某牌電動(dòng)汽車及其驅(qū)動(dòng)技術(shù)

1、電動(dòng)汽車及其驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要內(nèi)容一、電動(dòng)汽車概述二、電動(dòng)汽車的三種主要型式三、電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)四、存在的問題與研究方向一、電動(dòng)汽車概述1、燃油汽車面臨的問題 全球全球環(huán)境污染日益嚴(yán)重環(huán)境污染日益嚴(yán)重 傳統(tǒng)傳統(tǒng)能源枯竭不可避免能源枯竭不可避免 我國汽車工業(yè)的現(xiàn)狀我國汽車工業(yè)的現(xiàn)狀 城市大氣污染日趨嚴(yán)重 在中國華東、華北的大城市在中國華東、華北的大城市大氣中大氣中, 70%的污染物來自汽車排放的污染物來自汽車排放; CO88%, NOx80%, HC90%來自汽車排放，大氣來自汽車排放，大氣污染造成的損失每年達(dá)污染造成的損失每年達(dá)500億美元，全球億美元，全球污染最嚴(yán)重的污染最嚴(yán)重的20個(gè)城市中，個(gè)城

2、市中，10個(gè)在中國。個(gè)在中國。 據(jù)估計(jì)，美國大氣污染物中據(jù)估計(jì)，美國大氣污染物中42來自來自 汽車排放，造成損失每年達(dá)汽車排放，造成損失每年達(dá)2290億美元。億美元。石油資源面臨枯竭威脅 石油資源有限石油資源有限, 不可再生不可再生 , 按目前探明的按目前探明的 儲(chǔ)量和開采的速度還能用儲(chǔ)量和開采的速度還能用4050年。年。 電力可從多種能源得到電力可從多種能源得到 起電能調(diào)峰作用 充分利用晚間富余電能，占總?cè)萘砍浞掷猛黹g富余電能，占總?cè)萘?/2。原油原油初煉初煉發(fā)電發(fā)電充電充電電動(dòng)汽車電動(dòng)汽車原油原油精煉精煉汽油車汽油車 電動(dòng)汽車有利于節(jié)能電動(dòng)汽車有利于節(jié)能 國際上各大汽車公司投入巨資國際上

3、各大汽車公司投入巨資 國內(nèi)：八五、九五、十五國內(nèi)：八五、九五、十五863重重 大專項(xiàng)、十一五新能源汽車大專項(xiàng)、十一五新能源汽車2、國內(nèi)外對電動(dòng)汽車的研發(fā)情況 已進(jìn)入小批量商業(yè)化生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用通用通用EV1，兩座轎車；，兩座轎車；S10輕型得到貨車輕型得到貨車福特福特Range兩座貨車兩座貨車克萊斯勒克萊斯勒EPIC輕型客貨車輕型客貨車豐田豐田RAV-4 5座轎車座轎車本田本田Plus 4座轎車座轎車日產(chǎn)日產(chǎn)ALTRA EV標(biāo)志，雪鐵龍標(biāo)志，雪鐵龍P106， SAXO四座電動(dòng)轎車四座電動(dòng)轎車?yán)字Z雷諾Clio 四座電動(dòng)轎車四座電動(dòng)轎車 美國、日本和西歐，由各大汽車公司開發(fā)、美國、日本和西歐，由各大

4、汽車公司開發(fā)、 研制的部分電動(dòng)汽車如下：研制的部分電動(dòng)汽車如下：日本的混合動(dòng)力系統(tǒng)水平最高日本的混合動(dòng)力系統(tǒng)水平最高混合動(dòng)力轎車的市場保有量早已超過20萬量。豐田、本田的混合動(dòng)力汽車品種已有20多個(gè)，年產(chǎn)量超過25萬輛。燃料經(jīng)濟(jì)性能夠提高3050。日本與美國還在發(fā)展柴油混合動(dòng)力。美國伊頓正發(fā)展液壓混合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。世界上比較成熟的混合動(dòng)力汽車是豐田的Prius(普銳斯）在美國的年銷量曾達(dá)到3萬輛。十五期間專項(xiàng)課題組完成課題十五期間專項(xiàng)課題組完成課題230230個(gè)；個(gè)；累計(jì)投入資金：累計(jì)投入資金：218611218611萬元。萬元。三縱：純電動(dòng)汽車；混合動(dòng)力汽車；燃料電池汽車。三縱：純電動(dòng)汽車；

5、混合動(dòng)力汽車；燃料電池汽車。三橫：動(dòng)力電池；驅(qū)動(dòng)電機(jī)；電子控制單元。三橫：動(dòng)力電池；驅(qū)動(dòng)電機(jī)；電子控制單元。20082008年北京奧運(yùn)會(huì)年北京奧運(yùn)會(huì) 50輛純電動(dòng)大客車（京華輛純電動(dòng)大客車（京華BK6122EV)， 采用鋰離子電池。采用鋰離子電池。 10輛混合動(dòng)力客車（串聯(lián)輛混合動(dòng)力客車（串聯(lián)4輛，并聯(lián)輛，并聯(lián)6輛），輛）， 中標(biāo)單位：東風(fēng)，中通，鄭州宇通，廈門金龍，中標(biāo)單位：東風(fēng)，中通，鄭州宇通，廈門金龍， 京華客車各京華客車各2輛。輛。 采用春蘭鎳氫電池。采用春蘭鎳氫電池。南車時(shí)代電動(dòng)汽車股份有限公司南車時(shí)代電動(dòng)汽車股份有限公司 由株洲所牽頭組建，由株洲所牽頭組建，2007.8.31在株洲

6、高新技術(shù)在株洲高新技術(shù) 開發(fā)區(qū)掛牌成立。產(chǎn)業(yè)化基地總投資開發(fā)區(qū)掛牌成立。產(chǎn)業(yè)化基地總投資7.2億元。億元。 是目前國內(nèi)投資規(guī)模最大的電動(dòng)汽車專業(yè)化是目前國內(nèi)投資規(guī)模最大的電動(dòng)汽車專業(yè)化 研發(fā)制造基地。研發(fā)制造基地。天津清源公司天津清源公司在天津開發(fā)區(qū)建造電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化示范基地?？偼顿Y1.65億元。2007年底建成。年產(chǎn)電動(dòng)汽車2萬輛，其中，電動(dòng)大客車及電動(dòng)特種車1000輛。 2005年底，率先在全國實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化， 106輛電動(dòng)汽車出口美國。 2006年向海外銷售電動(dòng)汽車500輛。 2007年來自國際市場的訂單超過1000輛。目前，世界最大的電動(dòng)汽車生產(chǎn)線在法國雪鐵龍公司。年產(chǎn)電動(dòng)汽車30

7、00輛。東風(fēng)電動(dòng)車輛股份有限公司東風(fēng)電動(dòng)車輛股份有限公司至2007年7月，武漢街頭行駛的混合動(dòng)力公交車達(dá)20輛，電動(dòng)小巴達(dá)199輛。東風(fēng)的電動(dòng)小巴已銷售5000輛，2007年銷售達(dá)1000輛。一汽集團(tuán)一汽集團(tuán)完成了“解放牌混合動(dòng)力客車”的樣車開發(fā)，試制整車7輛，其中，2輛已投入長春市示范運(yùn)行。上汽集團(tuán)上汽集團(tuán) 2007年上海國際汽車展上，展出了榮威混合動(dòng)力轎車年上海國際汽車展上，展出了榮威混合動(dòng)力轎車 和上海牌第四代燃料電池轎車。和上海牌第四代燃料電池轎車。 到到2010年世博會(huì)前，將規(guī)模投產(chǎn)混合動(dòng)力轎車、客車，年世博會(huì)前，將規(guī)模投產(chǎn)混合動(dòng)力轎車、客車， 同時(shí)小批量燃料電池轎車實(shí)現(xiàn)示范運(yùn)行。同

8、時(shí)小批量燃料電池轎車實(shí)現(xiàn)示范運(yùn)行。 按計(jì)劃，按計(jì)劃，2010年將有年將有1000輛燃料電池車在世博園中行駛。輛燃料電池車在世博園中行駛。長安集團(tuán)長安集團(tuán) 長安提出它的混合動(dòng)力MPV車要在2008年北京奧運(yùn)會(huì) 前投入批量生產(chǎn)。 先從輕度混合動(dòng)力汽車入手，待市場成熟后，再發(fā)展 中度混合和重度混合動(dòng)力汽車。 長安的輕度混合動(dòng)力MPV汽車能節(jié)能20， 而成本只增加10。奇瑞公司奇瑞公司 多種新能源技術(shù)齊頭并進(jìn) 研究重點(diǎn)在混合動(dòng)力、純電動(dòng)和靈活燃料車。 在2007年上海汽車展上，提出了： 1、并聯(lián)式弱混合動(dòng)力轎車奇瑞A5BSG。 2、生物柴油動(dòng)力的新車型V5。 3、燃料電池車B11。 研發(fā)投入很大，占銷

9、售額的10。吉利控股集團(tuán)吉利控股集團(tuán)已開發(fā)出：電動(dòng)自行車電動(dòng)自行車20世紀(jì)90年代以來，我國電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。 截止2005年，全國電動(dòng)車生產(chǎn)廠商已超過1200家。 相關(guān)零配件生產(chǎn)廠商已超過2300家。 主要分布在浙江、上海、江蘇、山東、天津。年產(chǎn)量超過10萬輛的企業(yè)約34家。 從業(yè)人員超過100萬。市場保有量將近3000萬輛。行業(yè)銷售規(guī)模達(dá)200億元。 2005年，年產(chǎn)量1250萬輛， 2006年，年產(chǎn)量1600萬輛。競爭激烈，行業(yè)利潤下滑。3、電動(dòng)汽車發(fā)展面臨的主要問題 電能的儲(chǔ)存問題電能的儲(chǔ)存問題比能量小，比能量小，40Wh/kg40Wh/kg，汽油的比能，汽油的比能12000wh/k

10、g12000wh/kg普通轎車，普通轎車，50kg汽油，占汽油，占3%重量，行駛重量，行駛700公里。公里。電動(dòng)轎車，電池電動(dòng)轎車，電池400公斤，占公斤，占25重量，行駛重量，行駛100公里公里蓄電池的性能差 使用循環(huán)次數(shù)少，使用循環(huán)次數(shù)少，700800次；次； 快充電性能差；快充電性能差； 電池價(jià)格貴。電池價(jià)格貴。可用動(dòng)力電池少，（鉛酸、鎳氫、鋰電池可用動(dòng)力電池少，（鉛酸、鎳氫、鋰電池電池技術(shù)是電動(dòng)汽車的瓶頸電池技術(shù)是電動(dòng)汽車的瓶頸一、鉛酸電池一、鉛酸電池目前唯一能大量生產(chǎn)供應(yīng)的，優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)低，性能穩(wěn)定。缺點(diǎn)：比能量低。目前水平：45Wh/kg，800次。1、價(jià)格2、比功率3、比能量4、循

11、環(huán)壽命5、快充電6、一致性主要指標(biāo)：好差二、鎳氫電池二、鎳氫電池 性能和成本介于其它幾種電池之間上世紀(jì)90年代發(fā)展起來的， 主要生產(chǎn)商美國OVONIC公司。 具有更高的比能量，循環(huán)壽命。主要不足：1、有記憶效應(yīng)，一定要放光再充電。2、充電發(fā)熱。3、價(jià)格仍較高，目前500700美元/kWh。三、鋰離子電池三、鋰離子電池特點(diǎn)：1、比能量大，達(dá)到115Wh/kg。2、循環(huán)壽命5001000次。3、自放電率低，每月自放電8%。4、無記憶效應(yīng)。5、無污染（電池材料不存在有毒物質(zhì)）。缺點(diǎn)：價(jià)格高。四、燃料電池四、燃料電池目前用于電動(dòng)汽車最現(xiàn)實(shí)的是質(zhì)子交換膜燃料電池。特點(diǎn)：以氫為燃料，無污染，效率高。面臨的

12、主要問題：1、氫的來源；2、氫的存儲(chǔ)；3、核心材料成本極高。推廣使用要20年后。五、超級電容五、超級電容(上海奧威)特點(diǎn)：1、充電速度快。2、循環(huán)壽命長，可達(dá)10萬次。3、充放電效率高，達(dá)98%。4、比功率大，達(dá)到1000-10000W/kg。5、溫度范圍廣，40到50度。價(jià)格是鉛酸電池的2倍。缺點(diǎn)：比能量小。上海示范運(yùn)行的超級電容客車共10輛。超級電容與蓄電池混合前景看好。全球主要蓄電池廠商近年來紛紛在中國投資建廠有全球汽車蓄電池老大美國江森自控有限公司、日本的索尼、三洋、日立、湯淺、西恩迪、松下等知名企業(yè)在中國建立蓄電池生產(chǎn)基地。德國博世、日本NEC等以生產(chǎn)軟件和電器為主的企業(yè)也進(jìn)入蓄電池

13、領(lǐng)域。我國每年鉛的產(chǎn)量為300萬噸，其中國內(nèi)需求250萬噸。其余為出口。國內(nèi)需求中，70-80%用于汽車用蓄電池。二、電動(dòng)汽車的三種主要型式1 1、純電動(dòng)汽車、純電動(dòng)汽車 （Battery powered EV)Battery powered EV)2 2、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 (Hybrid EV)(Hybrid EV)3 3、燃料電池電動(dòng)汽車、燃料電池電動(dòng)汽車 (Fuel cell EV)(Fuel cell EV) 功率功率變換器變換器電池電池控制電路控制電路電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)控制器控制器1、純電動(dòng)汽車的動(dòng)力組成、純電動(dòng)汽車的動(dòng)力組成2、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（串聯(lián)型）、混合動(dòng)力電動(dòng)汽

14、車（串聯(lián)型） 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)控制器電機(jī)變速箱主減速器輔助電池3、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（行星輪式并聯(lián)型）、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（行星輪式并聯(lián)型）發(fā)動(dòng)機(jī)控制器電機(jī)變速箱主減速器輔助電池轉(zhuǎn)矩合成裝置4、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（套筒式并聯(lián)型）、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（套筒式并聯(lián)型）發(fā)動(dòng)機(jī)電機(jī)變速箱主減速器輔助電池控制器 不同混合程度； ISG（Integrated Starter Generator)5、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（并聯(lián)型、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（并聯(lián)型PLUG IN）發(fā)動(dòng)機(jī)電機(jī)變速箱主減速器輔助電池控制器充電器 節(jié)約運(yùn)行成本混合動(dòng)力電動(dòng)汽車混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 目的：增加續(xù)駛里程，高效率，低排污目的：增加續(xù)駛里程，高效率，低

15、排污 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 內(nèi)燃機(jī)按平均功率選取，內(nèi)燃機(jī)按平均功率選取，1530%最大功率最大功率 可實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)的最佳配合可實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)的最佳配合 可方便回收能量可方便回收能量 鬧市區(qū)可零排放鬧市區(qū)可零排放 可解決空調(diào)、取暖等問題可解決空調(diào)、取暖等問題 可利用現(xiàn)有加油站可利用現(xiàn)有加油站 可延長電池壽命可延長電池壽命 Toyota Prius Toyota Prius 混合動(dòng)力汽車混合動(dòng)力汽車 1.5升汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率升汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率42.6kW/4600min, 帶永磁交流發(fā)電機(jī)。帶永磁交流發(fā)電機(jī)。 電動(dòng)機(jī)為永磁無刷直流電機(jī)，額定功率電動(dòng)機(jī)為永磁無刷直流電機(jī)，額定功率30kW。

16、世界上第一個(gè)大量生產(chǎn)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車；世界上第一個(gè)大量生產(chǎn)的混合動(dòng)力電動(dòng)汽車；97.12以來，已有以來，已有35000輛在行駛，銷往美國輛在行駛，銷往美國已有幾萬輛；已有幾萬輛；混合動(dòng)力汽車的現(xiàn)狀混合動(dòng)力汽車的現(xiàn)狀2、國內(nèi)企業(yè)熱情很高，一汽、上汽、東風(fēng)、長安等 公司均在開發(fā)并聯(lián)、混聯(lián)等多種型式的混合動(dòng)力轎車。3、混合動(dòng)力正成為通用技術(shù)，是汽車動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。 汽油機(jī)、柴油機(jī)、天然氣發(fā)電機(jī)、燃料電池發(fā)電機(jī)都可 向混合動(dòng)力發(fā)展。1、節(jié)能減排優(yōu)勢明顯。豐田、本田等公司的混合動(dòng)力品 種已超過20多個(gè)，年產(chǎn)量超過25萬輛。燃料經(jīng)濟(jì)性提高 （3050），減排明顯。3 3、燃料電池電動(dòng)汽車、燃料電池電

17、動(dòng)汽車 質(zhì)子交換膜燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC) (PEMFC) 工作原理圖工作原理圖H2陽極電解質(zhì)（質(zhì)子交換模）催化劑陰極H22H+2e-2H+e-e-O2H2O2H+2e-+1/2O2質(zhì)子交換膜燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC) (PEMFC) 工作原理圖工作原理圖(PEMFC)Proton ExchangeMembraneFuel Cell. FC EV FC EV的優(yōu)點(diǎn)：的優(yōu)點(diǎn)： 1. 1. 電堆效率高，電堆效率高，5252 2. 2. 無污染無污染 3. 3. 無需蓄電池?zé)o需蓄電池 4. 4. 可用各種燃料可用各種燃料FCEV的動(dòng)力組成 電機(jī)控制器 燃料 電池發(fā)動(dòng)機(jī)電

18、動(dòng)機(jī) 單向DC/DC變換器輔助電池能量混合型結(jié)構(gòu)方案 1輔助電池容量大 電機(jī)控制器 燃料 電池發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 雙向DC/DC變換器輔助電池結(jié)構(gòu)方案 2功率混合型輔助電池容量小 電機(jī)控制器 燃料 電池發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 雙向DC/DC變換器超級電容結(jié)構(gòu)方案 3功率混合型燃料電池城市客車純電動(dòng)汽車（中巴）運(yùn)行中的清華大學(xué)電動(dòng)校園交通車電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)化期待系統(tǒng)集成商電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)化期待系統(tǒng)集成商動(dòng)力電池技術(shù)尚不成熟，電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)化缺乏具體政策扶持，市場運(yùn)作匯報(bào)不明朗，資金投入存在很大風(fēng)險(xiǎn)。很多企業(yè)躊躇不前，他們或觀望徘徊，或消極等待，不愿成為“第一個(gè)吃螃蟹者”。三、電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三、電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1、電動(dòng)汽車對電

19、機(jī)控制系統(tǒng)的要求、電動(dòng)汽車對電機(jī)控制系統(tǒng)的要求 1 1、優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩控制性能；、優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩控制性能； 2 2、寬廣的調(diào)速范圍；、寬廣的調(diào)速范圍； 3 3、寬范圍的高效率運(yùn)行區(qū)域；、寬范圍的高效率運(yùn)行區(qū)域； 4 4、高功率密度；、高功率密度； 5. 5. 優(yōu)良的環(huán)境適應(yīng)性和環(huán)保性；優(yōu)良的環(huán)境適應(yīng)性和環(huán)保性； 6. 6. 高可靠性；高可靠性； 7. 7. 有競爭力的價(jià)格。有競爭力的價(jià)格。0)(nfP )(nfT TPn恒轉(zhuǎn)矩區(qū)恒功率區(qū)降功區(qū)要求異步電機(jī)的輸出特性：要求異步電機(jī)的輸出特性：1、低速大扭矩；、低速大扭矩；2、高速大功率。、高速大功率。電動(dòng)機(jī)控制器交流電機(jī)控制器控制電路主電路控制器中的CP

20、U主控制板2 2、電動(dòng)汽車電機(jī)控制系統(tǒng)的主要類型、電動(dòng)汽車電機(jī)控制系統(tǒng)的主要類型 直流電機(jī)控制系統(tǒng)；直流電機(jī)控制系統(tǒng)； 無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)；無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)； 異步電機(jī)控制系統(tǒng)；異步電機(jī)控制系統(tǒng)； 開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)。開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)。 電機(jī)電機(jī) 性能性能直流電機(jī)直流電機(jī)永磁同步電永磁同步電機(jī)機(jī)異步電機(jī)異步電機(jī)開關(guān)磁阻電開關(guān)磁阻電機(jī)機(jī)最大效率（）最大效率（） 858995979495 90 效率效率（10負(fù)載）負(fù)載）8087909279857886最高轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速（rpm)4000600040001000090001500015000電機(jī)費(fèi)用電機(jī)費(fèi)用/kW($)1010158126

21、10控制器成本控制器成本12.53.54.5堅(jiān)固性堅(jiān)固性良良良良優(yōu)優(yōu)良良信賴性信賴性普通普通良良優(yōu)優(yōu)良良表表.1 .1 各種電機(jī)的特性比較各種電機(jī)的特性比較（摘自日本電氣學(xué)會(huì)技術(shù)報(bào)告）（摘自日本電氣學(xué)會(huì)技術(shù)報(bào)告）永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī) 異步電機(jī)異步電機(jī)適性容量適性容量數(shù)十?dāng)?shù)十W W數(shù)十?dāng)?shù)十kWkW數(shù)百數(shù)百W W以上以上尺寸、重量尺寸、重量小小 中小中小 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)相當(dāng)簡單相當(dāng)簡單 非常簡單非常簡單 環(huán)境適應(yīng)性環(huán)境適應(yīng)性相當(dāng)好相當(dāng)好 非常好非常好 維護(hù)維護(hù)有點(diǎn)必要有點(diǎn)必要 不要不要 生產(chǎn)性生產(chǎn)性好好 非常好非常好 位置傳感器位置傳感器要要 不要不要 速度傳感器速度傳感器不要不要 要要 表表2 2

22、 永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)的特性比較永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)的特性比較表表3 3 永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)的特性比較永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)的特性比較 永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī) 異步電機(jī)異步電機(jī)壽命壽命軸壽命軸壽命軸壽命軸壽命弱磁高速弱磁高速困難困難 可能可能 回饋制動(dòng)回饋制動(dòng)容易容易 可以可以 永久失磁永久失磁有有 無無 溫度特性溫度特性無無 有有 控制器控制器控制一臺控制一臺 控制多臺控制多臺 直流電機(jī)及其控制系統(tǒng)1.1.直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 和原理（并聯(lián)）和原理（并聯(lián)） 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1、勵(lì)磁電流和電樞勵(lì)磁電流和電樞 電流可分別控制，電流可分別控制， 轉(zhuǎn)矩控制性能好。轉(zhuǎn)矩控制性能好。2、控

23、制簡單。、控制簡單。IfMnIf0aia2. 2. 直流電機(jī)功率控制器斬波器直流電機(jī)功率控制器斬波器 T T2 2、D D1 1電動(dòng)運(yùn)行；電動(dòng)運(yùn)行； T T1 1、D D2 2 制動(dòng)運(yùn)行制動(dòng)運(yùn)行。ECT1T2MD1D2斬波器主電路斬波器主電路ECT1MD1D2斬波器主電路斬波器主電路串聯(lián)繞組增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的措施PIPWM+-給定電流 Ia*反饋電流 Ia3. 3. 斬波器的斬波器的PWMPWM控制控制nMn1n2MZM1*( Ia1* )ABM2*( Ia2* )0控制框圖控制框圖調(diào)速原理調(diào)速原理4. 4. 直流電機(jī)及其控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)直流電機(jī)及其控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 1. 直流電機(jī)轉(zhuǎn)

24、矩控制性能優(yōu)良。直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制性能優(yōu)良。 2. 控制簡單，回饋控制容易?？刂坪唵?，回饋控制容易。 3. 功率變換器結(jié)構(gòu)簡單，使用功率器件少。功率變換器結(jié)構(gòu)簡單，使用功率器件少。 4. 控制器效率高；功率密度高?？刂破餍矢撸还β拭芏雀?。 5. 控制器體積小，重量輕?？刂破黧w積小，重量輕。 6. 控制器價(jià)格便宜。控制器價(jià)格便宜。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 1. 由于機(jī)械換向器和電刷的存在導(dǎo)致的缺點(diǎn)：由于機(jī)械換向器和電刷的存在導(dǎo)致的缺點(diǎn)： 電機(jī)轉(zhuǎn)速低、體積大；需要維護(hù)；成本高。電機(jī)轉(zhuǎn)速低、體積大；需要維護(hù)；成本高。交流電機(jī)及其控制系統(tǒng)交流電機(jī)及其控制系統(tǒng)1. 1. 交流電機(jī)的主要類型交流電機(jī)的主要類型交流交

25、流電機(jī)電機(jī)1. 同步電機(jī)2. 異步電機(jī)（感應(yīng)電機(jī)異步電機(jī)（感應(yīng)電機(jī)）轉(zhuǎn)子永磁轉(zhuǎn)子勵(lì)磁永磁同步電機(jī) (自控式）無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子籠型2. 交流電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)三相電樞繞組ABC+A-A+B-B+C-CUd+C3.3.三相交流電機(jī)功率變換器主電路構(gòu)成三相交流電機(jī)功率變換器主電路構(gòu)成功率變換器主電路功率變換器主電路交流電機(jī)電樞繞組交流電機(jī)電樞繞組無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)子位置 傳感器 三相功率三相功率 變換器變換器控制電路控制電路無刷直流電機(jī)無刷直流電機(jī)控制器1. 1. 系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)構(gòu)成2.2.無刷直流電機(jī)與永磁同步電機(jī)差別無刷直流電機(jī)與永磁同步電機(jī)差別t20B0(e0)永磁

26、同步電機(jī)無刷直流電機(jī)無刷直流電機(jī)一對極下不同的氣隙磁密分布圖一對極下不同的氣隙磁密分布圖三相無刷直流電機(jī)的無載電勢三相無刷直流電機(jī)的無載電勢eAeBeC0t13542663.3.無刷直流電機(jī)工作原理無刷直流電機(jī)工作原理iAABiBCiCSNFABFACFBCFBAFCAFCBXYZF0 有6個(gè)定子空間磁勢。 根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器檢 測到的轉(zhuǎn)子位置和要求 轉(zhuǎn)向來決定產(chǎn)生哪一個(gè) 磁勢。 產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩最大。 定子磁勢拉轉(zhuǎn)子磁勢旋轉(zhuǎn)，為了使平均轉(zhuǎn)矩最大。 兩者的平均空間電角度為900。SNF0nFABFAC60o60o4.4.無刷直流電機(jī)控制框圖無刷直流電機(jī)控制框圖-A+2iaibiciaibicIR

27、EFPIPWM邏輯變換PS+A+B+C-B-CIFPosition Sensor三相反饋電流三相反饋電流輸出輸出6 6路驅(qū)動(dòng)信號路驅(qū)動(dòng)信號電動(dòng)狀態(tài)：A管導(dǎo)通，B管PWM。B管導(dǎo)通時(shí)電流上升，B管關(guān)斷時(shí)電流下降。Ud+A-AC+B-B+C-C轉(zhuǎn)子位置傳感器狀態(tài)：+A、B相導(dǎo)通?；仞仩顟B(tài)：轉(zhuǎn)子位置傳感器狀態(tài)：+A、B相導(dǎo)通。+A管、B管均關(guān)斷，B管子PWM。Ud+A-AC+B-B+C-C電流產(chǎn)生拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩電流產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩5. 5. 無刷直流電機(jī)的電動(dòng)、無刷直流電機(jī)的電動(dòng)、 回饋制動(dòng)控制邏輯控制回饋制動(dòng)控制邏輯控制PS邏輯變換PWM 輸入+a-a+b-b+c-c轉(zhuǎn)子位置轉(zhuǎn)子位置傳感器傳感器+A-A+B

28、-B+C-C驅(qū)動(dòng)信號 輸出電動(dòng)電動(dòng) “1”回饋制動(dòng)回饋制動(dòng) “0”6. 6. 無刷直流電機(jī)及其控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)無刷直流電機(jī)及其控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 1. 具有直流電機(jī)的控制特性。具有直流電機(jī)的控制特性。 2. 控制相對簡單?？刂葡鄬唵?。 3. 電機(jī)效率高，體積小。電機(jī)效率高，體積小。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 1. 由于永磁材料貴，電機(jī)價(jià)格較貴。由于永磁材料貴，電機(jī)價(jià)格較貴。 2. 過熱容易導(dǎo)致永久性失磁。過熱容易導(dǎo)致永久性失磁。 3. 弱磁運(yùn)行較困難。弱磁運(yùn)行較困難。 4. 需要轉(zhuǎn)子位置傳感器。需要轉(zhuǎn)子位置傳感器。異步電機(jī)及其控制系統(tǒng)異步電機(jī)及其控制系統(tǒng)1. 1. 異步電機(jī)變頻調(diào)速原理異步電

29、機(jī)變頻調(diào)速原理)1(0snnpfn600 轉(zhuǎn)子繞組中的電壓、電流靠感應(yīng)產(chǎn)生。轉(zhuǎn)子繞組中的電壓、電流靠感應(yīng)產(chǎn)生。 正常運(yùn)行時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速接近旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速正常運(yùn)行時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速接近旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速。0nT01n02nAB不同頻率下的異步電機(jī)機(jī)械特性2. 2. 變頻調(diào)速的主要控制方法變頻調(diào)速的主要控制方法 基于穩(wěn)態(tài)的控制基于穩(wěn)態(tài)的控制 變壓變頻控制（變壓變頻控制（Variable Voltage Variable Frequency) 簡稱簡稱VVVF控制；控制； 脈寬調(diào)節(jié)控制（脈寬調(diào)節(jié)控制（Pulse Width Modulation) 簡稱簡稱PWM控制?？刂?。 1. SPWM; 2. 電壓空間矢量電壓

30、空間矢量PWM； 3. 優(yōu)化優(yōu)化PWM; 4. 隨機(jī)隨機(jī)PWM; 5. 基于動(dòng)態(tài)的控制：基于動(dòng)態(tài)的控制：高性能的控制方法高性能的控制方法 轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制（等效直流電機(jī)控制）轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制（等效直流電機(jī)控制）（2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代，由德國西門子公司的年代，由德國西門子公司的F.BlaschkeF.Blaschke提出。）提出。） 1. 1. 直接矢量控制；直接矢量控制； 2. 2. 間接矢量控制。間接矢量控制。 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制 直接對轉(zhuǎn)矩和磁鏈閉環(huán)控制。直接對轉(zhuǎn)矩和磁鏈閉環(huán)控制。 （19851985年德國學(xué)者年德國學(xué)者 M.Depenbrock M.Depenbro

31、ck 首次提出首次提出。） 3. 3. 異步電機(jī)滑差頻率控制框圖異步電機(jī)滑差頻率控制框圖s*r*P IFG+rs*r+1I1*cos1tcos(1t -120o)cos(1t -240o)乘法器ia*iaib*icic*ib+PIPWMPIPWMPIPWM三角波驅(qū)動(dòng)信號產(chǎn)生a-ab-bc-cI1 =f (s)+ 基本原理：在機(jī)械特性的線性段，電磁轉(zhuǎn)矩基本原理：在機(jī)械特性的線性段，電磁轉(zhuǎn)矩 正比于滑差頻率。正比于滑差頻率。函數(shù)發(fā)生器TM2+ +I1TI1MI2TI2M1(a ) 直流電機(jī) 模型2I1MI1TI2TI1F0F2F1(b )電流、磁勢向量圖4. 4. 異步電機(jī)矢量控制異步電機(jī)矢量控制

32、矢量控制原理 經(jīng)3/2變化、旋轉(zhuǎn)變換后，異步電機(jī)變成了直流電機(jī)模型。 將M-T坐標(biāo)的M軸定在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈的方向上，可得 到最簡單的方程形式。2T21TM0I LI L2M21MM2ILIL轉(zhuǎn)子磁鏈方程22 M2d/ d0tR I22 TS20R I轉(zhuǎn)子電壓方程穩(wěn)態(tài)時(shí)2d/d0t所以2M0IM1M2L I 等效直流機(jī)模型的方程等效直流機(jī)模型的方程M2T1T2LIIL M1M2L I2T2TpI 轉(zhuǎn)矩控制如何實(shí)現(xiàn)？22TI和1MI1TI和2211M1TIIISr)d(t和21TS21MRILI其中 矢量控制思路矢量控制思路 最終控制定子磁場的幅值與空間位置來實(shí)現(xiàn)最終控制定子磁場的幅值與空間位置

33、來實(shí)現(xiàn)。磁鏈觀測算法轉(zhuǎn)速檢測驅(qū)動(dòng)電路三相逆變器IM蓄電池PG電容3/2變換轉(zhuǎn)矩計(jì)算Isr控制算法(PI,空間電壓矢量計(jì)算等)轉(zhuǎn)矩和磁鏈設(shè)定算法*1 ti*rr1 ti1mi1mi1 tiTrIs*Va*Vr給定異步電機(jī)直接矢量控制框圖uua,b,cia,b,cn轉(zhuǎn)子磁鏈觀測R坐標(biāo)變換iq*iq+-PIUq*id*id+-PIUd*坐標(biāo)變換ua,b,cu*+PI-+- - 控制框圖控制框圖轉(zhuǎn)子磁鏈準(zhǔn)確定向方法轉(zhuǎn)子磁鏈準(zhǔn)確定向方法dqi1R0idid觀測磁鏈領(lǐng)先實(shí)際磁鏈時(shí)實(shí)際勵(lì)磁分量id要比觀測值id小。實(shí)際電壓小于觀測電壓。 dqi1R0idid觀測磁鏈落后實(shí)際磁鏈時(shí)id大于id實(shí)際電壓大于觀測

34、電壓。5. 5. 異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 控制原理：控制原理： 通過檢測電機(jī)定子電壓、電流，借助瞬時(shí)空間通過檢測電機(jī)定子電壓、電流，借助瞬時(shí)空間 矢量理論來計(jì)算電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。矢量理論來計(jì)算電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩。 給定的磁鏈和轉(zhuǎn)矩分別與計(jì)算值比較，對差值給定的磁鏈和轉(zhuǎn)矩分別與計(jì)算值比較，對差值 進(jìn)行滯環(huán)調(diào)節(jié)（也稱砰砰控制）。進(jìn)行滯環(huán)調(diào)節(jié)（也稱砰砰控制）。 再根據(jù)再根據(jù)定子磁鏈的空間位置、磁鏈與轉(zhuǎn)矩定子磁鏈的空間位置、磁鏈與轉(zhuǎn)矩的調(diào)的調(diào) 節(jié)結(jié)果，來確定逆變器的開關(guān)信號。節(jié)結(jié)果，來確定逆變器的開關(guān)信號。逆變器IM3/23/2idiquduq觀察器qdT計(jì)算DTT1計(jì)算D1+N+ 開關(guān)表6*Ud+*1T1r 速度傳感器 直接轉(zhuǎn)矩控制框圖直接轉(zhuǎn)矩控制框圖 直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)缺點(diǎn)直接轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1. 電機(jī)模型在定子坐標(biāo)系下，只需電機(jī)模型在定子坐標(biāo)系下，只需3/2變換。變換。2. 觀測的是定子磁鏈，受電機(jī)參數(shù)影響小。觀測的是定子磁鏈，受電機(jī)參數(shù)影響小。3. 強(qiáng)調(diào)對轉(zhuǎn)矩的直接控制，所以轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速。強(qiáng)調(diào)對轉(zhuǎn)矩的直接控制，所以轉(zhuǎn)矩響應(yīng)迅速。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1. 低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。2. 由于沒有電流閉環(huán)，容易產(chǎn)生過流。由于沒有電流閉環(huán)，容易產(chǎn)