型的駕駛循環(huán)區(qū),獲得獲得85%93%的效率。的效率。v 5、再生制動時的能量回收率高。、再生制動時的能量回收率高。v 6電動機的外形尺寸要求盡可能小，質(zhì)量盡可能輕電動機的外形尺寸要求盡可能小，質(zhì)量盡可能輕;v 7電動機的可靠性好，耐溫和耐潮性能強，能夠在較惡電動機的可靠性好，耐溫和耐潮性能強，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作，運行時噪音低，維修方便。劣的環(huán)境下長期工作，運行時噪音低，維修方便。v 8 價格低價格低 電技電技機術(shù)機術(shù)系

9、要系要統(tǒng)求統(tǒng)求要有低速大轉(zhuǎn)矩以滿足整車起步和爬坡功能；要有低速大轉(zhuǎn)矩以滿足整車起步和爬坡功能；要有高效率以降低電機系統(tǒng)的損耗從而提高電機長要有高效率以降低電機系統(tǒng)的損耗從而提高電機長時間運行的能力，降低系統(tǒng)高溫退磁的機率時間運行的能力，降低系統(tǒng)高溫退磁的機率要有好的抗震性和低噪聲，以及寬廣的平滑調(diào)速調(diào)轉(zhuǎn)矩區(qū)域要有好的抗震性和低噪聲，以及寬廣的平滑調(diào)速調(diào)轉(zhuǎn)矩區(qū)域以滿足整車各種行駛工況，同時提高整車的平順性；以滿足整車各種行駛工況，同時提高整車的平順性；對于混合動力車用的電機系統(tǒng)要有好的抗熱性，抗周期沖擊的性能對于混合動力車用的電機系統(tǒng)要有好的抗熱性，抗周期沖擊的性能要有高可靠性和耐久性，以滿足整

10、車的安全性和長期使用的功能要有高可靠性和耐久性，以滿足整車的安全性和長期使用的功能要有高速高功率以滿足整車高速行駛的能力要有高速高功率以滿足整車高速行駛的能力要有低速大轉(zhuǎn)矩以滿足整車起步和爬坡功能；要有低速大轉(zhuǎn)矩以滿足整車起步和爬坡功能；整車布置空間限制，尤其是整車軸向整車布置空間限制，尤其是整車軸向空間有限，因此電機系統(tǒng)還有具備高功率密度空間有限，因此電機系統(tǒng)還有具備高功率密度電動機技術(shù)要求電動汽車常用電機驅(qū)動系統(tǒng)v 一、直流電動機驅(qū)動系統(tǒng)一、直流電動機驅(qū)動系統(tǒng)v 二、交流感應電動機驅(qū)動系統(tǒng)二、交流感應電動機驅(qū)動系統(tǒng)v 三、開關磁阻電動機驅(qū)動系統(tǒng)三、開關磁阻電動機驅(qū)動系統(tǒng)v 四、永磁無刷電動

11、機驅(qū)動系統(tǒng)四、永磁無刷電動機驅(qū)動系統(tǒng)直流電動機直流電動機他勵電動機：他勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。并勵電動機：并勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。串勵電動機：串勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復勵電動機：復勵電動機：勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。勵磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。M他勵他勵UfIfIaUM并勵并勵UIfM串勵串勵UM復勵復勵U直流電動機的類型直流電動機的類型直流電機的組成v定子定子v轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子（又稱電樞）

12、由鐵芯、繞組（線圈）、換向器組成。由鐵芯、繞組（線圈）、換向器組成。v氣隙氣隙永磁式：由永久磁鐵做成。永磁式：由永久磁鐵做成。勵磁式：磁極上繞線圈，然后在線圈中勵磁式：磁極上繞線圈，然后在線圈中 通過直流電，形成電磁鐵。通過直流電，形成電磁鐵。勵磁的定義：勵磁的定義：磁極上的線圈通以直流電磁極上的線圈通以直流電 產(chǎn)生磁通，稱為勵磁。產(chǎn)生磁通，稱為勵磁。直流電機的組成直流電機驅(qū)動系統(tǒng)v 直流電機的組成？直流電機的組成？ 定子、轉(zhuǎn)子、氣隙v 直流電機原理？直流電機原理？ 利用電刷實現(xiàn)換向v 直流電機的類型？直流電機的類型？ 他勵、并勵、串勵、復勵v 直流電機調(diào)速方法？直流電機調(diào)速方法？ 變電壓調(diào)速

13、、變磁通調(diào)速、變電阻調(diào)速變電壓調(diào)速、變磁通調(diào)速、變電阻調(diào)速v 直流電機驅(qū)動系統(tǒng)的特點？直流電機驅(qū)動系統(tǒng)的特點？ 成本低、易于平滑調(diào)速、控制器簡單、技術(shù)成熟，效率低，需定期維護，體積大、重量大異步電動機v 工作原理工作原理 根據(jù)電磁感應原理制成，在定子繞組上加上三相交流電源后產(chǎn)生順時針方向旋轉(zhuǎn)磁場，使定子鐵心中產(chǎn)生磁通，轉(zhuǎn)子繞組由于切割這個磁場而感應出電動勢，在閉合的轉(zhuǎn)子繞組中將有感應電流流動。當改變相序時，電機轉(zhuǎn)向?qū)⑾喾?。v 定子定子 產(chǎn)生磁場，由定子鐵心、定子繞組、鐵心外側(cè)的外殼、支承轉(zhuǎn)子軸的軸承組成。v 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子繞組有籠型和繞線型兩種異步電動機特點v效率高效率高v結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單v堅

14、實可靠堅實可靠v免維護免維護v體積小體積小v重量輕重量輕v易于冷卻易于冷卻v壽命長壽命長v本身成本低，但其本身成本低，但其逆變器成本高逆變器成本高永磁同步電動機v 永磁無刷電動機可以分為由永磁無刷電動機可以分為由方波驅(qū)動的無刷直流電動機系方波驅(qū)動的無刷直流電動機系統(tǒng)統(tǒng)(BLDCM)和由和由正弦波驅(qū)動的無刷直流電動機系統(tǒng)正弦波驅(qū)動的無刷直流電動機系統(tǒng)(PMSM)，其中以永磁同步電機應用最為廣泛目前，由，其中以永磁同步電機應用最為廣泛目前，由日本研制的電動汽車主要采用這種電機。如豐田的日本研制的電動汽車主要采用這種電機。如豐田的Prius混聯(lián)汽車。它們都具有較高的功率密度，其控制方式與感混聯(lián)汽車。

15、它們都具有較高的功率密度，其控制方式與感應電機基本相同，因此在電動汽車上得到了廣泛的應用，應電機基本相同，因此在電動汽車上得到了廣泛的應用，是當前電動汽車專用電動機的研發(fā)熱點。是當前電動汽車專用電動機的研發(fā)熱點。v BLDCM系統(tǒng)不需要絕對位置傳感器，一般采用霍爾元件系統(tǒng)不需要絕對位置傳感器，一般采用霍爾元件或增量式碼盤。或增量式碼盤。PMSM系統(tǒng)需要絕對式碼盤或旋轉(zhuǎn)變壓系統(tǒng)需要絕對式碼盤或旋轉(zhuǎn)變壓器等轉(zhuǎn)子位置傳感器，這類電機具有較高的能量密度和效器等轉(zhuǎn)子位置傳感器，這類電機具有較高的能量密度和效率，其體積小、慣性小、響應快，非常適用于電動汽車的率，其體積小、慣性小、響應快，非常適用于電動汽車

16、的驅(qū)動系統(tǒng)，有極好的應用前景。驅(qū)動系統(tǒng)，有極好的應用前景。交流永磁電機驅(qū)動系統(tǒng)特點v優(yōu)點優(yōu)點 高質(zhì)量比功率高質(zhì)量比功率，高效率高效率等。等。v缺點缺點 控制系統(tǒng)復雜，成本高控制系統(tǒng)復雜，成本高，功率范圍較小等。，功率范圍較小等。v 優(yōu)點優(yōu)點 高起動轉(zhuǎn)矩、低起動電流高起動轉(zhuǎn)矩、低起動電流 高效率、低損耗高效率、低損耗 電機結(jié)構(gòu)簡單，適應于高速運轉(zhuǎn)，成本低電機結(jié)構(gòu)簡單，適應于高速運轉(zhuǎn)，成本低 電機功率電路簡單電機功率電路簡單 可靠性好可靠性好 良好的適應性良好的適應性v 缺點缺點 控制系統(tǒng)復雜，控制系統(tǒng)復雜，輸出轉(zhuǎn)矩波動較大輸出轉(zhuǎn)矩波動較大，振動大、噪聲大等。，振動大、噪聲大等。開關磁阻電機驅(qū)動系

17、統(tǒng)特點電機驅(qū)動系統(tǒng)總結(jié)v目前電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)的研究主要集中在以下幾目前電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)的研究主要集中在以下幾個方面：個方面：v無速度傳感器、無位移傳感器的交流驅(qū)動系統(tǒng)是今無速度傳感器、無位移傳感器的交流驅(qū)動系統(tǒng)是今后發(fā)展方向之一；后發(fā)展方向之一；v效率優(yōu)化控制，在電動汽車上顯得特別重要；效率優(yōu)化控制，在電動汽車上顯得特別重要；v電機參數(shù)的自動測量、控制系統(tǒng)參數(shù)的自動整定是電機參數(shù)的自動測量、控制系統(tǒng)參數(shù)的自動整定是高性能控制系統(tǒng)的一個標志；高性能控制系統(tǒng)的一個標志；v高效率、大容量和高可靠性的永磁材料、設計和制高效率、大容量和高可靠性的永磁材料、設計和制造。造。項目項目直流電機直流電機感應

18、電機感應電機永磁電機永磁電機開關磁阻電機開關磁阻電機比功率比功率低低中中高高較高較高峰值效率峰值效率(%)85899495959790負荷效率負荷效率(%)8087909285977886功率因數(shù)功率因數(shù)(%)-828590936065恒功率區(qū)恒功率區(qū)-1:51:2.251:3轉(zhuǎn)速范圍轉(zhuǎn)速范圍(r/min)400060001200015000400010000可可15000可靠性可靠性 一般一般好好優(yōu)良優(yōu)良好好結(jié)構(gòu)的堅固性結(jié)構(gòu)的堅固性差差好好一般一般優(yōu)良優(yōu)良電機外廓電機外廓大大中中小小小小電機質(zhì)量電機質(zhì)量大大中中小小小小電機成本電機成本 ($/kW)108121015610控制操作性能控制操作

19、性能最好最好好好好好好好控制器成本控制器成本低低高高高高一般一般驅(qū)動電機的基本性能比較電機類型電機類型特點特點控制技術(shù)控制技術(shù)發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢直流有刷電機直流有刷電機驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，起步加速牽引力優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，起步加速牽引力大大缺點：有機械換向器缺點：有機械換向器 ，最高速受限，需定，最高速受限，需定期維護保養(yǎng)；體積大期維護保養(yǎng)；體積大脈寬調(diào)制技術(shù)脈寬調(diào)制技術(shù)控制系統(tǒng)：較簡單控制系統(tǒng)：較簡單逐步被替代逐步被替代異步電機驅(qū)動異步電機驅(qū)動系統(tǒng)系統(tǒng)優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、成本低廉、運優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、成本低廉、運行可靠，低轉(zhuǎn)矩脈動，低噪聲，轉(zhuǎn)速極限高行可靠，低轉(zhuǎn)矩脈動，低噪聲，轉(zhuǎn)速極限高 缺點：低速小負載時效率低；控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)缺點：低速小負載時效率低；控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)負載，故障率高，成本高負載，故障率高，成本高控制技術(shù)：控制技術(shù)：V/ F V/ F 控制、轉(zhuǎn)差控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制和直、頻率控制、矢量控制和直、接轉(zhuǎn)矩控制接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)(DTC)和無轉(zhuǎn)速傳和無轉(zhuǎn)速傳感器的控制法感器