新能源汽車第4章 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)

1、.第第 1 頁頁.第第 2 頁頁4.1 概述概述4.2 直流電動機直流電動機4.3 無刷直流電動機無刷直流電動機4.4 異步電動機異步電動機4.5 永磁同步電動機永磁同步電動機4.6 開關(guān)磁阻電動機開關(guān)磁阻電動機4.7 輪轂電機輪轂電機.第第 3 頁頁4.1.1 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的組成與類型電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的組成與類型4.1.2 電動機的額定指標(biāo)電動機的額定指標(biāo)4.1.3 電動汽車對電動機的要求電動汽車對電動機的要求4.1.4 電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 .第第 4 頁頁1電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的組成電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的組成電機驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的心臟

2、，它由電機、功率轉(zhuǎn)化器、電機驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的心臟，它由電機、功率轉(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)是在駕駛員的控制下，高效率地將蓄電池的電量轉(zhuǎn)化為車輪的在駕駛員的控制下，高效率地將蓄電池的電量轉(zhuǎn)化為車輪的動能，或者將車輪的動能反饋到蓄電池中。動能，或者將車輪的動能反饋到蓄電池中。 .第第 5 頁頁2電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的類型電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的類型電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)按所選電動機的類型可分為電動汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)按所選電動機的類型可分為:(1)直流電動機直流電動機;(2)無刷直流電動機無刷直流電動機;(3)異步電動

3、機異步電動機;(4)永磁同步電動機永磁同步電動機;(5)開關(guān)磁阻電動機等。開關(guān)磁阻電動機等。.第第 6 頁頁(1) 額定功率。額定功率是指額定運行情況下軸端輸出的機額定功率。額定功率是指額定運行情況下軸端輸出的機械功率械功率(W或或kW)。(2) 額定電壓。額定電壓是指外加于線端的電源線電壓額定電壓。額定電壓是指外加于線端的電源線電壓(V)。(3) 額定電流。額定電流是指電動機額定運行額定電流。額定電流是指電動機額定運行(額定電壓、額額定電壓、額定輸出功率定輸出功率)情況下電樞繞組情況下電樞繞組(或定子繞組或定子繞組)的線電流的線電流(A)。(4) 額定頻率。額定頻率是指電動機額定運行情況下電

4、樞額定頻率。額定頻率是指電動機額定運行情況下電樞(或或定子側(cè)定子側(cè))的頻率的頻率(Hz)。(5) 額定轉(zhuǎn)速。額定轉(zhuǎn)速是指電動機額定運行額定轉(zhuǎn)速。額定轉(zhuǎn)速是指電動機額定運行(額定電壓、額額定電壓、額定頻率、額定輸出功率定頻率、額定輸出功率)的情況下，電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的情況下，電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(r/min)。.第第 7 頁頁電動汽車在行駛過程中，經(jīng)常頻繁地啟動電動汽車在行駛過程中，經(jīng)常頻繁地啟動/停車、加速停車、加速/減速減速等，這就要求電動汽車中的電動機比一般工業(yè)應(yīng)用的電動機等，這就要求電動汽車中的電動機比一般工業(yè)應(yīng)用的電動機性能更高，基本要求如下：性能更高，基本要求如下： (1) 電動機的運行

5、特性要滿足電動汽車的要求，在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，電動機的運行特性要滿足電動汽車的要求，在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運行時具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足電動汽車起動和爬坡的要求低速運行時具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足電動汽車起動和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時具有高的速度，以滿足電要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時具有高的速度，以滿足電動汽車在平坦的路面能夠高速行駛的要求；動汽車在平坦的路面能夠高速行駛的要求；(2) 電動機應(yīng)具有瞬時功率大、帶負(fù)載啟動性能好、過載能電動機應(yīng)具有瞬時功率大、帶負(fù)載啟動性能好、過載能力強，加速性能好，使用壽命長的特點；力強，加速性能好，使用壽命長的特點；(3) 電動機應(yīng)在整個運行范圍內(nèi)，具有很高的效率，以

6、提高電動機應(yīng)在整個運行范圍內(nèi)，具有很高的效率，以提高一次充電的續(xù)駛里程；一次充電的續(xù)駛里程；.第第 8 頁頁(4) 電動機應(yīng)能夠在汽車減速時實現(xiàn)再生制動，將能量回收電動機應(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，使得電動汽車具有最佳能量的利用率；并反饋給蓄電池，使得電動汽車具有最佳能量的利用率； (5) 電動機應(yīng)可靠性好，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作；電動機應(yīng)可靠性好，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作； (6) 電動機應(yīng)體積小，重量輕，一般為工業(yè)用電動機的電動機應(yīng)體積小，重量輕，一般為工業(yè)用電動機的1/21/3；(7) 電動機的結(jié)構(gòu)要簡單堅固，適合批量生產(chǎn)，便于使用和電動機的結(jié)構(gòu)要

7、簡單堅固，適合批量生產(chǎn)，便于使用和維護；維護；(8) 價格便宜，從而能夠減少整體電動汽車的價格，提高性價格便宜，從而能夠減少整體電動汽車的價格，提高性價比；價比；(9) 運行時噪聲低，減少污染。運行時噪聲低，減少污染。.第第 9 頁頁（1）電機的功率密度不斷提高，永磁電機應(yīng)用范圍不斷擴）電機的功率密度不斷提高，永磁電機應(yīng)用范圍不斷擴大。大。（2）電機的工作轉(zhuǎn)速不斷提高，回饋制動的高效區(qū)不斷拓）電機的工作轉(zhuǎn)速不斷提高，回饋制動的高效區(qū)不斷拓寬。寬。 （3）電驅(qū)動系統(tǒng)的集成化和一體化趨勢更加明顯。）電驅(qū)動系統(tǒng)的集成化和一體化趨勢更加明顯。（4）電驅(qū)動系統(tǒng)的混合度與電功率比不斷增加。）電驅(qū)動系統(tǒng)的混

8、合度與電功率比不斷增加。（5）車用電驅(qū)動控制系統(tǒng)的集成化和數(shù)字化程度不斷加大。）車用電驅(qū)動控制系統(tǒng)的集成化和數(shù)字化程度不斷加大。.第第 10 頁頁4.2.1 直流電動機的分類直流電動機的分類4.2.2 直流電動機的結(jié)構(gòu)與特點直流電動機的結(jié)構(gòu)與特點4.2.3 直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理4.2.4 直流電動機的控制直流電動機的控制.第第 11 頁頁直流電動機分為繞組勵磁式直流電動機和永磁式直流電動機。直流電動機分為繞組勵磁式直流電動機和永磁式直流電動機。在電動汽車所采用的直流電動機中，小功率電動機采用的是在電動汽車所采用的直流電動機中，小功率電動機采用的是永磁式直流電動機，大功率電動

9、機采用的是繞組勵磁式直流永磁式直流電動機，大功率電動機采用的是繞組勵磁式直流電動機。電動機。繞組勵磁式直流電動機根據(jù)勵磁方式的不同，可分為他勵式、繞組勵磁式直流電動機根據(jù)勵磁方式的不同，可分為他勵式、并勵式、串勵式和復(fù)勵式四種類型。并勵式、串勵式和復(fù)勵式四種類型。.第第 12 頁頁1他勵式直流電動機他勵式直流電動機他勵式直流電動機的勵磁繞組與電樞繞組無連接關(guān)系，而由他勵式直流電動機的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。因此勵磁電流不受電樞端電其它直流電源對勵磁繞組供電。因此勵磁電流不受電樞端電壓或電樞電流的影響。永磁直流電動機也可看作他勵直流電壓或電樞電流的影響。永磁

10、直流電動機也可看作他勵直流電動機。動機。他勵直流電動機在運行過程中勵磁磁場穩(wěn)定而且容易控制，他勵直流電動機在運行過程中勵磁磁場穩(wěn)定而且容易控制，容易實現(xiàn)電動汽車的再生制動要求。但當(dāng)采用永磁激勵時，容易實現(xiàn)電動汽車的再生制動要求。但當(dāng)采用永磁激勵時，雖然電動機效率高，重量和體積較小，但由于勵磁磁場固定，雖然電動機效率高，重量和體積較小，但由于勵磁磁場固定，電動機的機械特性不理想，驅(qū)動電動機產(chǎn)生不了足夠大的輸電動機的機械特性不理想，驅(qū)動電動機產(chǎn)生不了足夠大的輸出轉(zhuǎn)矩來滿足電動汽車起動和加速時的大轉(zhuǎn)矩要求。出轉(zhuǎn)矩來滿足電動汽車起動和加速時的大轉(zhuǎn)矩要求。.第第 13 頁頁2并勵直流電動機并勵直流電動機

11、并勵直流電動機的勵磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，共用同一電并勵直流電動機的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基本相同。并勵繞組兩端電壓就源，性能與他勵直流電動機基本相同。并勵繞組兩端電壓就是電樞兩端電壓，但是勵磁繞組用細(xì)導(dǎo)線繞成，其匝數(shù)很多，是電樞兩端電壓，但是勵磁繞組用細(xì)導(dǎo)線繞成，其匝數(shù)很多，因此具有較大的電阻，使得通過它的勵磁電流較小。因此具有較大的電阻，使得通過它的勵磁電流較小。3串勵直流電動機串勵直流電動機串勵直流電動機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流串勵直流電動機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源，這種直流電動機的勵磁電流就是電樞電流。這種電動電源，

12、這種直流電動機的勵磁電流就是電樞電流。這種電動機內(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。為了使勵磁繞組中不致引起大的損耗和電壓降，勵磁繞組的電阻越小越好，組中不致引起大的損耗和電壓降，勵磁繞組的電阻越小越好，所以串勵直流電動機通常用較粗的導(dǎo)線繞成，它的匝數(shù)較少。所以串勵直流電動機通常用較粗的導(dǎo)線繞成，它的匝數(shù)較少。.第第 14 頁頁4復(fù)勵直流電動機復(fù)勵直流電動機復(fù)勵直流電動機有并勵和串勵兩個勵磁繞組，電動機的磁通復(fù)勵直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)生的磁通勢與由兩個繞組內(nèi)的勵磁電流產(chǎn)生。若

13、串勵繞組產(chǎn)生的磁通勢與并勵繞組產(chǎn)生的磁通勢方向相同稱為積復(fù)勵。若兩個磁通勢并勵繞組產(chǎn)生的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。方向相反，則稱為差復(fù)勵。復(fù)勵直流電動機的永磁勵磁部分采用高磁性材料釹鐵硼，運復(fù)勵直流電動機的永磁勵磁部分采用高磁性材料釹鐵硼，運行效率高。由于電動機永磁勵磁部分有穩(wěn)定的磁場，因此用行效率高。由于電動機永磁勵磁部分有穩(wěn)定的磁場，因此用該類電動機構(gòu)成驅(qū)動系統(tǒng)時易實現(xiàn)再生制動功能。同時由于該類電動機構(gòu)成驅(qū)動系統(tǒng)時易實現(xiàn)再生制動功能。同時由于電動機增加了增磁繞組，通過控制勵磁繞組的勵磁電流或勵電動機增加了增磁繞組，通過控制勵磁繞組的勵磁電流或勵磁磁場的大

14、小，能克服純永磁他勵直流電動機不能產(chǎn)生足夠磁磁場的大小，能克服純永磁他勵直流電動機不能產(chǎn)生足夠的輸出轉(zhuǎn)矩來滿足電動汽車低速或爬坡時的大轉(zhuǎn)矩要求，而的輸出轉(zhuǎn)矩來滿足電動汽車低速或爬坡時的大轉(zhuǎn)矩要求，而電動機的重量或體積比串勵電動機的小。電動機的重量或體積比串勵電動機的小。.第第 15 頁頁各種勵磁方式直流電動機的電路如圖所示。各種勵磁方式直流電動機的電路如圖所示。 .第第 16 頁頁1直流電動機的結(jié)構(gòu)直流電動機的結(jié)構(gòu)直流電動機由定子與轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成，定子和轉(zhuǎn)子之間的直流電動機由定子與轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成，定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙稱為氣隙。間隙稱為氣隙。 .第第 17 頁頁2直流電動機的特點直流電動機的

15、特點(1) 調(diào)速性能好。直流電動機可以在重負(fù)載條件下，實現(xiàn)均調(diào)速性能好。直流電動機可以在重負(fù)載條件下，實現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。勻、平滑的無級調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。(2) 起動力矩大?？梢跃鶆蚨?jīng)濟地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，因此，起動力矩大?？梢跃鶆蚨?jīng)濟地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，因此，凡是在重負(fù)載下起動或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機械，例如大型凡是在重負(fù)載下起動或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機械，例如大型可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等，都可用直流電動可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等，都可用直流電動機拖動。機拖動。(3) 控制比較簡單。一般用斬波器控制，它具有高效率、控控制比較簡單。一般用斬波器控制，

16、它具有高效率、控制靈活、重量輕、體積小、響應(yīng)快等優(yōu)點。制靈活、重量輕、體積小、響應(yīng)快等優(yōu)點。(4) 有易損件。由于存在電刷、換向器等易磨損器件，所以有易損件。由于存在電刷、換向器等易磨損器件，所以必須進行定期維護或更換。必須進行定期維護或更換。.第第 18 頁頁直流電動機的工作原理圖所示。圖中，定子有一對直流電動機的工作原理圖所示。圖中，定子有一對N、S極，極，電樞繞組的末端分別接到兩個換向片上，正、負(fù)電刷電樞繞組的末端分別接到兩個換向片上，正、負(fù)電刷A和和B分分別與兩個換向片接觸。別與兩個換向片接觸。.第第 19 頁頁直流電動機轉(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直流電動機轉(zhuǎn)

17、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。阻控制。電樞調(diào)壓控制是指通過改變電樞的端電壓來控制電動機的轉(zhuǎn)速。這種控電樞調(diào)壓控制是指通過改變電樞的端電壓來控制電動機的轉(zhuǎn)速。這種控制只適合電動機基速以下的轉(zhuǎn)速控制，它可保持電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，制只適合電動機基速以下的轉(zhuǎn)速控制，它可保持電動機的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電動機轉(zhuǎn)速近似與電樞端電壓成比例變化，所以稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。直流電電動機轉(zhuǎn)速近似與電樞端電壓成比例變化，所以稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。直流電動機采用電樞調(diào)壓控制可實現(xiàn)在寬廣范圍內(nèi)的連續(xù)平滑的速度控制，調(diào)速動機采用電樞調(diào)壓控制可實現(xiàn)在寬廣范圍內(nèi)的連續(xù)平滑的速度控制，調(diào)速比一般可達比一般可達1:1

18、0，如果與磁場控制配合使用，調(diào)速比可達，如果與磁場控制配合使用，調(diào)速比可達1:30。電樞調(diào)壓。電樞調(diào)壓控制的調(diào)速過程：當(dāng)磁通保持不變時，減小電壓，由于轉(zhuǎn)速不立即發(fā)生變控制的調(diào)速過程：當(dāng)磁通保持不變時，減小電壓，由于轉(zhuǎn)速不立即發(fā)生變化，反電動勢也暫時不變化，由于電樞電流減小了，轉(zhuǎn)矩也減小了。如果化，反電動勢也暫時不變化，由于電樞電流減小了，轉(zhuǎn)矩也減小了。如果阻轉(zhuǎn)矩未變，則轉(zhuǎn)速下降。隨著轉(zhuǎn)速的降低，反電動勢減小，電樞電流和阻轉(zhuǎn)矩未變，則轉(zhuǎn)速下降。隨著轉(zhuǎn)速的降低，反電動勢減小，電樞電流和轉(zhuǎn)矩就隨著增大，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)較原轉(zhuǎn)矩就隨著增大，直到轉(zhuǎn)矩與阻轉(zhuǎn)矩再次平衡為止，但這

19、時轉(zhuǎn)速已經(jīng)較原來降低了。來降低了。.第第 20 頁頁磁場控制是指通過調(diào)節(jié)直流電動機的勵磁電流改變每極磁通量，從而調(diào)磁場控制是指通過調(diào)節(jié)直流電動機的勵磁電流改變每極磁通量，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，這種控制只適合電動機基數(shù)以上的控制。當(dāng)電樞電流不節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，這種控制只適合電動機基數(shù)以上的控制。當(dāng)電樞電流不變時，具有恒功率調(diào)速特性。磁場控制效率高，但調(diào)速范圍小，一般不超變時，具有恒功率調(diào)速特性。磁場控制效率高，但調(diào)速范圍小，一般不超過過1:3，而且響應(yīng)速度較慢。磁場控制可采用可變電阻器，也可采用可控，而且響應(yīng)速度較慢。磁場控制可采用可變電阻器，也可采用可控整流電源作為勵磁電源。整流電源作為勵磁電源

20、。磁場控制的調(diào)速過程：當(dāng)電壓保持恒定時，減小磁通，由于機械慣性，磁場控制的調(diào)速過程：當(dāng)電壓保持恒定時，減小磁通，由于機械慣性，轉(zhuǎn)速不立即發(fā)生變化，于是反電動勢減小，電樞電流隨之增加。由于電樞轉(zhuǎn)速不立即發(fā)生變化，于是反電動勢減小，電樞電流隨之增加。由于電樞電流增加的影響超過磁通減小的影響，所以轉(zhuǎn)矩也就增加。如果阻轉(zhuǎn)矩未電流增加的影響超過磁通減小的影響，所以轉(zhuǎn)矩也就增加。如果阻轉(zhuǎn)矩未變，則轉(zhuǎn)速上升。隨著轉(zhuǎn)速的升高，反電動勢增大，電樞電流和轉(zhuǎn)矩也隨變，則轉(zhuǎn)速上升。隨著轉(zhuǎn)速的升高，反電動勢增大，電樞電流和轉(zhuǎn)矩也隨著減小，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。著減小，直到轉(zhuǎn)矩和阻轉(zhuǎn)矩

21、再次平衡為止，但這時轉(zhuǎn)速已經(jīng)較原來升高了。.第第 21 頁頁電樞回路串電阻控制是指當(dāng)電動機的勵磁電流不變時，通過電樞回路串電阻控制是指當(dāng)電動機的勵磁電流不變時，通過改變電樞回路電阻來調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。這種控制方法的機改變電樞回路電阻來調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。這種控制方法的機械特性較軟，而且電動機運行不穩(wěn)定，一般很少應(yīng)用。對于械特性較軟，而且電動機運行不穩(wěn)定，一般很少應(yīng)用。對于小型串勵電動機，常采用電樞回路串電阻控制方式。小型串勵電動機，常采用電樞回路串電阻控制方式。.第第 22 頁頁4.3.1 無刷直流電動機的分類無刷直流電動機的分類4.3.2 無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)與特點無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)與特點4

22、.3.3 無刷直流電動機的工作原理無刷直流電動機的工作原理4.3.4 無刷直流電動機的控制無刷直流電動機的控制.第第 23 頁頁無刷直流電動機按照工作特性，可以分為具有直流電動機特性的無刷直無刷直流電動機按照工作特性，可以分為具有直流電動機特性的無刷直流電動機和具有交流電動機特性的無刷直流電動機。流電動機和具有交流電動機特性的無刷直流電動機。具有直流電動機特性的無刷直流電動機，反電動勢波形和供電電流波形具有直流電動機特性的無刷直流電動機，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步電動機。這類電動機由直流電源供電，都是矩形波，所以又稱為矩形波同步電動機。這類電動機由直流電源供電，

23、借助位置傳感器來檢測主轉(zhuǎn)子的位置，由所檢測出的信號去觸發(fā)相應(yīng)的電借助位置傳感器來檢測主轉(zhuǎn)子的位置，由所檢測出的信號去觸發(fā)相應(yīng)的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具有有刷直子換相線路以實現(xiàn)無接觸式換相。顯然，這種無刷直流電動機具有有刷直流電動機的各種運行特性。流電動機的各種運行特性。具有交流電動機特性的無刷直流電動機，反電動勢波形和供電電流波形具有交流電動機特性的無刷直流電動機，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步電動機。這類電動機也由直流電源供都是正弦波，所以又稱為正弦波同步電動機。這類電動機也由直流電源供電，但通過逆變器將直流電變換成交流電，然后去

24、驅(qū)動一般的同步電動機。電，但通過逆變器將直流電變換成交流電，然后去驅(qū)動一般的同步電動機。因此，它們具有同步電動機的各種運行特性。因此，它們具有同步電動機的各種運行特性。.第第 24 頁頁1無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)無刷直流電動機主要由電動機本體、電子換相器和轉(zhuǎn)子位置無刷直流電動機主要由電動機本體、電子換相器和轉(zhuǎn)子位置傳感器三部分組成。傳感器三部分組成。(1) 電動機本體。無刷直流電動機的電動機本體由定子和轉(zhuǎn)電動機本體。無刷直流電動機的電動機本體由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。子兩部分組成。 (2) 電子換相器。電子換相器是由功率開關(guān)和位置信號處理電子換相器。電子換相器是由功率開關(guān)和位置信

25、號處理電路構(gòu)成，主要用來控制定子各繞組通電的順序和時間。電路構(gòu)成，主要用來控制定子各繞組通電的順序和時間。 (3) 位置傳感器。位置傳感器在無刷直流電動機中起著檢測位置傳感器。位置傳感器在無刷直流電動機中起著檢測轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為功率開關(guān)電路提供正確的換相信息，轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為功率開關(guān)電路提供正確的換相信息，即將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)位置信號處理電即將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)位置信號處理電路處理后控制定子繞組換相。路處理后控制定子繞組換相。 .第第 25 頁頁無刷直流電動機實物圖。無刷直流電動機實物圖。 .第第 26 頁頁無刷直流電動機作為電動汽車用電動機，具有

26、以下優(yōu)點：無刷直流電動機作為電動汽車用電動機，具有以下優(yōu)點：(1) 外特性好，非常符合電動汽車的負(fù)載特性，尤其是具有外特性好，非常符合電動汽車的負(fù)載特性，尤其是具有低速大轉(zhuǎn)矩特性，能夠提供大的起動轉(zhuǎn)矩，滿足電動汽車的低速大轉(zhuǎn)矩特性，能夠提供大的起動轉(zhuǎn)矩，滿足電動汽車的加速要求；加速要求；(2) 可以在低、中、高寬速度范圍內(nèi)運行，而有刷電動機由可以在低、中、高寬速度范圍內(nèi)運行，而有刷電動機由于受機械換向的影響，只能在中低速下運行；于受機械換向的影響，只能在中低速下運行；(3) 效率高，尤其是在輕載車況下，仍能保持較高的效率，效率高，尤其是在輕載車況下，仍能保持較高的效率，這對珍貴的電池能量是很重

27、要的；這對珍貴的電池能量是很重要的；(4) 過載能力強，比過載能力強，比Y系列電動機可提高過載能力系列電動機可提高過載能力2倍以上，倍以上，滿足電動汽車的突起堵轉(zhuǎn)需要；滿足電動汽車的突起堵轉(zhuǎn)需要；.第第 27 頁頁(5) 再生制動效果好，因無刷直流電動機轉(zhuǎn)子具有很高的永久再生制動效果好，因無刷直流電動機轉(zhuǎn)子具有很高的永久磁場，在汽車下坡或制動時電動機可完全進入發(fā)電機狀態(tài)，給磁場，在汽車下坡或制動時電動機可完全進入發(fā)電機狀態(tài)，給電池充電，同時起到電制動作用，減輕機械剎車負(fù)擔(dān)；電池充電，同時起到電制動作用，減輕機械剎車負(fù)擔(dān)；(6) 體積小、重量輕、比功率大，可有效地減輕重量、節(jié)省空體積小、重量輕、

28、比功率大，可有效地減輕重量、節(jié)省空間；間；(7) 無機械換向器，采用全封閉式結(jié)構(gòu)，防止塵土進入電動機無機械換向器，采用全封閉式結(jié)構(gòu)，防止塵土進入電動機內(nèi)部，可靠性高；內(nèi)部，可靠性高；(8) 控制系統(tǒng)比異步電動機簡單?？刂葡到y(tǒng)比異步電動機簡單。缺點是電動機本身比交流電動機復(fù)雜，控制器比有刷直流電缺點是電動機本身比交流電動機復(fù)雜，控制器比有刷直流電動機復(fù)雜。動機復(fù)雜。.第第 28 頁頁無刷直流電動機的工作原理與有刷直流電動機的工作原理基本相同。它無刷直流電動機的工作原理與有刷直流電動機的工作原理基本相同。它是利用電動機轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出信號控制電子換向線路去驅(qū)動逆變器的是利用電動機轉(zhuǎn)子位置傳感器輸

29、出信號控制電子換向線路去驅(qū)動逆變器的功率開關(guān)器件，使電樞繞組依次饋電，從而在定子上產(chǎn)生跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁功率開關(guān)器件，使電樞繞組依次饋電，從而在定子上產(chǎn)生跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場，拖動電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。同時，隨著電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子位置傳感場，拖動電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。同時，隨著電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子位置傳感器又不斷送出位置信號，以不斷的改變電樞繞組的通電狀態(tài)，使得在某一器又不斷送出位置信號，以不斷的改變電樞繞組的通電狀態(tài)，使得在某一磁極下導(dǎo)體中的電流方向保持不變，這樣電動機就旋轉(zhuǎn)起來了。磁極下導(dǎo)體中的電流方向保持不變，這樣電動機就旋轉(zhuǎn)起來了。.第第 29 頁頁按照獲取轉(zhuǎn)子位置信息的方法劃分，無刷直流電動機的控

30、制按照獲取轉(zhuǎn)子位置信息的方法劃分，無刷直流電動機的控制方法可以分為有位置傳感器控制和無位置傳感器控制兩種。方法可以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定子上安裝位有位置傳感器控制方法是指在無刷直流電動機定子上安裝位置傳感器來檢測轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中的位置，將轉(zhuǎn)子磁極的位置置傳感器來檢測轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中的位置，將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號，為電子換相電路提供正確的換相信息，信號轉(zhuǎn)換成電信號，為電子換相電路提供正確的換相信息，以此控制電子換相電路中的功率開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，保證電以此控制電子換相電路中的功率開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，保證電動機各相按順序?qū)?，在空間

31、形成跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動動機各相按順序?qū)?，在空間形成跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動永磁轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。無刷直流電動機中常用的位置傳永磁轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。無刷直流電動機中常用的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。式位置傳感器等。.第第 30 頁頁無刷直流電動機的無位置傳感器控制，無需安裝傳感器，使用場合廣，無刷直流電動機的無位置傳感器控制，無需安裝傳感器，使用場合廣，相對于有位置傳感器方法有較大的優(yōu)勢，因此，無刷直流電動機的無位置相對于有位置傳感器方法有較大的優(yōu)勢，因此，無刷直流電動機的無位置傳感器控制近

32、年來己成為研究的熱點。無刷直流電動機的無位置傳感器控傳感器控制近年來己成為研究的熱點。無刷直流電動機的無位置傳感器控制中，不直接使用轉(zhuǎn)子位置傳感器，但在電動機運轉(zhuǎn)過程中，仍然需要轉(zhuǎn)制中，不直接使用轉(zhuǎn)子位置傳感器，但在電動機運轉(zhuǎn)過程中，仍然需要轉(zhuǎn)子位置信號，以控制電動機換相。因此，如何通過軟硬件間接獲得可靠的子位置信號，以控制電動機換相。因此，如何通過軟硬件間接獲得可靠的轉(zhuǎn)子位置信號，成為無刷直流電動機無位置傳感器控制的關(guān)鍵。為此，國轉(zhuǎn)子位置信號，成為無刷直流電動機無位置傳感器控制的關(guān)鍵。為此，國內(nèi)外的研究人員在這方面作了大量的研究工作，提出了多種轉(zhuǎn)子位置信號內(nèi)外的研究人員在這方面作了大量的研究

33、工作，提出了多種轉(zhuǎn)子位置信號檢測方法，大多是利用檢測定子電壓、電流等容易獲取的物理量實現(xiàn)轉(zhuǎn)子檢測方法，大多是利用檢測定子電壓、電流等容易獲取的物理量實現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的估算。歸納起來，可以分為反電動勢法、電感法、狀態(tài)觀測器法、位置的估算。歸納起來，可以分為反電動勢法、電感法、狀態(tài)觀測器法、電動機方程計算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。、磁敏晶體管位置傳感器、光電電動機方程計算法、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。式位置傳感器等。.第第 31 頁頁4.4.1 異步電動機的結(jié)構(gòu)與特點異步電動機的結(jié)構(gòu)與特點4.4.2 異步電動機的工作原理與運行特性異步電動機的工作原理與運行特性4.4.3

34、 異步電動機的控制異步電動機的控制.第第 32 頁頁 1異步電動機的結(jié)構(gòu)異步電動機的結(jié)構(gòu) 異步電動機主要由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成，異步電動機主要由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定子和轉(zhuǎn)子之間存在氣隙，此外，還有端蓋、軸承、機座和定子和轉(zhuǎn)子之間存在氣隙，此外，還有端蓋、軸承、機座和風(fēng)扇等部件。風(fēng)扇等部件。 .第第 33 頁頁 2異步電動機的特點異步電動機的特點 異步電動機的基本特點是，轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源相連，其定子電流異步電動機的基本特點是，轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源相連，其定子電流直接取自交流電力系統(tǒng)；與其它電動機相比，異步電動機的結(jié)構(gòu)簡單，直接取自交流電力系統(tǒng)；與其它電動機

35、相比，異步電動機的結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用、維護方便，運行可靠性高，重量輕，成本低。以三相異步制造、使用、維護方便，運行可靠性高，重量輕，成本低。以三相異步電動機為例，與同功率、同轉(zhuǎn)速的直流電動機相比，前者重量只及后者電動機為例，與同功率、同轉(zhuǎn)速的直流電動機相比，前者重量只及后者的二分之一，成本僅為三分之一。異步電動機還容易按不同環(huán)境條件的的二分之一，成本僅為三分之一。異步電動機還容易按不同環(huán)境條件的要求，派生出各種系列產(chǎn)品。它還具有接近恒速的負(fù)載特性，能滿足大要求，派生出各種系列產(chǎn)品。它還具有接近恒速的負(fù)載特性，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械拖動的要求。多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械拖動的要求。 異步電動機的局

36、限性是，它的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速有固定的轉(zhuǎn)異步電動機的局限性是，它的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速有固定的轉(zhuǎn)差率，因而調(diào)速性能較差，在要求有較寬廣的平滑調(diào)速范圍的使用場合，差率，因而調(diào)速性能較差，在要求有較寬廣的平滑調(diào)速范圍的使用場合，不如直流電動機經(jīng)濟、方便。此外，異步電動機運行時，從電力系統(tǒng)吸不如直流電動機經(jīng)濟、方便。此外，異步電動機運行時，從電力系統(tǒng)吸取無功功率以勵磁，這會導(dǎo)致電力系統(tǒng)的功率因數(shù)變壞。因此，在大功取無功功率以勵磁，這會導(dǎo)致電力系統(tǒng)的功率因數(shù)變壞。因此，在大功率、低轉(zhuǎn)速場合不如用同步電動機合理。率、低轉(zhuǎn)速場合不如用同步電動機合理。.第第 34 頁頁 1. 異步電動機的工作

37、原理異步電動機的工作原理 當(dāng)異步電動機的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，當(dāng)異步電動機的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，電動勢的方向由右手定則來確定。由于轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路，轉(zhuǎn)子中便有電流的方向由右手定則來確定。由于轉(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，而載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生，電流方向與電動勢方向相同，而載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，電磁力的方向可用左手定則確定。由電磁力進而作用下將產(chǎn)生

38、電磁力，電磁力的方向可用左手定則確定。由電磁力進而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)，并且電動機旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)，并且電動機旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。相同。 .第第 35 頁頁 2. 異步電動機的運行特性異步電動機的運行特性 異步電動機的運行特性包括異步電動機的運行特性包括工作特性和機械特性。工作特性和機械特性。 異步電動機的工作特性是指異步電動機的工作特性是指電動機在保持額度電壓和額電動機在保持額度電壓和額定頻率不變的情況下，電動定頻率不變的情況下，電動機的轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、定子機的轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、定子電流、效率和功率因數(shù)隨輸電流、效率和功率因數(shù)隨輸出功率變化的特

39、性。一般通出功率變化的特性。一般通過負(fù)載試驗來測取。圖是異過負(fù)載試驗來測取。圖是異步電動機的工作特性。步電動機的工作特性。.第第 36 頁頁 異步電動機的機械特性分為異步電動機的機械特性分為自然機械特性和人為機械特自然機械特性和人為機械特性。性。 在電源電壓和電源頻率恒定在電源電壓和電源頻率恒定且定、轉(zhuǎn)子回路不接入任何且定、轉(zhuǎn)子回路不接入任何附加設(shè)備時的機械特性稱為附加設(shè)備時的機械特性稱為自然機械特性，自然機械特性， .第第 37 頁頁 電源電壓、電源頻率、電動電源電壓、電源頻率、電動機極對數(shù)、定子或轉(zhuǎn)子回路機極對數(shù)、定子或轉(zhuǎn)子回路接入其它附屬設(shè)備，其中任接入其它附屬設(shè)備，其中任意一項改變得到

40、的機械特性意一項改變得到的機械特性稱為人為機械特性。稱為人為機械特性。 由于電源頻率不變，所以同由于電源頻率不變，所以同步轉(zhuǎn)速點不變，電磁轉(zhuǎn)矩與步轉(zhuǎn)速點不變，電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成比例變化，電源電壓的平方成比例變化，但各條曲線的最大轉(zhuǎn)矩點對但各條曲線的最大轉(zhuǎn)矩點對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率基本保持不變。應(yīng)的轉(zhuǎn)差率基本保持不變。 .第第 38 頁頁 目前對異步電動機的調(diào)速控制主要有恒壓頻比開環(huán)控制、轉(zhuǎn)目前對異步電動機的調(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。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磁通而沒有控制電恒壓頻比開環(huán)控制實際上只控制了電

41、動機磁通而沒有控制電動機的轉(zhuǎn)矩，采用這樣的控制系統(tǒng)對異步電動機來講根本談動機的轉(zhuǎn)矩，采用這樣的控制系統(tǒng)對異步電動機來講根本談不上控制性能，通常只用于對調(diào)速性能要求一般的通用變頻不上控制性能，通常只用于對調(diào)速性能要求一般的通用變頻器上。器上。 轉(zhuǎn)差控制是根據(jù)異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差頻率的關(guān)系來直轉(zhuǎn)差控制是根據(jù)異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差頻率的關(guān)系來直接控制電動機的轉(zhuǎn)矩的，可以在一定的轉(zhuǎn)差頻率范圍內(nèi)、一接控制電動機的轉(zhuǎn)矩的，可以在一定的轉(zhuǎn)差頻率范圍內(nèi)、一定程度上通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差來控制電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，從而改善定程度上通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差來控制電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，從而改善調(diào)速系統(tǒng)的控制性能，但其控制理論是建立在異步電

42、動機的調(diào)速系統(tǒng)的控制性能，但其控制理論是建立在異步電動機的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的，它適合于電動機轉(zhuǎn)速變化緩慢或者穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的，它適合于電動機轉(zhuǎn)速變化緩慢或者對動態(tài)性能要求不高的場合。對動態(tài)性能要求不高的場合。.第第 39 頁頁 1異步電動機的矢量控制異步電動機的矢量控制 矢量控制理論采用矢量分析的方法來分析交流電動機內(nèi)部的矢量控制理論采用矢量分析的方法來分析交流電動機內(nèi)部的電磁過程，是建立在交流電動機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的控電磁過程，是建立在交流電動機的動態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的控制方法。它模仿對直流電動機的控制技術(shù)，將交流電動機的制方法。它模仿對直流電動機的控制技術(shù)，將交流電動機的定子電流解

43、耦成互相獨立的產(chǎn)生磁鏈的分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的分定子電流解耦成互相獨立的產(chǎn)生磁鏈的分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的分量。分別控制這兩個分量就可以實現(xiàn)對交流電動機的磁鏈控量。分別控制這兩個分量就可以實現(xiàn)對交流電動機的磁鏈控制和轉(zhuǎn)矩控制的完全解耦，從而達到理想的動態(tài)性能。制和轉(zhuǎn)矩控制的完全解耦，從而達到理想的動態(tài)性能。 (1) 異步電動機矢量控制方式的選擇。異步電動機矢量控制異步電動機矢量控制方式的選擇。異步電動機矢量控制是基于磁場定向的方法，其調(diào)速控制系統(tǒng)的方式比較復(fù)雜，是基于磁場定向的方法，其調(diào)速控制系統(tǒng)的方式比較復(fù)雜，常用的控制策略有以下常用的控制策略有以下4種。轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制原理；種。轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制

44、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。場定向矢量控制原理。 .第第 40 頁頁 (2) 異步電動機矢量控制的特點。矢量控制變頻器可以分別異步電動機矢量控制的特點。矢量控制變頻器可以分別對異步電動機的磁通和轉(zhuǎn)矩電流進行檢測和控制，自動改變對異步電動機的磁通和轉(zhuǎn)矩電流進行檢測和控制，自動改變電壓和頻率，使指令值和檢測實際值達到一致，從而實現(xiàn)了電壓和頻率，使指令值和檢測實際值達到一致，從而實現(xiàn)了變頻調(diào)速，大大提高了電動機控制靜態(tài)精度和動態(tài)品質(zhì)。轉(zhuǎn)變頻調(diào)速，大大提高了電動機控制靜態(tài)精度和動態(tài)品質(zhì)。轉(zhuǎn)速精度約等于

45、速精度約等于0.5%，轉(zhuǎn)速響應(yīng)也較快。采用矢量變頻器異，轉(zhuǎn)速響應(yīng)也較快。采用矢量變頻器異步電動機變頻調(diào)速是可以達到控制結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高的效步電動機變頻調(diào)速是可以達到控制結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高的效果。其主要表現(xiàn)在：可以從零轉(zhuǎn)速起進行速度控制，因此調(diào)果。其主要表現(xiàn)在：可以從零轉(zhuǎn)速起進行速度控制，因此調(diào)速范圍很寬廣；可以對轉(zhuǎn)矩實行較為精確控制；系統(tǒng)的動態(tài)速范圍很寬廣；可以對轉(zhuǎn)矩實行較為精確控制；系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)速度很快；電動機的加速度特性很好。響應(yīng)速度很快；電動機的加速度特性很好。.第第 41 頁頁 2. 異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制是將電動機輸出轉(zhuǎn)矩作為直接控制對象，通過

46、直接轉(zhuǎn)矩控制是將電動機輸出轉(zhuǎn)矩作為直接控制對象，通過控制定子磁場向量控制電動機轉(zhuǎn)速。它不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變控制定子磁場向量控制電動機轉(zhuǎn)速。它不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換，也不需要依賴轉(zhuǎn)子數(shù)學(xué)模型，只是通過控制換，也不需要依賴轉(zhuǎn)子數(shù)學(xué)模型，只是通過控制PWM型逆型逆變器的導(dǎo)通和切換方式，控制電動機的瞬時輸入電壓，改變變器的導(dǎo)通和切換方式，控制電動機的瞬時輸入電壓，改變磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度來控制瞬時轉(zhuǎn)矩，使系統(tǒng)性能對轉(zhuǎn)子參數(shù)呈磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度來控制瞬時轉(zhuǎn)矩，使系統(tǒng)性能對轉(zhuǎn)子參數(shù)呈現(xiàn)魯棒性。并且這種方法被推廣到弱磁調(diào)速范圍。逆變器的現(xiàn)魯棒性。并且這種方法被推廣到弱磁調(diào)速范圍。逆變器的PWM采用電壓空間向量控制方式，性

47、能優(yōu)越。但同時不可采用電壓空間向量控制方式，性能優(yōu)越。但同時不可避免地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動，調(diào)速性能降低的問題。該方法對逆變避免地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動，調(diào)速性能降低的問題。該方法對逆變器開關(guān)頻率提高的限制較大，定子電阻對電動機低速性能也器開關(guān)頻率提高的限制較大，定子電阻對電動機低速性能也有較大影響，如在低速區(qū)，定子電阻變化引起的定子電流和有較大影響，如在低速區(qū)，定子電阻變化引起的定子電流和磁鏈的畸變，以及轉(zhuǎn)矩脈動、死區(qū)效應(yīng)和開關(guān)頻率等問題。磁鏈的畸變，以及轉(zhuǎn)矩脈動、死區(qū)效應(yīng)和開關(guān)頻率等問題。.第第 42 頁頁 (1)異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理。它主要包括磁鏈調(diào)節(jié)異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原

48、理。它主要包括磁鏈調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器、磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器等。其中磁鏈觀測器器、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器、磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器等。其中磁鏈觀測器對磁鏈的觀測是否準(zhǔn)確對整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著舉足輕重的作用，對磁鏈的觀測是否準(zhǔn)確對整個控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著舉足輕重的作用，而開關(guān)策略和磁鏈、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)是先進控制算法的核心部分。而開關(guān)策略和磁鏈、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)是先進控制算法的核心部分。.第第 43 頁頁 (2) 直接轉(zhuǎn)矩控制的特點直接轉(zhuǎn)矩控制的特點 直接轉(zhuǎn)矩控制所需要的信號處理工作特別簡單，所用的控制信號使觀直接轉(zhuǎn)矩控制所需要的信號處理工作特別簡單，所用的控制信號使觀察者對于交流電動機的物理過程能夠做出直接

49、和明確的判斷。察者對于交流電動機的物理過程能夠做出直接和明確的判斷。 直接轉(zhuǎn)矩控制大大減少了矢量控制技術(shù)中控制性能易受參數(shù)變化影響直接轉(zhuǎn)矩控制大大減少了矢量控制技術(shù)中控制性能易受參數(shù)變化影響的問題。的問題。 直接轉(zhuǎn)矩控制并非極力獲得理想的正弦波波形，也不專門強調(diào)磁鏈完直接轉(zhuǎn)矩控制并非極力獲得理想的正弦波波形，也不專門強調(diào)磁鏈完全理想圓形軌跡。相反，從控制轉(zhuǎn)矩的角度出發(fā)，它強調(diào)的是轉(zhuǎn)矩的直全理想圓形軌跡。相反，從控制轉(zhuǎn)矩的角度出發(fā)，它強調(diào)的是轉(zhuǎn)矩的直接控制效果，因而它采用離散的電壓狀態(tài)和六邊形磁鏈軌跡或近似圓形接控制效果，因而它采用離散的電壓狀態(tài)和六邊形磁鏈軌跡或近似圓形磁鏈軌跡的概念。磁鏈軌跡

50、的概念。 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)對轉(zhuǎn)矩實行直接控制。它的控制效果不取決于電動直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)對轉(zhuǎn)矩實行直接控制。它的控制效果不取決于電動機的數(shù)學(xué)模型是否能夠簡化，而是取決于轉(zhuǎn)矩的實際狀況，它的控制既機的數(shù)學(xué)模型是否能夠簡化，而是取決于轉(zhuǎn)矩的實際狀況，它的控制既直接又簡化。直接又簡化。.第第 44 頁頁 4.5.1 永磁同步電動機的結(jié)構(gòu)與特點永磁同步電動機的結(jié)構(gòu)與特點 4.5.2 永磁同步電動機的工作原理與運行特性永磁同步電動機的工作原理與運行特性 4.5.3 永磁同步電動機的控制永磁同步電動機的控制.第第 45 頁頁 永磁同步電動機分為正弦波驅(qū)動電流的永磁同步電動機和方永磁同步電動機分為正弦波驅(qū)動電

51、流的永磁同步電動機和方波驅(qū)動電流的永磁同步電動機。這里介紹的主要是三相正弦波驅(qū)動電流的永磁同步電動機。這里介紹的主要是三相正弦波驅(qū)動的永磁同步電動機。波驅(qū)動的永磁同步電動機。 永磁同步電動機的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，和傳統(tǒng)電動機一樣，永磁同步電動機的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，和傳統(tǒng)電動機一樣，主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成。主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成。.第第 46 頁頁 按照永磁體在轉(zhuǎn)子上位置的不同，永磁同步電動機的磁極結(jié)按照永磁體在轉(zhuǎn)子上位置的不同，永磁同步電動機的磁極結(jié)構(gòu)可分為表面式和內(nèi)置式二種。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，永磁體表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)

52、。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)子鐵心的外表面上，永磁體提供磁通常呈瓦片形，并位于轉(zhuǎn)子鐵心的外表面上，永磁體提供磁通的方向為徑向。表面式結(jié)構(gòu)又分為凸出式和嵌入式兩種，通的方向為徑向。表面式結(jié)構(gòu)又分為凸出式和嵌入式兩種，如圖所示。如圖所示。 .第第 47 頁頁 (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)方向的相互關(guān)系，內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)又可分為徑向式、切向式和向的相互關(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。混合式三種。 .第第 48 頁頁 永磁同步電動機與其它電動機相比，具有以下優(yōu)點：永磁同步電動機與其它

53、電動機相比，具有以下優(yōu)點： (1) 用永磁體取代繞線式同步電動機轉(zhuǎn)子中的勵磁繞組，從用永磁體取代繞線式同步電動機轉(zhuǎn)子中的勵磁繞組，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，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；結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠； (2) 永磁同步電動機的轉(zhuǎn)速與電源頻率間始終保持準(zhǔn)確的同永磁同步電動機的轉(zhuǎn)速與電源頻率間始終保持準(zhǔn)確的同步關(guān)系，控制電源頻率就能控制電動機的轉(zhuǎn)速；步關(guān)系，控制電源頻率就能控制電動機的轉(zhuǎn)速； (3) 永磁同步電動機具有較硬的機械特性，對于因負(fù)載的變永磁同步電動機具有較硬的機械特性，對于因負(fù)載的變化而引起的電動機轉(zhuǎn)矩的擾

54、動具有較強的承受能力，瞬間最化而引起的電動機轉(zhuǎn)矩的擾動具有較強的承受能力，瞬間最大轉(zhuǎn)矩可以達到額定轉(zhuǎn)矩的三倍以上，適合在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化大轉(zhuǎn)矩可以達到額定轉(zhuǎn)矩的三倍以上，適合在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化較大的工況下運行；較大的工況下運行； .第第 49 頁頁 (4) 永磁電動機轉(zhuǎn)子為永久磁鐵無需勵磁，因此電動機可以永磁電動機轉(zhuǎn)子為永久磁鐵無需勵磁，因此電動機可以在很低的轉(zhuǎn)速下保持同步運行，調(diào)速范圍寬；在很低的轉(zhuǎn)速下保持同步運行，調(diào)速范圍寬； (5) 永磁同步電動機與異步電動機相比，不需要無功勵磁電永磁同步電動機與異步電動機相比，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；流，因而功率因數(shù)高

55、，定子電流和定子銅耗小，效率高； (6) 體積小、重量輕。近些年來隨著高性能永磁材料的不斷體積小、重量輕。近些年來隨著高性能永磁材料的不斷應(yīng)用，永磁同步電動機的功率密度得到很大提高，比起同容應(yīng)用，永磁同步電動機的功率密度得到很大提高，比起同容量的異步電動機來，體積和重量都有較大的減少，使其適合量的異步電動機來，體積和重量都有較大的減少，使其適合應(yīng)用在許多特殊場合；應(yīng)用在許多特殊場合； (7) 結(jié)構(gòu)多樣化，應(yīng)用范圍廣。結(jié)構(gòu)多樣化，應(yīng)用范圍廣。 .第第 50 頁頁 永磁同步電動機還存在以下缺點：永磁同步電動機還存在以下缺點： (1) 由于永磁同步電動機轉(zhuǎn)子為永磁體，無法調(diào)節(jié)，必須通由于永磁同步電動

56、機轉(zhuǎn)子為永磁體，無法調(diào)節(jié)，必須通過加定子直軸去磁電流分量來削弱磁場，這會增大定子的電過加定子直軸去磁電流分量來削弱磁場，這會增大定子的電流，增加電動機的銅耗；流，增加電動機的銅耗； (2) 永磁電動機的磁鋼價格較高。永磁電動機的磁鋼價格較高。 由此可見，永磁電動機體積小，重量輕，轉(zhuǎn)動慣量小，功率由此可見，永磁電動機體積小，重量輕，轉(zhuǎn)動慣量小，功率密度高密度高(可達可達1kW/kg)，適合電動汽車空間有限的特點；另，適合電動汽車空間有限的特點；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，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，適合電動汽車的起動加速。因此，永磁電動機得到

57、國內(nèi)外電適合電動汽車的起動加速。因此，永磁電動機得到國內(nèi)外電動汽車界的廣泛重視，并已在日本得到了普遍應(yīng)用，日本新動汽車界的廣泛重視，并已在日本得到了普遍應(yīng)用，日本新研制的電動汽車大都采用永磁電動機驅(qū)動。比較典型的是在研制的電動汽車大都采用永磁電動機驅(qū)動。比較典型的是在豐田豐田Prius混聯(lián)式混合動力轎車上的應(yīng)用?；炻?lián)式混合動力轎車上的應(yīng)用。 .第第 51 頁頁 1電樞反應(yīng)電樞反應(yīng) 永磁同步電動機帶負(fù)載時，氣隙磁場是永磁體磁動勢和電樞永磁同步電動機帶負(fù)載時，氣隙磁場是永磁體磁動勢和電樞磁動勢共同建立的。電樞磁動勢對氣隙磁場有影響，電樞磁磁動勢共同建立的。電樞磁動勢對氣隙磁場有影響，電樞磁動勢的基

58、波對氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)不僅動勢的基波對氣隙磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)不僅使氣隙磁場波形發(fā)生畸變，而且還會產(chǎn)生去磁或增磁作用，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，因此，氣隙磁場將影響永磁同步電動機的運行特性。因此，氣隙磁場將影響永磁同步電動機的運行特性。 對永磁同步電動機進行分析時，需要采用雙反應(yīng)理論，即需對永磁同步電動機進行分析時，需要采用雙反應(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)

59、；直軸電樞電流產(chǎn)生直軸電樞電動勢，發(fā)生直軸電樞反應(yīng)。電樞電流產(chǎn)生直軸電樞電動勢，發(fā)生直軸電樞反應(yīng)。.第第 52 頁頁 2電壓方程式電壓方程式 忽略磁飽和效應(yīng)的影響，永磁同步電動機的電壓方程式為忽略磁飽和效應(yīng)的影響，永磁同步電動機的電壓方程式為 3功率與轉(zhuǎn)矩功率與轉(zhuǎn)矩 電動機的電磁功率為電動機的電磁功率為 如果忽略電樞電阻的影響，則電動機的電磁功率為如果忽略電樞電阻的影響，則電動機的電磁功率為qqddaaXjIXjIRIEU0cuaePPP12sin112sin20dqdeXXmUXUmEP.第第 53 頁頁電磁功率與功率角的關(guān)系稱為永磁同步電動機的功電磁功率與功率角的關(guān)系稱為永磁同步電動機的功

60、角特性。角特性。 .第第 54 頁頁 4運行特性運行特性 永磁同步電動機的運行特性主要是機械特性和工作特性。永磁同步電動機的運行特性主要是機械特性和工作特性。 永磁同步電動機穩(wěn)態(tài)正常運行時，轉(zhuǎn)速始終保持同步速不變，永磁同步電動機穩(wěn)態(tài)正常運行時，轉(zhuǎn)速始終保持同步速不變，因此，其機械特性為平行于橫軸的直線，調(diào)節(jié)電源頻率來調(diào)因此，其機械特性為平行于橫軸的直線，調(diào)節(jié)電源頻率來調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)速將嚴(yán)格地與頻率成正比例變化。節(jié)電動機轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)速將嚴(yán)格地與頻率成正比例變化。.第第 55 頁頁 永磁同步電動機的工作特性是指當(dāng)電源電壓恒定時，電動機永磁同步電動機的工作特性是指當(dāng)電源電壓恒定時，電動機的輸入功