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1、動(dòng) 力 總 成 研 究 報(bào) 告 第 二 部 分 ：電 控 原 理 及 電 機(jī) 特 性擬 制 ： 朱 堂 群主 要 內(nèi) 容一 、 電 控 原 理二 、 電 機(jī) 特 性 比 較三 、 控 制 器 控 制 方 式 電 控 原 理 圖 電 機(jī)齒 輪 箱主 減 速 器 動(dòng) 力電 池 控制器充電器 電 控 原 理 之 示 意 圖 電 控 原 理電 動(dòng) 汽 車(chē) 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、 寬 廣 的 調(diào) 速 范 圍 ； 3、 寬 范 圍 的 高 效 率 運(yùn) 行 區(qū) 域 ； 4、 高 功 率 密 度 ； 5. 優(yōu) 良 的 環(huán) 境 適 應(yīng) 性 和

2、環(huán) 保 性 ； 6. 高 可 靠 性 ； 7. 有 競(jìng) 爭(zhēng) 力 的 價(jià) 格 。 電 動(dòng) 汽 車(chē) 電 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 的 主 要 類(lèi) 型 直 流 電 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) （ 內(nèi) 容 略 ） ； 無(wú) 刷 直 流 電 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) ； 異 步 電 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) ； 開(kāi) 關(guān) 磁 阻 電 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) （ 內(nèi) 容 略 ） 。電 控 原 理 電 機(jī) 特 性 比 較交 流 電 機(jī) 的 主 要 類(lèi) 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(wú) 刷 直 流 電 機(jī)轉(zhuǎn) 子 繞 線(xiàn) 式轉(zhuǎn)

3、 子 籠 型 0 )(nfP )(nfT TP n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 ：1、 低 速 大 扭 矩 ；2、 高 速 大 功 率 。電 機(jī) 特 性 比 較 電 機(jī) 性 能 直 流 電 機(jī) 永 磁 同 步 電機(jī) 異 步 電 機(jī) 開(kāi) 關(guān) 磁 阻 電機(jī)最 大 效 率 （ ） 85 89 95 97 94 95 90 效 率 （ 10 負(fù) 載 ） 80 87 90 92 79 85 78 86最 高 轉(zhuǎn) 速 （ rpm) 40006000 400010000 900015000 15000電 機(jī) 費(fèi) 用 /kW($) 10 1015 81

4、2 610控 制 器 成 本 1 2.5 3.5 4.5堅(jiān) 固 性 良 良 優(yōu) 良信 賴(lài) 性 普 通 良 優(yōu) 良 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 、 重 量 小 中 小 結(jié) 構(gòu) 相 當(dāng) 簡(jiǎn) 單 非 常 簡(jiǎn) 單 環(huán) 境 適 應(yīng) 性 相 當(dāng) 好 非 常 好 維 護(hù) 有 點(diǎn) 必 要 不 要 生 產(chǎn) 性 好 非 常 好 位 置 傳 感 器 要 不 要 速 度 傳 感 器 不 要 要 永 磁 同 步 電 機(jī) 與 異 步 電 機(jī) 的 特 性 比 較 A B C +A -A +B -B +C -CUd + C 三 相 交 流 電 機(jī) 功

5、 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 無(wú) 刷 直 流 電 機(jī) 控 制 系 統(tǒng) 轉(zhuǎn) 子 位 置 傳 感 器 三 相 功 率 變 換 器控 制 電 路 無(wú) 刷 直 流 電 機(jī)控 制 器1. 系 統(tǒng) 構(gòu) 成 2.無(wú) 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(wú) 刷 直 流 電 機(jī)一 對(duì) 極 下 不 同 的 氣 隙 磁 密 分 布 圖 三 相 無(wú) 刷 直 流 電 機(jī) 的 無(wú) 載 電 勢(shì)eA eB eC0 t1 3 542 66 無(wú) 刷 直 流 電 機(jī) 工 作 原 理 iA A Bi BC

6、iC S N FABFACFBC FBA FCA FCBX YZ F0 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(lái) 決 定 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。S N F0nFABFAC 60o 60o 無(wú) 刷 直 流 電 機(jī) 控 制 框 圖 -A+ 2iaibiciaibic IREF PI PWM邏輯變換PS +A+B+C -B-C

7、IFPosition Sensor三 相 反 饋 電 流 輸 出 6路 驅(qū) 動(dòng) 信 號(hào) 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 ?；?饋 狀 態(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 無(wú) 刷 直 流 電 機(jī) 的 電 動(dòng) 、 回 饋

8、 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 置傳 感 器 + +A-A+B-B+ +C-C驅(qū) 動(dòng) 信 號(hào) 輸 出電 動(dòng) “ 1”回 饋 制 動(dòng) “ 0” 無(wú) 刷 直 流 電 機(jī) 及 其 控 制 系 統(tǒng) 的 優(yōu) 缺 點(diǎn) 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 點(diǎn) ： 1. 由 于 永 磁 材 料 貴 ， 電 機(jī) 價(jià) 格 較 貴 。 2. 過(guò) 熱 容 易 導(dǎo) 致 永 久 性 失 磁 。 3. 弱 磁 運(yùn) 行 較 困 難 。 4. 需 要

9、 轉(zhuǎn) 子 位 置 傳 感 器 。 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( 0 sn n p fn 600 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(chǎng) 轉(zhuǎn) 速 。0n T01n02n AB不 同 頻 率 下 的 異 步 電 機(jī) 機(jī) 械 特 性 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(chēng) VVVF控 制 ； 脈 寬 調(diào) 節(jié) 控

10、 制 （ Pulse Width Modulation) 簡(jiǎn) 稱(chēng) PWM控 制 。 1. SPWM; 2. 電 壓 空 間 矢 量 PWM； 3. 優(yōu) 化 PWM; 4. 隨 機(jī) PWM; 5. 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(guó) 西 門(mén) 子 公 司 的 F.Blaschke提 出 。 ） 1. 直 接 矢 量 控 制 ； 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(guó) 學(xué) 者 M.Depen

11、brock 首 次 提 出 。 ） 異 步 電 機(jī) 滑 差 頻 率 控 制 框 圖s*r* P I FG+r s*r+ 1 I1*cos1tcos(1t -120o)cos(1t -240o) 乘法器 ia* iaib* icic* ib+ PI PWMPI PWMPI PWM三 角 波 驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生 a-ab-bc-cI1 =f (s) + 基 本 原 理 ： 在 機(jī) 械 特 性 的 線(xiàn) 性 段 ， 電 磁 轉(zhuǎn) 矩 正 比 于 滑 差 頻 率 。函 數(shù) 發(fā) 生 器 T M 2+ + I1TI1MI2TI2M 1(a ) 直 流 電 機(jī) 模 型 2I1MI1TI2T I1 F0F2 F1(b

12、)電 流 、 磁 勢(shì) 向 量 圖異 步 電 機(jī) 矢 量 控 制矢 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(jiǎn) 單 的 方 程 形 式 。 2T 2 1T M 0I L I L 2M 2 1M M 2I L I L 轉(zhuǎn) 子 磁 鏈 方 程 2 2M 2d /d 0tR I 2 2T S 2 0R I 轉(zhuǎn) 子 電 壓 方 程穩(wěn) 態(tài) 時(shí) 2d /d 0t 所 以 2M 0I M 1M2 L I 等 效 直 流 機(jī) 模

13、 型 的 方 程 M2T 1T2LI IL M 1M2 L I 2T 2T pI 轉(zhuǎn) 矩控 制 如 何 實(shí) 現(xiàn) ？ 2 2TI和1MI 1TI和 2 21 1M 1TI I I Sr )d( t 和2 1TS 2 1MR IL I 其 中 矢 量 控 制 思 路 最 終 控 制 定 子 磁 場(chǎng) 的 幅 值 與 空 間 位 置 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 。 磁 鏈 觀(guān) 測(cè)算 法 轉(zhuǎn) 速檢 測(cè)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Is r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 *1ti*r r1ti1mi 1mi

14、1tiTr Is*Va*V r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(guān) 測(cè) R 坐 標(biāo)變 換iq* iq+- PI Uq*id* id+- PI Ud* 坐 標(biāo)變 換 ua,b,cu* + PI- + - - 控 制 框 圖 轉(zhuǎn) 子 磁 鏈 準(zhǔn) 確 定 向 方 法 異 步 電 機(jī) 直 接 轉(zhuǎn) 矩 控 制 控 制 原 理 ： 通 過(guò) 檢 測(cè) 電 機(jī) 定 子 電 壓 、 電 流 ， 借 助 瞬 時(shí) 空 間 矢 量 理 論 來(lái) 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)

15、 差 值 進(jìn) 行 滯 環(huán) 調(diào) 節(jié) （ 也 稱(chēng) 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(lái) 確 定 逆 變 器 的 開(kāi) 關(guān) 信 號(hào) 。 直 接 轉(zhuǎn) 矩 控 制 的 優(yōu) 缺 點(diǎn) 優(yōu) 點(diǎn) ：1. 電 機(jī) 模 型 在 定 子 坐 標(biāo) 系 下 ， 只 需 3/2變 換 。2. 觀(guān) 測(cè) 的 是 定 子 磁 鏈 ， 受 電 機(jī) 參 數(shù) 影 響 小 。3. 強(qiáng) 調(diào) 對(duì) 轉(zhuǎn) 矩 的 直 接 控 制 ， 所 以 轉(zhuǎn) 矩 響 應(yīng) 迅 速 。 缺 點(diǎn) ：1. 低 速 時(shí) 的 轉(zhuǎn) 矩 脈 動(dòng) 。2. 由 于 沒(méi) 有 電 流 閉 環(huán) ， 容 易 產(chǎn) 生 過(guò) 流 。 開(kāi) 關(guān) 磁 阻 電 機(jī) 及 其 控 制 系 統(tǒng) 的 優(yōu) 缺 點(diǎn)主 要 優(yōu) 點(diǎn) ： 1. 電 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 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 現(xiàn) 象 。 缺 點(diǎn) ： 1. 起 動(dòng) 時(shí) 的 噪 聲 脈 動(dòng) 轉(zhuǎn) 矩 較 大 。 2. 需 要 轉(zhuǎn) 子 位 置 傳 感 器 。 感謝聆聽(tīng)！THANK YOU FOR WATCHING!放映結(jié)束歡迎批評(píng)指導(dǎo)！ 演 示 結(jié) 束 ！ ！歡 迎 提 出 寶 貴 意 見(jiàn) ！ ！