第三章電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng).

1、概述I LOGO |概述I LOGO |概述I LOGO |動機 JflHId交流異步電動機概述I LOGO |虹屜磁阻電動機 S永磁同步電動機概述I LOGO |概述I LOGO |概述LOGO|電動汽車的電機驅(qū)動系統(tǒng)把電能轉(zhuǎn)化為機械能，并通過傳動裝置（或應(yīng)接）將能量傳遞到車輪進而驅(qū)動來輛按照 駕駛?cè)艘庵踞茇●?，是電動汽車的關(guān)鍵系統(tǒng)2-0它在電動 汽車上的具體任務(wù)是：在駕駛?cè)瞬倏v控制下，將內(nèi)燃機 發(fā)電機系統(tǒng)、動力電池組的電能轉(zhuǎn)化為弔輪的動能驅(qū)動車 輛，并在車輛制動時把車輛的動能斥生為電能反饋到動力 電池中以實現(xiàn)車輛的再生制動。電動汽車的電機驅(qū)動系統(tǒng)特點 1、電動汽千上所使用的電機往往要求頻繁

2、的起停， 頻繁的加減速以及T作模式的頻繁切換（做電動機使用驅(qū) 動汽車以及做發(fā)電機使用實現(xiàn)能蜃冋收及發(fā)電的功能）， 這對電機的響應(yīng)性能提岀了更高的要求。 2、由于汽車內(nèi)部空間緊張，往往耍求電機系統(tǒng)具有 體積小，質(zhì)量輕，以及具有較高的功率密度和T：作效率等 性能要求。電動汽車的電機驅(qū)動系統(tǒng)特點 3、相對于傳統(tǒng)電機而言，電動汽車上所使用的電機 系統(tǒng)的工作環(huán)境更為惡劣、干擾更大，從而耍求它具有更 高的可靠性，抗震性和抗干擾性。4、傳統(tǒng)電機一般工作在額定工作點附近，而電動汽 車電機的工作范罔相對較寬。冃出于電動汽車電機工作模 式的特殊性，額定功率這個參數(shù)対于電動汽車所使用的電 機而言，沒有特別犬的意義。

3、所以對其額定功率的要求并 不嚴格。而鋰高效丄作區(qū)間，這個參數(shù)則更為實際和重要概述I LOGO |電動汽車的電機驅(qū)動系統(tǒng)特點5、在供電方式上，傳統(tǒng)電機由常規(guī)標準電源供電，而電動汽車電機所使用的電能來源于蓄電池，且由功率轉(zhuǎn) 化器直接供給。另外電機的使用電壓及形式并不確定，從 減少功率損耗及降級電機逆變器成本的角度血言，一般傾 向于使用較高的電壓。電動汽車驅(qū)動電動機種類電動機的種類很多，用途廣泛，功率的覆蓋面非常大0而電動汽車所采用的電動機種類較少，功率覆蓋而也較 窄，只采用了一些符合電動汽車要求的電動機來作為驅(qū)動 電動機。電動汽車在不同的歷史時期采用了不同的電動機 ,最早足采用了控制性能好和成木較

4、低的肖流電動機。隨 著電了技術(shù)、機械制適技術(shù)和口動控制技術(shù)的發(fā)展，交流 電動機、永磁電動機和開關(guān)磁組電動機顯示出更加優(yōu)越的 性能，這些電動機正在逐步取代了克流電動機。各種電動機的星本也徒比較'i即永艇QW”矣細常武電鬲鼠功磁尉t-扣前200-300500»3230曠 502<BBWP卯砂95fU9(P«ftfla?00爐9092。的冷徐般杠因費H一 Q8285卩90-«6曠爐IS力墓m J71:5-1:2.221:3HiES (rM eqODOSJDO-l"002000(hlOOOlUOOOt可 U?15000<可畑+»&l

5、t; 朋池虛2就朱電動機射E尺才大卩小，».n«®-a和曲WM紗3M8O -觸概述LOGO|電動汽車對電動機性能的基本要求 電動汽不的驅(qū)動電動機的主要參數(shù)為：電動機類型、 額定電壓、機械特性、效率、尺寸參數(shù)、質(zhì)量參數(shù)、可靠 性和成木等。另外為電動機所配置的電子控制系統(tǒng)和驅(qū)動 系統(tǒng)，也會影響驅(qū)動電動機的性能。 1、高電壓，在允許的范圍內(nèi)，盡可能采用高電壓， 可以減小電動機的尺寸和導線等裝備的尺寸，特別是可以 降低逆變器的成本。電動汽車對電動機性能的基本要求 2、高轉(zhuǎn)速，電動汽年所采用的感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)速可 以達到800012000r/min,高轉(zhuǎn)速電動機的體積較小，質(zhì)

6、 帚較輕，冇利于降低電動汽車的整車整備質(zhì)帚。3、質(zhì)量輕，電動機采用鋁合金外殼，以降低電動機 的質(zhì)量、各種控制裝置的質(zhì)量和冷卻系統(tǒng)的質(zhì)量等也要求 盡可能輕。概述LOGO|電動汽車對電動機性能的基本要求4、電動機應(yīng)具有較大的起動轉(zhuǎn)矩和較大范圍的調(diào)速性能，使電動汽車有良好的起動性能和加速性能。以獲得 所需要的起動、加速、行駛、減速、制動等所需的功率與 轉(zhuǎn)矩。電動機具有自動調(diào)速功能，因此，可以減輕駕駛員 的操縱強度，提高駕駛的舒適性，并衛(wèi)能夠達到巧內(nèi)燃機 汽車加速踏板同樣的控制響應(yīng)。電動汽車對電動機性能的基本要求 5、電動汽卞應(yīng)有最優(yōu)化的能量利用，電動機應(yīng)具有 高效率、低損耗，并在車輛減速時，實現(xiàn)再生

7、制動將制動 能量回收,再生制動回收的能量一般可達到總能量的10% 15%,這點在內(nèi)燃機汽車上是不能實現(xiàn)的。6、各種動力電池組和電動機的工作電壓，可以達到 300V以上，對電氣系統(tǒng)安全性和控制系統(tǒng)的安全性，都 必須符合國家（或國際）有關(guān)乍輛電氣控制的安全性能的 標準和規(guī)定，裝備冇高壓保護設(shè)備。直流電動機I LOGO |直流電動機的分類 也流電動機分為繞組勵磁式臣流電動機和永磁式也流 電動機。在電動汽車所采用的直流電動機屮，小功率電動 機采用的是水磁式直流電動機,人功率電動機則采用繞組 勵磁式直流電動機。直流電動機 繞組勵磁式宵流電動機根據(jù)勵磁方式的不同，可分為 他勵式、并勵式、審勵式和復勵式4種

8、類型。| LOGO |他勵式直流電動機他勵武也流電動機的勵磁繞組萬電樞繞組無連接關(guān)系,而巾其他直流業(yè)源對勵磁繞組供電，因此勵磁電流不 受電樞端電壓或電樞電渝的影響。他勵式苴流電動機在運 行過程屮勵磁磁場穩(wěn)定而11容易控制，容易實現(xiàn)電動汽車 的再生制動要求。當采用永磁激勵時，雖然電動機效率高 、重量輕和體積小，但由丁勵磁磁場固定，電動機的機械 特性不理想，難以滿足電動汽車起動和加速時的人轉(zhuǎn)矩耍 求。直流電動機I LOGO |直流電動機I LOGO并勵式直流電動機并勵式山流電動機的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，共用同-電源，性能與他勵式肓流電動機基木相同。并勵繞 組兩端電壓就是電樞兩端電壓，但是勵磁繞組

9、用細導線繞 成，其I巾數(shù)很多，因此具有較大的電阻，使得通過它的勵 磁電流較小。直流電動機| LOGO |串勵式直流電動機審勵式也流電動機的勵磁繞組與電樞繞組審聯(lián)后，再接丁直流電源，這種直流電動機的勵磁電流就是電樞電流 0電動機內(nèi)磁場隨著電樞電流的改變有顯著的變化。為了 使勵磁繞組屮不引起大的損耗和電壓降，勵磁繞組的電阻 越小越好，所以串勵式直流電動機通常用較粗的導線繞成 ,匝數(shù)較少。復勵式直流電動機復勵式也流電動機有并勵和串勵兩個勵磁繞組，電動機的磁通由兩個繞組內(nèi)的勵磁電流產(chǎn)生。若串勵繞組產(chǎn)生 的磁通蜀與并勵繞組產(chǎn)生的磁通呈方向柑同，稱為積復勵 ；若兩個磁通量:方向相反，則稱為差復勵。直流電動

10、機的工作原理(«)彳體*處十木毀卜(b)孕體毗于S|ft卜直流電動機I LOGO |LOGO豪械8£嚴包腹ft電齣一電航SJ眥如履山0晦in電I滋 電戕心【流電動機LOGO|直流電動機的驅(qū)動特性【流電動機直流電動機的結(jié)構(gòu)直流電動機I LOGO |直流電動機的特點 1、調(diào)速性能好。 2、起動力矩大。 3、控制簡單。| LOGO | 4、冇易損件。直流電動機電動汽車用直流電動機的要求 1、抗振動性 2、對環(huán)境的適應(yīng)性 3、低損耗性 4、抗負荷波動性 5、小型、輕量化6、免維護性直流電動機LOGO直流電動機的應(yīng)用小功率（10kW）的電動機多采用小型高效的永磁直流電動機LOGO式直

11、流電動機，一般應(yīng)用在小型、低速的專用車輛上，如 電動自行車、高爾夫球車、電動叉車、警用巡邏乍等。中 等功率（10100kW）的電動機采用他勵、串勵或復勵式 自流電動機，可以用于結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)矩較大的電動貨年上 o大功率（100kW）的電動機采用申勵式，可用在要求低速、高轉(zhuǎn)矩的犬型專用電動車匕如電動礦石搬運車、電動玻璃搬運車等直流電動機LOGO|直流電動機的調(diào)速方法直流電動機的調(diào)速方法査流電動機運行過程符合以卞公式：直流電動機的轉(zhuǎn)速和其他參量的關(guān)系為：直流電動機U-IqRLOGO直流電動機的調(diào)速方法 改變電樞電壓調(diào)速是也流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要方法， 調(diào)卩電樞供電電壓或者改變勵磁磁通，都霜耍有專門的可

12、 控直流電源，常用的可控宜流電源有以下三種。1、旋轉(zhuǎn)變流機組。用直流電動機和直流發(fā)電機組成機 組,以獲得可調(diào)的直流電壓。由交流電動機（原動機）拖 動ri流發(fā)電機g來實現(xiàn)變流，由g給需要調(diào)速的百流電動 機M供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流主的大小,就能夠方便 地改變其輸出電圧，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。直流電動機LOGO直流電動機的調(diào)速方法直流電動機LOGO直流電動機LOGO直流電動機LOGO|直流電動機的調(diào)速方法 2、靜止可控整流器用靜止的可控整流器，如晶閘管整流裝置產(chǎn)生可調(diào)的 頁流電壓。勺旋轉(zhuǎn)交流機組裝置相比，晶閘管整流裝置不 僅在經(jīng)濟性和可靠性上有很大提高,而且在技術(shù)性能上也 顯示岀很大的優(yōu)越性，直

13、流電動機LOGO|直流電動機的調(diào)速方法直流電動機LOGO|直流電動機LOGO|LOGO|直流電動機直流電動機的調(diào)速方法 3、直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器用恒定直流電源或可控硅整流電源供電，利用直流斬 波器或脈寬調(diào)制的方法產(chǎn)生川調(diào)的肓流平均電壓。頁流斬 波器又稱直流調(diào)壓器,是利用開關(guān)器件來實現(xiàn)通斷控制, 將點流電源電斥斷續(xù)加到負荷h,通過通斷時間的變化來 改變負荷上的宜流電床平均值，將固定電用的宜流電源變 成平均值可調(diào)的宜流電源，也稱宜直變換器。LOGO|【流電動機直流電動機的調(diào)速方法-6電圧波形LOGO|LOGO| 交流電動機可分為同步電動機和異步電動機兩大類， 交流異步電動機乂稱感應(yīng)電動機，是

14、由氣慷旋轉(zhuǎn)磁場弓轉(zhuǎn) f繞組感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電f轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)電能轉(zhuǎn) 換為機械能的一種交流電動機。片步電動機是各類電動機 中應(yīng)用最廣、需求量最大的一種。 異步電動機的種類很多，常按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和定子繞組相 數(shù)進行分類。按轉(zhuǎn)了結(jié)構(gòu)來分，可分為籠型異步電動機和 繞線型異步電動機；按照定了繞組相數(shù)來分，則有單相異 步電動機、兩相異步電動機和三相異步電動機。交流異步電動機交流異步電動機的工作原理當異步電動機的三相定了繞組通入三和交流電后，將交流異步電動機產(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，電動勢的方向山右手定則來確 定。4）于轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路，轉(zhuǎn)子中便有電流產(chǎn)出

15、，電 流方向與電動勢方向柑同，而載流的轉(zhuǎn)子導體在定子旋轉(zhuǎn) 磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，電磁力的方向可川左下定則確 定。出電磁力進而產(chǎn)牛電磁轉(zhuǎn)矩，阪動電動機旋轉(zhuǎn)，并R 電動機旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。LOGO|交流異步電動機的工作原理交流異步電動機I LOGO |交流異步電動機的結(jié)構(gòu) 異步電動機主要由定了和轉(zhuǎn)了兩大部分組成，定了和 轉(zhuǎn)子Z間存在氣隙，此外，還有端蓋、軸承、機座和風扇 等部件。 1定子。異步電動機的定子由定子鐵心、定子繞組 和機座構(gòu)成。交流異步電動機 2、轉(zhuǎn)子。異步電動機的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞紐 和轉(zhuǎn)軸組成。| LOGO |交流異步電動機的性能特點 1、小型輕量化； 2、易實現(xiàn)轉(zhuǎn)速

16、超過10OOOr/min的高速旋轉(zhuǎn)； 3、高速低轉(zhuǎn)矩時運轉(zhuǎn)效率高； 4、低速時冇高轉(zhuǎn)矩，以及冇寬泛的速度控制范圉; 5、高可靠性（堅固）； 6、制造成木低；7、控制裝置的簡單化。LOGO|交流異步電動機交流異步電動機的控制方法異步電動機是-個多變量（多輸入、多輸岀）系統(tǒng)，交流異步電動機其屮變量電壓（電流）、頻率、磁通、轉(zhuǎn)速Z間又相互影 響，所以其又是強耦合的多變量系統(tǒng)。如何対這樣一個非 線性、多變量、強耦合的復雜系統(tǒng)進行有效控制，成為界 步電動機的研究重點。丨I前對異步電動機的調(diào)速腔制主要 冇矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、轉(zhuǎn)速控制、變頻恒斥控制、 自適應(yīng)控制、效率優(yōu)化控制等。LOGO|交流異步電動機

17、的控制方法矢量控制。該控制方武實現(xiàn)了交流電動機磁通和轉(zhuǎn)矩的解耦控制，使交流傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性有了顯著的改善 ,在提高電動汽乍驅(qū)動器的動態(tài)性能方而，磁場定向控制 得到了較多關(guān)注。矢量控制的基木原理是通過測呈和控制 異步電動機定子電流矢呈，根據(jù)磁場定向原理分別對異步 電動機的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進行控制，從而達到控制異 步電動機轉(zhuǎn)矩的口的。交流異步電動機LOGO|交流異步電動機的控制方法矢量控制貝體原理是將異步電動機的定了電流矢量分交流異步電動機解為產(chǎn)生磁場的電流分量（勵磁電流）和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的電流 分量（轉(zhuǎn)矩電流）分別加以控制，并同時控制兩分量間的 幅值和相位，即控制定子電流矢量，所以稱這種控制方式

18、為矢量控制方式。矢量控制乂有基于轉(zhuǎn)差率控制的矢量控 制方式、無速度傳感器矢最控制方式和冇速度傳感器的矢 量控制方式等。它是一種控制異步電動機的有效方法，與 點流電動機類似，也可得到高速轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。LOGO|交流異步電動機的控制方法也接轉(zhuǎn)矩控制?？偨愚D(zhuǎn)矩控制以轉(zhuǎn)矩為屮心來進行磁鏈、轉(zhuǎn)矩的綜合控制。和矢量控制不同，直接轉(zhuǎn)矩控制不 采用解耦的方式，從而在算法上不存在旋轉(zhuǎn)坐標變換，簡 單地通過檢測電動機定子電壓和電流，借助瞬時空間矢量 理論讓算電動機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)與給定值比較所得 差值，實現(xiàn)磁鏈和轉(zhuǎn)矩的直接控制。LOGOGtl E» 丹退HfC：交流異步電動機 交流異步電動機的控制方法m r比妣11矢討kHN開關(guān)磁阻電動機驅(qū)動系統(tǒng)主要山開關(guān)磁阻電動機、功率轉(zhuǎn)換器、傳感器和控制器四部分組成，開關(guān)磁阻電動機 實現(xiàn)電能向機械能的轉(zhuǎn)化。功率轉(zhuǎn)換器是連接電源和ft動 機的開關(guān)器件，用以提供開關(guān)電動機所需電能。傳感器卞 要用來反饋位置及電流信號，并傳送給控制器。控制器是 系統(tǒng)的屮樞，起決策和指揮作用，主要是針對傳感器提供 的轉(zhuǎn)子位置、速度和電流反饋信息以及外部輸入的指令， 實時加以分析處理，進而采取相應(yīng)的控制決策，控制功率 轉(zhuǎn)換器巾主開關(guān)器件的工作狀態(tài)以控制開關(guān)磁阻電動機。開關(guān)磁阻電動機的工作原理開關(guān)磁阻電動機一般為凸極鐵心結(jié)構(gòu)，其定了、轉(zhuǎn)了均由普通硅鋼片疊壓而成。