《電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)》ppt課件

1、 電動(dòng)汽車電機(jī)及其控制系統(tǒng)主要內(nèi)容1、概述2、四種常用電機(jī)及控制系統(tǒng)3、存在的問題與研討方向一、電機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成 功率變換器電池控制電路電動(dòng)機(jī)控制器電動(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CPU主控制板二、電動(dòng)汽車對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)的要求 1、優(yōu)良的轉(zhuǎn)矩控制性能； 2、廣大的調(diào)速范圍； 3、寬范圍的高效率運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域； 4、高功率密度； 5. 優(yōu)良的環(huán)境順應(yīng)性和環(huán)保性； 6. 高可靠性； 7. 有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)錢。三、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)； 無刷直流電機(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)。 電機(jī) 性能直流電機(jī)永磁同步電機(jī)異步電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)最大效率

2、 858995979495 90 效率10負(fù)載8087909279857886最高轉(zhuǎn)速rpm) 4000600040001000090001500015000電機(jī)費(fèi)用/kW($)101015812610控制器本錢12.53.54.5鞏固性良良優(yōu)良信任性普通良優(yōu)良表.1 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)告永磁同步電機(jī) 異步電機(jī)適性容量數(shù)十W數(shù)十kW數(shù)百W以上尺寸、分量小 中小 構(gòu)造相當(dāng)簡(jiǎn)單 非常簡(jiǎn)單 環(huán)境順應(yīng)性相當(dāng)好 非常好 維護(hù)有點(diǎn)必要 不要 消費(fèi)性好 非常好 位置傳感器要 不要 速度傳感器不要 要 表2 永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)的特性比較表2 永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)的特性比較(續(xù) 永磁

3、同步電機(jī) 異步電機(jī)壽命軸壽命軸壽命弱磁高速困難 能夠 回饋制動(dòng)容易 可以 永久失磁有 無 溫度特性無 有 控制器控制一臺(tái) 控制多臺(tái) 四、直流電機(jī)及其控制系統(tǒng)1.直流電機(jī)的構(gòu)造 和原理并聯(lián)IfMnIf0aia 特點(diǎn)：1、勵(lì)磁電流和電樞 電流可分別控制， 轉(zhuǎn)矩控制性能好。2、控制簡(jiǎn)單。2. 直流電機(jī)功率控制器斬波器 T2、D1電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)； T1、D2 制動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。ECT1T2MD1D2斬波器主電路PIPWM+-給定電流 Ia*反饋電流 Ia3. 斬波器的PWM控制nMn1n2MZM1*( Ia1* )ABM2*( Ia2* )0控制框圖調(diào)速原理4. 直流電機(jī)及其控制系統(tǒng)的優(yōu)缺陷 優(yōu)點(diǎn)： 1. 直流電機(jī)

4、轉(zhuǎn)矩控制性能優(yōu)良。 2. 控制簡(jiǎn)單，回饋控制容易。 3. 功率變換器構(gòu)造簡(jiǎn)單，運(yùn)用功率器件少。 4. 控制器效率高；功率密度高。 5. 控制器體積小，分量輕。 6. 控制器價(jià)錢廉價(jià)。 缺陷： 1. 由于機(jī)械換向器和電刷的存在導(dǎo)致的缺陷： 電機(jī)轉(zhuǎn)速低、體積大；需求維護(hù)；本錢高。五、交流電機(jī)及其控制系統(tǒng)1. 交流電機(jī)的主要類型交流電機(jī)1. 同步電機(jī)2. 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)的定子構(gòu)造三相電樞繞組ABC+A-A+B-B+C-CUd+C3.三相交流電機(jī)功率變換器主電路構(gòu)成功率變換器主電路交流電機(jī)電樞繞組六、無刷直流電機(jī)控制系

5、統(tǒng)轉(zhuǎn)子位置 傳感器 永磁同步電機(jī)三相功率 變換器控制電路自控式永磁 同步電機(jī)控制器1. 系統(tǒng)構(gòu)成2.無刷直流電機(jī)與永磁同步電機(jī)差別t20B0(e0)永磁同步電機(jī)無刷直流電機(jī)一對(duì)極下不同的氣隙磁密分布圖3.無刷直流電機(jī)任務(wù)原理iAABiBCiCSNFABFACFBCFBAFCAFCBXYZF0 有6個(gè)定子空間磁勢(shì)。 根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器檢 測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置和要求 轉(zhuǎn)向來決議產(chǎn)生哪一個(gè) 磁勢(shì)。 產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩最大。 定子磁勢(shì)拉轉(zhuǎn)子磁勢(shì)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.無刷直流電機(jī)控制框圖-A+2iaibiciaibicIREFPIPWM邏輯

6、變換PS+A+B+C-B-CIFPosition Sensor三相反響電流輸出6路驅(qū)動(dòng)信號(hào)PS邏輯變換+A-A+B-B+C-CPWM 輸入電動(dòng) “1回饋制動(dòng) “0+a-a+b-b+c-c驅(qū)動(dòng)信號(hào) 輸出5. 無刷直流電機(jī)的電動(dòng)、 回饋制動(dòng)控制邏輯控制轉(zhuǎn)子位置 傳感器6. 無刷直流電機(jī)及其控制系統(tǒng)的優(yōu)缺陷 優(yōu)點(diǎn)： 1. 具有直流電機(jī)的控制特性。 2. 控制相對(duì)簡(jiǎn)單。 3. 電機(jī)效率高，體積小。 缺陷： 1. 由于永磁資料貴，電機(jī)價(jià)錢較貴。 2. 過熱容易導(dǎo)致永久性失磁。 3. 弱磁運(yùn)轉(zhuǎn)較困難。 4. 需求轉(zhuǎn)子位置傳感器。七、異步電機(jī)及其控制系統(tǒng)1. 異步電機(jī)變頻調(diào)速原理)1(0snnpfn600

7、轉(zhuǎn)子繞組中的電壓、電流靠感應(yīng)產(chǎn)生。 正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速接近旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速。0nT01n02nAB不同頻率下的異步電機(jī)機(jī)械特性2. 變頻調(diào)速的主要控制方法基于穩(wěn)態(tài)的控制 變壓變頻控制Variable Voltage Variable Frequency) 簡(jiǎn)稱VVVF控制； 脈寬調(diào)理控制Pulse Width Modulation) 簡(jiǎn)稱PWM控制。 1. SPWM; 2. 電壓空間矢量PWM； 3. 優(yōu)化PWM; 4. 隨機(jī)PWM; 5. 基于動(dòng)態(tài)的控制：高性能的控制方法 轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制等效直流電機(jī)控制20世紀(jì)70年代，由德國西門子公司的F.Blaschke提出。 1. 直接矢量控制；

8、2. 間接矢量控制。 直接轉(zhuǎn)矩控制 直接對(duì)轉(zhuǎn)矩和磁鏈閉環(huán)控制。 1985年德國學(xué)者 M.Depenbrock 初次提出。 3. 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(hào)產(chǎn)生a-ab-bc-cI1 =f (s)+ 根本原理：在機(jī)械特性的線性段，電磁轉(zhuǎn)矩 正比于滑差頻率。函數(shù)發(fā)生器TM2+ +I1TI1MI2TI2M1(a ) 直流電機(jī) 模型2I1MI1TI2TI1F0F2F1(b )電流、磁勢(shì)向量圖4. 異步電機(jī)矢量控制矢量控制原理

9、 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(jiǎn)單的方程方式。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 矢量控制思緒 最終控制定子磁場(chǎng)的幅值與空間位置來實(shí)現(xiàn)。5. 異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制 控制原理： 經(jīng)過檢測(cè)電機(jī)定子電壓、電流，借助瞬

10、時(shí)空間 矢量實(shí)際來計(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(duì)差值 進(jìn)展滯環(huán)調(diào)理也稱砰砰控制。 再根據(jù)定子磁鏈的空間位置、磁鏈與轉(zhuǎn)矩的調(diào) 節(jié)結(jié)果，來確定逆變器的開關(guān)信號(hào)。逆變器IM3/23/2idiquduq察看器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)矩控制的優(yōu)缺陷 優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)模型在定子坐標(biāo)系下，只需3/2變換。 觀測(cè)的是定子磁鏈，受電機(jī)參數(shù)影響小。 強(qiáng)調(diào)對(duì)轉(zhuǎn)矩的直接控制，所以轉(zhuǎn)矩呼應(yīng)迅速。 缺陷：低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。 由于沒有電流閉環(huán)，容易產(chǎn)生過流。八、開關(guān)磁阻電機(jī)控制系統(tǒng)AABBCC6/4極的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)1. 開關(guān)磁

11、阻電機(jī)構(gòu)造 定、轉(zhuǎn)子為構(gòu)造雙凸構(gòu)造。 定、轉(zhuǎn)子齒滿足錯(cuò)位原理， 即錯(cuò)開1/m轉(zhuǎn)子齒距。 通電一周，轉(zhuǎn)過一個(gè)轉(zhuǎn)子齒。 需求轉(zhuǎn)子位置傳感器。 開關(guān)磁阻電機(jī)的 轉(zhuǎn)矩瞬時(shí)值正比于 電流的平方， 也正比于電感對(duì)轉(zhuǎn) 子位置角的變化率。 2. 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)任務(wù)原理21d2dLTi轉(zhuǎn)矩： 靠磁通收縮產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩AXBYCZ1234563. 開關(guān)磁阻電機(jī)功率變換器主電路A相4. 開關(guān)磁阻電機(jī)及其控制系統(tǒng)的優(yōu)缺陷主要優(yōu)點(diǎn)： 1. 電機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，制造容易。 2. 控制相對(duì)簡(jiǎn)單。 3. 控制器主電路不會(huì)出現(xiàn)直通景象。 缺陷： 1. 起動(dòng)時(shí)的噪聲脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。 2. 需求轉(zhuǎn)子位置傳感器。九、電機(jī)及其控制系統(tǒng)的主要研討方向

12、 電機(jī)與控制器一體化的優(yōu)化設(shè)計(jì)研討電機(jī)設(shè)計(jì)要思索逆變器供電的特點(diǎn)：du/dt, 諧波。逆變器設(shè)計(jì)要思索電動(dòng)汽車電機(jī)的特點(diǎn)：大過載。安裝空間有限，運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境惡劣。 新的控制戰(zhàn)略研討更理想的轉(zhuǎn)矩控制性能；更低的輸出諧波含量，更低的電機(jī)諧波損耗。 高頻軟開關(guān)運(yùn)用技術(shù)研討用高頻減小低速下的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)電磁噪聲；用軟開關(guān)處理功率開關(guān)器件的開關(guān)損耗，減小電磁干擾。 電機(jī)的新資料、新構(gòu)造、新工藝?yán)纾河来刨Y料、非晶鐵心、多極高頻電機(jī)。 數(shù)字化控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化通訊技術(shù)研討 系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù)研討十、一點(diǎn)國外的研討動(dòng)態(tài) 雖然交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)是主流，每一種電機(jī)驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)都有其生存的空間，并都在研討與開展。減小電刷壓降。提高效率；減少維護(hù)。取