第4章電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)ppt課件

1、第4章 電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)4.1 概述4.2 直流電動機(jī)4.3 無刷直流電動機(jī)4.4 異步電動機(jī)4.5 永磁同步電動機(jī)4.6 開關(guān)磁阻電動機(jī)4.7 輪轂電機(jī).4.1 概述4.1.1 電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的組成與類型4.1.2 電動機(jī)的額定目的4.1.3 電動汽車對電動機(jī)的要求4.1.4 電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的開展趨勢 .4.1.1 電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的組成與類型1電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的組成電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是電動汽車的心臟，它由電機(jī)、功率轉(zhuǎn)化器、控制器、各種檢測傳感器和電源蓄電池組成，其義務(wù)是在駕駛員的控制下，高效率地將蓄電池的電量轉(zhuǎn)化為車輪的動能，或者將車輪的動能反響到蓄電池中。 .4.1.1

2、 電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的組成與類型2電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的類型電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)按所選電動機(jī)的類型可分為:(1)直流電動機(jī);(2)無刷直流電動機(jī);(3)異步電動機(jī);(4)永磁同步電動機(jī);(5)開關(guān)磁阻電動機(jī)等。.4.1.2 電動機(jī)的額定目的(1) 額定功率。額定功率是指額定運(yùn)轉(zhuǎn)情況下軸端輸出的機(jī)械功率(W或kW)。(2) 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(jī)額定運(yùn)轉(zhuǎn)(額定電壓、額定輸出功率)情況下電樞繞組(或定子繞組)的線電流(A)。(4) 額定頻率。額定頻率是指電動機(jī)額定運(yùn)轉(zhuǎn)情況下電樞(或定子側(cè))的頻率(Hz)。(5) 額定轉(zhuǎn)速。額定轉(zhuǎn)速

3、是指電動機(jī)額定運(yùn)轉(zhuǎn)(額定電壓、額定頻率、額定輸出功率)的情況下，電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(r/min)。.4.1.3 電動汽車對電動機(jī)的要求電動汽車在行駛過程中，經(jīng)常頻繁地啟動/停車、加速/減速等，這就要求電動汽車中的電動機(jī)比普通工業(yè)運(yùn)用的電動機(jī)性能更高，根本要求如下： (1) 電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性要滿足電動汽車的要求，在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運(yùn)轉(zhuǎn)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，以滿足電動汽車在平坦的路面可以高速行駛的要求；(2) 電動機(jī)應(yīng)具有瞬時功率大、帶負(fù)載啟動性能好、過載才干強(qiáng)，加速性能好，運(yùn)用壽命長的特點(diǎn)；(3) 電動機(jī)應(yīng)在整個運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，具有很高的

4、效率，以提高一次充電的續(xù)駛里程；.4.1.3 電動汽車對電動機(jī)的要求(4) 電動機(jī)應(yīng)可以在汽車減速時實(shí)現(xiàn)再生制動，將能量回收并反響給蓄電池，使得電動汽車具有最正確能量的利用率； (5) 電動機(jī)應(yīng)可靠性好，可以在較惡劣的環(huán)境下長期任務(wù)； (6) 電動機(jī)應(yīng)體積小，分量輕，普通為工業(yè)用電動機(jī)的1/21/3；(7) 電動機(jī)的構(gòu)造要簡單鞏固，適宜批量消費(fèi)，便于運(yùn)用和維護(hù)；(8) 價錢廉價，從而可以減少整體電動汽車的價錢，提高性價比；(9) 運(yùn)轉(zhuǎn)時噪聲低，減少污染。. 4.1.4 電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的開展趨勢1電機(jī)的功率密度不斷提高，永磁電機(jī)運(yùn)用范圍不斷擴(kuò)展。2電機(jī)的任務(wù)轉(zhuǎn)速不斷提高，回饋制動的高效區(qū)不

5、斷拓寬。 3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添加。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。. 4.2 直流電動機(jī)4.2.1 直流電動機(jī)的分類4.2.2 直流電動機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)4.2.3 直流電動機(jī)的任務(wù)原理4.2.4 直流電動機(jī)的控制. 4.2.1 直流電動機(jī)的分類直流電動機(jī)分為繞組勵磁式直流電動機(jī)和永磁式直流電動機(jī)。在電動汽車所采用的直流電動機(jī)中，小功率電動機(jī)采用的是永磁式直流電動機(jī)，大功率電動機(jī)采用的是繞組勵磁式直流電動機(jī)。繞組勵磁式直流電動機(jī)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。. 4.2.1 直流電動機(jī)的分

6、類1他勵式直流電動機(jī)他勵式直流電動機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組無銜接關(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壓或電樞電流的影響。永磁直流電動機(jī)也可看作他勵直流電動機(jī)。他勵直流電動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中勵磁磁場穩(wěn)定而且容易控制，容易實(shí)現(xiàn)電動汽車的再生制動要求。但當(dāng)采用永磁鼓勵時，雖然電動機(jī)效率高，分量和體積較小，但由于勵磁磁場固定，電動機(jī)的機(jī)械特性不理想，驅(qū)動電動機(jī)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。. 4.2.1 直流電動機(jī)的分類2并勵直流電動機(jī)并勵直流電動機(jī)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(jī)根本一樣。并勵繞組兩端電壓就是電樞兩端

7、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，使得經(jīng)過它的勵磁電流較小。3串勵直流電動機(jī)串勵直流電動機(jī)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(jī)的勵磁電流就是電樞電流。這種電動機(jī)內(nèi)磁場隨著電樞電流的改動有顯著的變化。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，所以串勵直流電動機(jī)通常用較粗的導(dǎo)線繞成，它的匝數(shù)較少。. 4.2.1 直流電動機(jī)的分類4復(fù)勵直流電動機(jī)復(fù)勵直流電動機(jī)有并勵和串勵兩個勵磁繞組，電動機(jī)的磁通由兩個繞組內(nèi)的勵磁電流產(chǎn)生。假設(shè)串勵繞組產(chǎn)生的磁通勢與并勵繞組產(chǎn)生的磁通勢方向一樣稱為積復(fù)勵。假設(shè)兩個磁通勢方向相反，那么稱為差復(fù)

8、勵。復(fù)勵直流電動機(jī)的永磁勵磁部分采用高磁性資料釹鐵硼，運(yùn)轉(zhuǎn)效率高。由于電動機(jī)永磁勵磁部分有穩(wěn)定的磁場，因此用該類電動機(jī)構(gòu)成驅(qū)動系統(tǒng)時易實(shí)現(xiàn)再生制動功能。同時由于電動機(jī)添加了增磁繞組，經(jīng)過控制勵磁繞組的勵磁電流或勵磁磁場的大小，能抑制純永磁他勵直流電動機(jī)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，而電動機(jī)的分量或體積比串勵電動機(jī)的小。. 4.2.1 直流電動機(jī)的分類各種勵磁方式直流電動機(jī)的電路如下圖。 . 4.2.2 直流電動機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)1直流電動機(jī)的構(gòu)造直流電動機(jī)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。 . 4.2.2 直流電動機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)2直流電動機(jī)的特

9、點(diǎn)(1) 調(diào)速性能好。直流電動機(jī)可以在重負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。(2) 起動力矩大。可以均勻而經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)理，因此，凡是在重負(fù)載下起動或要求均勻調(diào)理轉(zhuǎn)速的機(jī)械，例如大型可逆軋鋼機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、電力機(jī)車、電車等，都可用直流電動機(jī)拖動。(3) 控制比較簡單。普通用斬波器控制，它具有高效率、控制靈敏、分量輕、體積小、呼應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。(4) 有易損件。由于存在電刷、換向器等易磨損器件，所以必需進(jìn)展定期維護(hù)或改換。. 4.2.3 直流電動機(jī)的任務(wù)原理直流電動機(jī)的任務(wù)原理圖所示。圖中，定子有一對N、S極，電樞繞組的末端分別接到兩個換向片上，正、負(fù)電刷A和B分別與兩個換向片接觸

10、。. 4.2.4 直流電動機(jī)的控制直流電動機(jī)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阻控制。電樞調(diào)壓控制是指經(jīng)過改動電樞的端電壓來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種控制只適宜電動機(jī)基速以下的轉(zhuǎn)速控制，它可堅(jiān)持電動機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電動機(jī)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(jī)采用電樞調(diào)壓控制可實(shí)如今廣大范圍內(nèi)的延續(xù)平滑的速度控制，調(diào)速比普通可達(dá)1:10，假設(shè)與磁場控制配合運(yùn)用，調(diào)速比可達(dá)1:30。電樞調(diào)壓控制的調(diào)速過程：當(dāng)磁通堅(jiān)持不變時，減小電壓，由于轉(zhuǎn)速不立刻發(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。假設(shè)阻轉(zhuǎn)矩未變，那么轉(zhuǎn)速下降。隨著轉(zhuǎn)速的降低，

11、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)速曾經(jīng)較原來降低了。. 4.2.4 直流電動機(jī)的控制磁場控制是指經(jīng)過調(diào)理直流電動機(jī)的勵磁電流改動每極磁通量，從而調(diào)理電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種控制只適宜電動機(jī)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，普通不超越1:3，而且呼應(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。磁場控制的調(diào)速過程：當(dāng)電壓堅(jiān)持恒定時，減小磁通，由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速不立刻發(fā)生變化，于是反電動勢減小，電樞電流隨之添加。由于電樞電流添加的影響超越磁通減小的影響，所以轉(zhuǎn)矩也就添加。假設(shè)阻轉(zhuǎn)矩未變

12、，那么轉(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)速曾經(jīng)較原來升高了。. 4.2.4 直流電動機(jī)的控制電樞回路串電阻控制是指當(dāng)電動機(jī)的勵磁電流不變時，經(jīng)過改動電樞回路電阻來調(diào)理電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種控制方法的機(jī)械特性較軟，而且電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，普通很少運(yùn)用。對于小型串勵電動機(jī)，常采用電樞回路串電阻控制方式。. 4.3 無刷直流電動機(jī)4.3.1 無刷直流電動機(jī)的分類4.3.2 無刷直流電動機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)4.3.3 無刷直流電動機(jī)的任務(wù)原理4.3.4 無刷直流電動機(jī)的控制. 4.3.1 無刷直流電動機(jī)的分類無刷直流電動機(jī)按照任務(wù)特性，可以分為

13、具有直流電動機(jī)特性的無刷直流電動機(jī)和具有交流電動機(jī)特性的無刷直流電動機(jī)。具有直流電動機(jī)特性的無刷直流電動機(jī)，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(jī)。這類電動機(jī)由直流電源供電，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(shí)現(xiàn)無接觸式換相。顯然，這種無刷直流電動機(jī)具有有刷直流電動機(jī)的各種運(yùn)轉(zhuǎn)特性。具有交流電動機(jī)特性的無刷直流電動機(jī)，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(jī)。這類電動機(jī)也由直流電源供電，但經(jīng)過逆變器將直流電變換成交流電，然后去驅(qū)動普通的同步電動機(jī)。因此，它們具有同步電動機(jī)的各種運(yùn)轉(zhuǎn)特性。. 4.3.2

14、無刷直流電動機(jī)構(gòu)造與特點(diǎn)1無刷直流電動機(jī)的構(gòu)造無刷直流電動機(jī)主要由電動機(jī)本體、電子換相器和轉(zhuǎn)子位置傳感器三部分組成。(1) 電動機(jī)本體。無刷直流電動機(jī)的電動機(jī)本體由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。 (2) 電子換相器。電子換相器是由功率開關(guān)和位置信號處置電路構(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(jī)中起著檢測轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為功率開關(guān)電路提供正確的換置信息，即將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)位置信號處置電路處置后控制定子繞組換相。 . 4.3.2 無刷直流電動機(jī)構(gòu)造與特點(diǎn)無刷直流電動機(jī)實(shí)物圖。 . 4.3.2 無刷直流電動機(jī)構(gòu)造與特點(diǎn)無刷直流電

15、動機(jī)作為電動汽車用電動機(jī)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 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，可以提供大的起動轉(zhuǎn)矩，滿足電動汽車的加速要求；(2) 可以在低、中、高寬速度范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，而有刷電動機(jī)由于受機(jī)械換向的影響，只能在中低速下運(yùn)轉(zhuǎn)；(3) 效率高，尤其是在輕載車況下，仍能堅(jiān)持較高的效率，這對珍貴的電池能量是很重要的；(4) 過載才干強(qiáng)，比Y系列電動機(jī)可提高過載才干2倍以上，滿足電動汽車的突起堵轉(zhuǎn)需求；. 4.3.2 無刷直流電動機(jī)構(gòu)造與特點(diǎn)(5) 再生制動效果好，因無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子具有很高的永久磁場，在汽車下坡或制動時電動機(jī)可完全進(jìn)入發(fā)電機(jī)形狀，給電池充電，同時起到電制

16、動作用，減輕機(jī)械剎車負(fù)擔(dān)；(6) 體積小、分量輕、比功率大，可有效地減輕分量、節(jié)省空間；(7) 無機(jī)械換向器，采用全封鎖式構(gòu)造，防止塵土進(jìn)入電動機(jī)內(nèi)部，可靠性高；(8) 控制系統(tǒng)比異步電動機(jī)簡單。缺陷是電動機(jī)本身比交流電動機(jī)復(fù)雜，控制器比有刷直流電動機(jī)復(fù)雜。. 4.3.3 無刷直流電動機(jī)的任務(wù)原理 無刷直流電動機(jī)的任務(wù)原理與有刷直流電動機(jī)的任務(wù)原理根本一樣。它是利用電動機(jī)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)生騰躍式的旋轉(zhuǎn)磁場，拖動電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。同時，隨著電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子位置傳感器又不斷送出位置信號，以不斷的改動電樞繞組的通

17、電形狀，使得在某一磁極下導(dǎo)體中的電流方向堅(jiān)持不變，這樣電動機(jī)就旋轉(zhuǎn)起來了。.4.3.4 無刷直流電動機(jī)的控制按照獲取轉(zhuǎn)子位置信息的方法劃分，無刷直流電動機(jī)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。有位置傳感器控制方法是指在無刷直流電動機(jī)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)子磁極的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號，為電子換相電路提供正確的換置信息，以此控制電子換相電路中的功率開關(guān)管的開關(guān)形狀，保證電動機(jī)各相按順序?qū)ǎ诳臻g構(gòu)成騰躍式的旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動永磁轉(zhuǎn)子延續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。無刷直流電動機(jī)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、光電式位置傳感器等。.4.3

18、.4 無刷直流電動機(jī)的控制無刷直流電動機(jī)的無位置傳感器控制，無需安裝傳感器，運(yùn)用場所廣，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(jī)的無位置傳感器控制近年來己成為研討的熱點(diǎn)。無刷直流電動機(jī)的無位置傳感器控制中，不直接運(yùn)用轉(zhuǎn)子位置傳感器，但在電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，依然需求轉(zhuǎn)子位置信號，以控制電動機(jī)換相。因此，如何經(jīng)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(jī)無位置傳感器控制的關(guān)鍵。為此，國內(nèi)外的研討人員在這方面作了大量的研討任務(wù)，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(shí)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、形狀觀測器法、

19、電動機(jī)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。.4.4 異步電動機(jī) 4.4.1 異步電動機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)4.4.2 異步電動機(jī)的任務(wù)原理與運(yùn)轉(zhuǎn)特性4.4.3 異步電動機(jī)的控制.4.4.1 異步電動機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)1異步電動機(jī)的構(gòu)造異步電動機(jī)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(jī)座和風(fēng)扇等部件。 .4.4.1 異步電動機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)2異步電動機(jī)的特點(diǎn)異步電動機(jī)的根本特點(diǎn)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(jī)相比，異步電動機(jī)的構(gòu)造簡單，制造、運(yùn)用、維護(hù)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性高，分量輕，

20、本錢低。以三相異步電動機(jī)為例，與同功率、同轉(zhuǎn)速的直流電動機(jī)相比，前者分量只及后者的二分之一，本錢僅為三分之一。異步電動機(jī)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，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)消費(fèi)機(jī)械拖動的要求。異步電動機(jī)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，因此調(diào)速性能較差，在要求有較廣大的平滑調(diào)速范圍的運(yùn)用場所，不如直流電動機(jī)經(jīng)濟(jì)、方便。此外，異步電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，從電力系統(tǒng)汲取無功功率以勵磁，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)速場所不如用同步電動機(jī)合理。.4.4.2異步電動機(jī)的任務(wù)原理與運(yùn)轉(zhuǎn)特性1. 異步電動機(jī)的任務(wù)原理 當(dāng)異步電動

21、機(jī)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，電動勢的方向由右手定那么來確定。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一樣，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那么確定。由電磁力進(jìn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向一樣。 .4.4.2異步電動機(jī)的任務(wù)原理與運(yùn)轉(zhuǎn)特性2. 異步電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性異步電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性包括任務(wù)特性和機(jī)械特性。異步電動機(jī)的任務(wù)特性是指電動機(jī)在堅(jiān)持額度電壓和額定頻率不變的情況下，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、定子電流、效率和功率

22、因數(shù)隨輸出功率變化的特性。普統(tǒng)統(tǒng)過負(fù)載實(shí)驗(yàn)來測取。圖是異步電動機(jī)的任務(wù)特性。.4.4.2異步電動機(jī)的任務(wù)原理與運(yùn)轉(zhuǎn)特性異步電動機(jī)的機(jī)械特性分為自然機(jī)械特性和人為機(jī)械特性。在電源電壓和電源頻率恒定且定、轉(zhuǎn)子回路不接入任何附加設(shè)備時的機(jī)械特性稱為自然機(jī)械特性， .4.4.2異步電動機(jī)的任務(wù)原理與運(yùn)轉(zhuǎn)特性電源電壓、電源頻率、電動機(jī)極對數(shù)、定子或轉(zhuǎn)子回路接入其它附屬設(shè)備，其中恣意一項(xiàng)改動得到的機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性。由于電源頻率不變，所以同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)不變，電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成比例變化，但各條曲線的最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率根本堅(jiān)持不變。 .4.4.3 異步電動機(jī)的控制目前對異步電動機(jī)的調(diào)速控制主要有

23、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。恒壓頻比開環(huán)控制實(shí)踐上只控制了電動機(jī)磁通而沒有控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，采用這樣的控制系統(tǒng)對異步電動機(jī)來講根本談不上控制性能，通常只用于對調(diào)速性能要求普通的通用變頻器上。轉(zhuǎn)差控制是根據(jù)異步電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差頻率的關(guān)系來直接控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩的，可以在一定的轉(zhuǎn)差頻率范圍內(nèi)、一定程度上經(jīng)過調(diào)理轉(zhuǎn)差來控制電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，從而改善調(diào)速系統(tǒng)的控制性能，但其控制實(shí)際是建立在異步電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型根底上的，它適宜于電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化緩慢或者對動態(tài)性能要求不高的場所。.4.4.3 異步電動機(jī)的控制1異步電動機(jī)的矢量控制矢量控制實(shí)際采用矢量分析的方法來分析交流電動

24、機(jī)內(nèi)部的電磁過程，是建立在交流電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型根底上的控制方法。它模擬對直流電動機(jī)的控制技術(shù)，將交流電動機(jī)的定子電流解耦成相互獨(dú)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(shí)現(xiàn)對交流電動機(jī)的磁鏈控制和轉(zhuǎn)矩控制的完全解耦，從而到達(dá)理想的動態(tài)性能。(1) 異步電動機(jī)矢量控制方式的選擇。異步電動機(jī)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，常用的控制戰(zhàn)略有以下4種。轉(zhuǎn)子磁場定向矢量控制原理；轉(zhuǎn)差率矢量控制原理；氣隙磁場定向矢量控制原理；定子磁場定向矢量控制原理。 .4.4.3 異步電動機(jī)的控制 (2) 異步電動機(jī)矢量控制的特點(diǎn)。矢量控制變頻器可以分別對異步電動機(jī)的

25、磁通和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)展檢測和控制，自動改動電壓和頻率，使指令值和檢測實(shí)踐值到達(dá)一致，從而實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速，大大提高了電動機(jī)控制靜態(tài)精度和動態(tài)質(zhì)量。轉(zhuǎn)速精度約等于0.5%，轉(zhuǎn)速呼應(yīng)也較快。采用矢量變頻器異步電動機(jī)變頻調(diào)速是可以到達(dá)控制構(gòu)造簡單，可靠性高的效果。其主要表如今：可以從零轉(zhuǎn)速起進(jìn)展速度控制，因此調(diào)速范圍很廣大；可以對轉(zhuǎn)矩實(shí)行較為準(zhǔn)確控制；系統(tǒng)的動態(tài)呼應(yīng)速度很快；電動機(jī)的加速度特性很好。.4.4.3 異步電動機(jī)的控制 2. 異步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制是將電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩作為直接控制對象，經(jīng)過控制定子磁場向量控制電動機(jī)轉(zhuǎn)速。它不需求復(fù)雜的坐標(biāo)變換，也不需求依賴轉(zhuǎn)子數(shù)學(xué)模型，只是經(jīng)過控制PW

26、M型逆變器的導(dǎo)通和切換方式，控制電動機(jī)的瞬時輸入電壓，改動磁鏈的旋轉(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。并且這種方法被推行到弱磁調(diào)速范圍。逆變器的PWM采用電壓空間向量控制方式，性能優(yōu)越。但同時不可防止地產(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(jī)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。.4.4.3 異步電動機(jī)的控制 (1)異步電動機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理。它主要包括磁鏈調(diào)理器、轉(zhuǎn)矩調(diào)理器、磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測器、轉(zhuǎn)速調(diào)理器等。其中磁鏈觀測器對磁鏈的觀測能否準(zhǔn)確

27、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)戰(zhàn)略和磁鏈、轉(zhuǎn)矩調(diào)理是先進(jìn)控制算法的中心部分。.4.4.3 異步電動機(jī)的控制 (2) 直接轉(zhuǎn)矩控制的特點(diǎn) 直接轉(zhuǎn)矩控制所需求的信號處置任務(wù)特別簡單，所用的控制信號使察看者對于交流電動機(jī)的物理過程可以做出直接和明確的判別。 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。 直接轉(zhuǎn)矩控制并非竭力獲得理想的正弦波波形，也不專門強(qiáng)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(qiáng)調(diào)的是轉(zhuǎn)矩的直接控制效果，因此它采用離散的電壓形狀和六邊形磁鏈軌跡或近似圓形磁鏈軌跡的概念。 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)對轉(zhuǎn)矩實(shí)行直接控制。它的控制效果不取決于電

28、動機(jī)的數(shù)學(xué)模型能否可以簡化，而是取決于轉(zhuǎn)矩的實(shí)踐情況，它的控制既直接又簡化。.4.5 永磁同步電動機(jī)4.5.1 永磁同步電動機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)4.5.2 永磁同步電動機(jī)的任務(wù)原理與運(yùn)轉(zhuǎn)特性4.5.3 永磁同步電動機(jī)的控制.4.5.1 永磁同步電動機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)永磁同步電動機(jī)分為正弦波驅(qū)動電流的永磁同步電動機(jī)和方波驅(qū)動電流的永磁同步電動機(jī)。這里引見的主要是三相正弦波驅(qū)動的永磁同步電動機(jī)。永磁同步電動機(jī)的構(gòu)造表示圖如下圖，和傳統(tǒng)電動機(jī)一樣，主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成。.4.5.1 永磁同步電動機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)按照永磁體在轉(zhuǎn)子上位置的不同，永磁同步電動機(jī)的磁極構(gòu)造可分為外表式和內(nèi)置式二種。(1) 外表式

29、轉(zhuǎn)子磁路構(gòu)造。外表式轉(zhuǎn)子磁路構(gòu)造中，永磁體通常呈瓦片形，并位于轉(zhuǎn)子鐵心的外外表上，永磁體提供磁通的方向?yàn)閺较颉Ｍ獗硎綐?gòu)造又分為凸出式和嵌入式兩種，如下圖。 .4.5.1 永磁同步電動機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)(2) 內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路構(gòu)造。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)子構(gòu)造又可分為徑向式、切向式和混合式三種。 .4.5.1 永磁同步電動機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)永磁同步電動機(jī)與其它電動機(jī)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 用永磁體取代繞線式同步電動機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)，構(gòu)造簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠；(2) 永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率間一直堅(jiān)持準(zhǔn)確的同步關(guān)系，控

30、制電源頻率就能控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；(3) 永磁同步電動機(jī)具有較硬的機(jī)械特性，對于因負(fù)載的變化而引起的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的擾動具有較強(qiáng)的接受才干，瞬間最大轉(zhuǎn)矩可以到達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的三倍以上，適宜在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化較大的工況下運(yùn)轉(zhuǎn)； .4.5.1 永磁同步電動機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)(4) 永磁電動機(jī)轉(zhuǎn)子為永久磁鐵無需勵磁，因此電動機(jī)可以在很低的轉(zhuǎn)速下堅(jiān)持同步運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)速范圍寬；(5) 永磁同步電動機(jī)與異步電動機(jī)相比，不需求無功勵磁電流，因此功率因數(shù)高，定子電流和定子銅耗小，效率高； (6) 體積小、分量輕。近些年來隨著高性能永磁資料的不斷運(yùn)用，永磁同步電動機(jī)的功率密度得到很大提高，比起同容量的異步電動機(jī)來，體積和分量都有較大

31、的減少，使其合順運(yùn)用在許多特殊場所；(7) 構(gòu)造多樣化，運(yùn)用范圍廣。 .4.5.1 永磁同步電動機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)永磁同步電動機(jī)還存在以下缺陷：(1) 由于永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子為永磁體，無法調(diào)理，必需經(jīng)過加定子直軸去磁電流分量來減弱磁場，這會增大定子的電流，添加電動機(jī)的銅耗；(2) 永磁電動機(jī)的磁鋼價錢較高。由此可見，永磁電動機(jī)體積小，分量輕，轉(zhuǎn)動慣量小，功率密度高(可達(dá)1kW/kg)，適宜電動汽車空間有限的特點(diǎn)；另外，轉(zhuǎn)矩慣量比大，過載才干強(qiáng)，尤其低轉(zhuǎn)速時輸出轉(zhuǎn)矩大，適宜電動汽車的起動加速。因此，永磁電動機(jī)得到國內(nèi)外電動汽車界的廣泛注重，并已在日本得到了普遍運(yùn)用，日本新研制的電動汽車大都采用永磁電

32、動機(jī)驅(qū)動。比較典型的是在豐田Prius混聯(lián)式混合動力轎車上的運(yùn)用。 .4.5.2永磁同步電動機(jī)的任務(wù)原理與運(yùn)轉(zhuǎn)特性1電樞反響永磁同步電動機(jī)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，電樞磁動勢的基波對氣隙磁場的影響稱為電樞反響。電樞反響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，因此，氣隙磁場將影響永磁同步電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性。對永磁同步電動機(jī)進(jìn)展分析時，需求采用雙反響實(shí)際，即需求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)生交軸電樞反響；直軸電樞電流產(chǎn)生直軸電樞電動勢，發(fā)生直軸電樞反響。.4.5.2永磁同步

33、電動機(jī)的任務(wù)原理與運(yùn)轉(zhuǎn)特性2電壓方程式忽略磁飽和效應(yīng)的影響，永磁同步電動機(jī)的電壓方程式為 3功率與轉(zhuǎn)矩 電動機(jī)的電磁功率為假設(shè)忽略電樞電阻的影響，那么電動機(jī)的電磁功率為.4.5.2永磁同步電動機(jī)的任務(wù)原理與運(yùn)轉(zhuǎn)特性電磁功率與功率角的關(guān)系稱為永磁同步電動機(jī)的功角特性。 .4.5.2永磁同步電動機(jī)的任務(wù)原理與運(yùn)轉(zhuǎn)特性4運(yùn)轉(zhuǎn)特性永磁同步電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性主要是機(jī)械特性和任務(wù)特性。永磁同步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)速一直堅(jiān)持同步速不變，因此，其機(jī)械特性為平行于橫軸的直線，調(diào)理電源頻率來調(diào)理電動機(jī)轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)速將嚴(yán)厲地與頻率成正比例變化。.4.5.2永磁同步電動機(jī)的任務(wù)原理與運(yùn)轉(zhuǎn)特性永磁同步電動機(jī)的任務(wù)特性是

34、指當(dāng)電源電壓恒定時，電動機(jī)的輸入功率、電樞電流、效率、功率因數(shù)等隨輸出功率變化的關(guān)系。 .4.5.3永磁同步電動機(jī)的控制1.恒壓頻比開環(huán)控制(VVVF)VVVF的控制變量為電動機(jī)的外部變量即電壓和頻率?？刂葡到y(tǒng)將參考電壓和頻率輸入到實(shí)現(xiàn)控制戰(zhàn)略的調(diào)制器中，最后由逆變器產(chǎn)生一個交變的正弦電壓施加在電動機(jī)的定子繞組上，使之運(yùn)轉(zhuǎn)在指定的電壓和參考頻率下。按照這種控制戰(zhàn)略進(jìn)展控制，使供電電壓的基波幅值隨著速度指令成比例的線性增長，從而堅(jiān)持定子磁通的近似恒定。VVVF控制戰(zhàn)略簡單，易于實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)速經(jīng)過電源頻率進(jìn)展控制，不存在異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差和轉(zhuǎn)差補(bǔ)償問題。但同時，由于系統(tǒng)中不引入速度、位置等反響信號，因此

35、無法實(shí)時捕捉電動機(jī)形狀，致使無法準(zhǔn)確控制電磁轉(zhuǎn)矩；在突加負(fù)載或者速度指令時，容易發(fā)生失步景象；也沒有快速的動態(tài)呼應(yīng)特性。因此，恒壓頻比開環(huán)控制控制電動機(jī)磁通而沒有控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，控制性能差。通常只用于對調(diào)速性能要求普通的通用變頻器上。.4.5.3永磁同步電動機(jī)的控制2矢量控制矢量控制實(shí)際的根本思想為；以轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)空間矢量為參考坐標(biāo)，將定子電流分解為相互正交的兩個分量，一個與磁鏈同方向，代表定子電流勵磁分量，另一個與磁鏈方向正交，代表定子電流轉(zhuǎn)矩分量，分別對其進(jìn)展控制，獲得與直流電動機(jī)一樣良好的動態(tài)特性。因其控制構(gòu)造簡單，控制軟件實(shí)現(xiàn)較容易，已被廣泛運(yùn)用到調(diào)速系統(tǒng)中。永磁同步電動機(jī)矢量控制戰(zhàn)

36、略與異步電動機(jī)矢量控制戰(zhàn)略有些不同。由于永磁同步電動機(jī)轉(zhuǎn)速和電源頻率嚴(yán)厲同步，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差恒等于零，沒有轉(zhuǎn)差功率，控制效果受轉(zhuǎn)子參數(shù)影響小。因此，在永磁同步電動機(jī)上更容易實(shí)現(xiàn)矢量控制。.4.5.3永磁同步電動機(jī)的控制某電動汽車用永磁同步電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)框。 .4.5.3永磁同步電動機(jī)的控制3直接轉(zhuǎn)矩控制永磁同步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的原理構(gòu)造圖。.4.5.3永磁同步電動機(jī)的控制4智能控制為了提高永磁同步電動機(jī)的控制性能和控制精度，模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等開場運(yùn)用于同步電動機(jī)的控制。采用智能控制方法的永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)，在多環(huán)控制構(gòu)造中，智能控制器處于最外環(huán)充任速度控制器，

37、而內(nèi)環(huán)電流控制、轉(zhuǎn)矩控制仍采用PI控制、直接轉(zhuǎn)矩控制這些方法，這主要是由于外環(huán)是決議系統(tǒng)的根本要素，而內(nèi)環(huán)主要的作用是改造對象特性以利于外環(huán)的控制，各種擾動給內(nèi)環(huán)帶來的誤差可以由外環(huán)控制或抑制。在永磁同步電機(jī)系統(tǒng)中運(yùn)用智能控制時，也不能完全屏棄傳統(tǒng)的控制方法，必需將兩者很好地結(jié)合起來，才干彼此取長補(bǔ)短，使系統(tǒng)的性能到達(dá)最優(yōu)。.4.6 開關(guān)磁阻電動機(jī) 4.6.1 開關(guān)磁阻電動機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)4.6.2 開關(guān)磁阻電動機(jī)的任務(wù)原理與運(yùn)轉(zhuǎn)特性4.6.3 開關(guān)磁阻電動機(jī)的控制.4.6.1 開關(guān)磁阻電動機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)1開關(guān)磁阻電動機(jī)的構(gòu)造開關(guān)磁阻電動機(jī)是由雙凸極的定子和轉(zhuǎn)子組成，其定子、轉(zhuǎn)子的凸極均由普通的

38、硅鋼片疊壓而成。定子極上繞有集中繞組，把沿徑向相對的兩個繞組串聯(lián)成一個兩級磁極，稱為“一相；轉(zhuǎn)子既無繞組又無永磁體，僅由硅鋼片疊成。開關(guān)磁阻電動機(jī)有多種不同的相數(shù)構(gòu)造，如單相、二相、四相及多相等，且定子和轉(zhuǎn)子的極數(shù)有多種不同的搭配。低于三相的開關(guān)磁阻電動機(jī)普通沒有自起動才干。相數(shù)多，有利于減小轉(zhuǎn)矩脈動，但構(gòu)造復(fù)雜、主開關(guān)器件多、本錢增高。目前運(yùn)用較多的是四相8/6極構(gòu)造和三相6/4極構(gòu)造。下面引見的的開關(guān)磁阻電動機(jī)的構(gòu)造為四相8/6極構(gòu)造。.4.6.1 開關(guān)磁阻電動機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)2. 開關(guān)磁阻電動機(jī)的特點(diǎn)開關(guān)磁阻電動機(jī)與其它電動機(jī)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 可控參數(shù)多，調(diào)速性能好。可控參數(shù)有主

39、開關(guān)開通角、主開關(guān)關(guān)斷角、相電流幅值、直流電源電壓，控制方便，可四象限運(yùn)轉(zhuǎn)，容易實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和電動、制動等特定的調(diào)理控制；(2) 構(gòu)造簡單，本錢低。開關(guān)磁阻電動機(jī)轉(zhuǎn)子無繞組，也不加永久磁鐵，定子為集中繞組，永磁電動機(jī)及感應(yīng)電動機(jī)都簡單，制造和維護(hù)方便；它的功率變換器比較簡單，主開關(guān)元件數(shù)較少，電子器件少；(3) 損耗小，運(yùn)轉(zhuǎn)效率高。開關(guān)磁阻電動機(jī)的轉(zhuǎn)子不存在勵磁及轉(zhuǎn)差損耗，功率變換器元器件少，相應(yīng)的損耗也?。豢刂旗`敏，易于在很寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能控制；(4) 起動轉(zhuǎn)矩大，起動電流小。在15%額定電流的情況下就能到達(dá)100%的起動轉(zhuǎn)矩。.4.6.1 開關(guān)磁阻電動機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)由于開關(guān)磁阻電

40、動機(jī)的特殊構(gòu)造和任務(wù)方式，也存在一些缺陷：(1) 轉(zhuǎn)矩脈動景象較大；(2) 振動和噪聲相對較大，特別是在負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)的時候；(3) 電動機(jī)的出線頭相對較多，還有位置檢測器出線端；(4) 電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜，其準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型較難建立；(5) 控制復(fù)雜，依賴于電動機(jī)的構(gòu)造。.4.6.2 開關(guān)磁阻電動機(jī)任務(wù)原理與運(yùn)轉(zhuǎn)特性1開關(guān)磁阻電動機(jī)的任務(wù)原理開關(guān)磁阻電動機(jī)的任務(wù)原理如下圖。圖中，Sl、S2是電子開關(guān)；VD1、VD2是二極管，U是直流電源。.4.6.2 開關(guān)磁阻電動機(jī)任務(wù)原理與運(yùn)轉(zhuǎn)特性2.開關(guān)磁阻電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性開關(guān)磁阻電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性可分為三個區(qū)域：恒轉(zhuǎn)矩區(qū)、恒功率區(qū)、自然特性區(qū)(串勵特性區(qū))，

41、如下圖。.4.6.3 開關(guān)磁阻電動機(jī)的控制1.角度位置控制方式(APC)角度位置控制是在加在繞組上的電壓一定的情況下，經(jīng)過改動繞組上主開關(guān)的開通角和關(guān)斷角，來改動繞組的通、斷電時辰，調(diào)理相電流的波形，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。根據(jù)電動勢平衡方程式可知，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速較高時，旋轉(zhuǎn)電動勢較大，那么此時電流上升率下降，各相的主開關(guān)器件的導(dǎo)通時間較短，電動機(jī)繞組的相電流不易上升，電流相對較小，便于運(yùn)用角度位置控制方式。由于開通角和關(guān)斷角都可調(diào)理，角度位置控制可分為：變開通角、變關(guān)斷角和同時改動開通角及關(guān)斷角三種方式。改動開通角，可改動電流波形的寬度、峰值和有效值的大小，還可改動電流波形與電感波形的相對位置，從而

42、改動了電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。而關(guān)斷角普通不影響電流的峰值，但可改動電流波形的寬度及其與電感曲線的相對位置，進(jìn)而改動電流的有效值。故普通采用固定關(guān)斷角、改動開通角的控制方式。.4.6.3 開關(guān)磁阻電動機(jī)的控制根據(jù)SRM的轉(zhuǎn)矩特性分析可知，當(dāng)電流波形主要位于電感的上升區(qū)時，產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩為正，電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在電動形狀；當(dāng)電流波形主要位于電感的下降段時，產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)，電動機(jī)任務(wù)在制動形狀。而經(jīng)過對開通角、關(guān)斷角的控制，可以使電流的波形處在繞組電感波形的不同位置。因此，可以用控制開通角、關(guān)斷角的方式來使電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在不同的形狀。角度位置控制的優(yōu)點(diǎn)在于：轉(zhuǎn)矩調(diào)理的范圍寬；可同時多相通電，以添加電動

43、機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時減小了轉(zhuǎn)矩動搖；經(jīng)過角度的優(yōu)化，能實(shí)現(xiàn)效率最優(yōu)控制或轉(zhuǎn)矩最優(yōu)控制。根據(jù)上面的分析可知，此法不適于低速場所。由于在低速時，旋轉(zhuǎn)電動勢較小，使電流峰值增大，必需采取相應(yīng)措施進(jìn)展限流，故普通用于轉(zhuǎn)速較高的場所。.4.6.3 開關(guān)磁阻電動機(jī)的控制2.電流斬波控制根據(jù)電動勢平衡方程式可知，電動機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)特別是啟動時，旋轉(zhuǎn)電動勢引起的壓降很小，相電流上升快，為防止過大的電流脈沖對功率開關(guān)器件及電動機(jī)呵斥損壞，需求對電流峰值進(jìn)展限定，因此，可采用電流的斬波控制，獲取恒轉(zhuǎn)矩的機(jī)械特性。電流斬波控制普通不會對開通、關(guān)斷角進(jìn)展控制，它將直接選擇在每相的特定導(dǎo)通位置對電流進(jìn)展斬波控制。目前常用的有

44、兩種方案：對電流上、下限進(jìn)展限制的控制，及限制電流上限值和恒定關(guān)斷時間的控制。該控制的優(yōu)點(diǎn)在于：它適用于電動機(jī)的低速調(diào)速系統(tǒng)，可以控制電流峰值的增長，并有很好的電流調(diào)理作用：因每相電流波形會呈現(xiàn)出較寬的平頂狀，使得產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩比較平穩(wěn)，轉(zhuǎn)矩的動搖相應(yīng)地比其它控制方式要小。然而，由于電流的峰值遭到了限制，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速在負(fù)載的擾動作用下發(fā)生變化時，電流的峰值無法做出相應(yīng)的改動，使得系統(tǒng)的特性比較軟，因此系統(tǒng)在負(fù)載擾動下的動態(tài)呼應(yīng)很緩慢。.4.6.3 開關(guān)磁阻電動機(jī)的控制3.電壓控制(VC)VC方式是堅(jiān)持開通角、關(guān)斷角不變的前提下，使功率開關(guān)器件任務(wù)在脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式。經(jīng)過調(diào)理PWM波的占空

45、比，來調(diào)整加在繞組兩端電壓的平均值，進(jìn)而改動繞組電流的大小，實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的調(diào)理。假設(shè)增大調(diào)制脈沖的頻率，就會使電流的波型比較平滑，電動機(jī)出力增大，噪聲減小，但對功率開關(guān)器件的任務(wù)頻率的要求就會增大。按照續(xù)流方式的不同，分為單管斬波和雙管斬波方式。單管方式中，銜接在每相繞組中的上、下橋臂的兩個開關(guān)管只需一個處于斬波形狀，另一個不斷導(dǎo)通。而雙管斬波方式中，兩個開關(guān)管同時導(dǎo)通和關(guān)斷，對電壓進(jìn)展斬波控制。思索到系統(tǒng)效率等要素，實(shí)踐運(yùn)用中普通常用單管方式。.4.6.3 開關(guān)磁阻電動機(jī)的控制電壓控制的優(yōu)點(diǎn)在于，它經(jīng)過調(diào)理繞組電壓的平均值進(jìn)而調(diào)理電流，因此可用在低速和高速系統(tǒng)，且控制簡單，但它的調(diào)速范圍有限。

46、 在實(shí)踐的SRD運(yùn)用中，也可以采用多種控制方式相組合的方法。如高速角度控制和低速電流斬波控制組合，變角度電壓斬波控制和定角度電壓斬波控制等。這些組合方式各有優(yōu)勢及缺乏，因此必需針對不同的運(yùn)用場所和不同的性能要求，合理地選擇控制方式，才干使電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)于最正確形狀。.4.6.3 開關(guān)磁阻電動機(jī)的控制根據(jù)系統(tǒng)性能要求的不同，控制電路的詳細(xì)構(gòu)造方式會有很大差別，但普通均應(yīng)包含以下功能：1) 用于接受外部指令信號，如起動、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向信號的操作電路；2) 用于給定量與控制量相比較，并按規(guī)定算法計算出控制參數(shù)的調(diào)理量的調(diào)理器電路；3) 用于決議控制電路的任務(wù)邏輯，如正反轉(zhuǎn)相序邏輯、高低速控制方式的任務(wù)邏輯電

47、路；4) 用于檢測系統(tǒng)中的有關(guān)物理量，如轉(zhuǎn)速、角位移、電流和電壓的傳感器電路；5) 用于當(dāng)系統(tǒng)中某些物理量超越允許值時，采取相應(yīng)維護(hù)措施的維護(hù)電路，如過壓維護(hù)和過流維護(hù)；6) 用于控制各被控量信號的輸出電路，如控制功率開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷；7) 用于指示系統(tǒng)的任務(wù)情況和參數(shù)形狀顯示電路，如指示電動機(jī)轉(zhuǎn)速、指示缺點(diǎn)維護(hù)情況的顯示。.4.7 輪轂電機(jī) 4.7.1 輪轂電機(jī)構(gòu)造方式4.7.2 輪轂電機(jī)運(yùn)用類型4.7.3 輪轂電機(jī)驅(qū)動方式4.7.4 輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的特點(diǎn)4.7.5 輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù).4.7.1 輪轂電機(jī)構(gòu)造方式輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)通常由電動機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、制動器與散熱系統(tǒng)等組成。輪轂電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)子型式主要分成兩種構(gòu)造方式：內(nèi)轉(zhuǎn)子型和外