《第3章-新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《第3章-新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制課件（106頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),,2020/8/27,,第,?#?,,頁,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,,,規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家,,,（威海）,HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY,SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING,汽車工程學(xué)院,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),2020/8/27,,?#?,新能源汽車,驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制,,第,3,章,,3.1,驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)概述,驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)是

2、新能源汽車的核心部件，其主要功能是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能來驅(qū)動(dòng)汽車行駛。其性能的好壞直接影響電動(dòng)汽車整車性能，特別是影響電動(dòng)汽車的最高車速、加速性能及爬坡性能等。,以上,相同含量的材料組分，以安全性較差的材料組分編寫代碼,。,,3.1.1,新能源汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求,新能源汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的要求主要由以下三個(gè)方面決定：駕駛性能要求、車輛的性能約束以及車載能源系統(tǒng)的性能。駕駛性能的要求是由包括汽車動(dòng)力性、制動(dòng)性能以及續(xù)駛里程等性能在內(nèi)的駕駛模式?jīng)Q定的；車輛的性能約束主要是指車型、車重、載重及平順舒適性等；能量系統(tǒng)的性能與蓄電池、燃料電池、超級(jí)電容、飛輪等能源有關(guān)。,,,低速大轉(zhuǎn)矩特性及較寬范圍內(nèi)的恒

3、功率特性,2.,在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)的高效率和高功率比,3,．體積小、重量輕,4.,高轉(zhuǎn)速,5.,過載能力強(qiáng)、瞬時(shí)功率大,6.,協(xié)同性能好,7.,能作為發(fā)電機(jī)使用,8.,高可靠性,9.,高電壓,,,3.1.2,新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)種類,,有刷直流電動(dòng)機(jī),2.,永磁直流無刷電動(dòng)機(jī),3.,交流異步電動(dòng)機(jī),4.,永磁同步電動(dòng)機(jī),5.,開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī),,開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī),是一種新型電動(dòng)機(jī)，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、工作可靠、效率高，其調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比普通的交流調(diào)速系統(tǒng)好，具有很大的潛力，被公認(rèn)是一種極有發(fā)展前途的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。,,,,,3.2,直流電動(dòng)機(jī),直流電動(dòng)機(jī)大致可分為永磁式電動(dòng)機(jī),(,沒有

4、勵(lì)磁繞組，永磁體的磁場(chǎng)是不可控制的,),和繞組式電動(dòng)機(jī),(,有勵(lì)磁繞組，磁場(chǎng)可由直流電流控制,),。在電動(dòng)汽車所采用的電動(dòng)機(jī)中，小功率電動(dòng)機(jī)采用的是永磁電動(dòng)機(jī)，而大功率的電動(dòng)機(jī)，大多采用的是像串勵(lì)、并勵(lì)以及復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)等有勵(lì)磁繞組的電動(dòng)機(jī)。,,,3.2.1,直流電動(dòng)機(jī),分類,繞組勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，可分為他勵(lì)式、并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式,4,種類型。,,1.,他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī),他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組無連接關(guān)系，而由其他直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電。因此勵(lì)磁電流不受電樞端電壓或電樞電流的影響，永磁直流電動(dòng)機(jī)也可看作他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。,2.,并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī),并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞

5、組與電樞繞組相并聯(lián)，共用同一電源，性能與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)基本相同。并勵(lì)繞組兩端電壓就是電樞兩端電壓，但是勵(lì)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(lì)磁電流較小。,,3.,串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī),,,串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)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(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流就是電樞電流。這種電動(dòng)機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)隨著電樞電流的改變有顯著的變化，為了使勵(lì)磁繞組中不致引起大的損耗和電壓降，勵(lì)磁繞組的電阻越小越好，所以串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)通常用較粗的導(dǎo)線繞成，它的匝數(shù)較少。,4.,復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī),復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組，電動(dòng)機(jī)的磁通由兩個(gè)繞組內(nèi)的勵(lì)磁電流產(chǎn)生，若串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通

6、量與并勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通量方向相同稱為積復(fù)勵(lì)。若兩個(gè)磁通量方向相反，則稱為差復(fù)勵(lì)。,,3.2.1,直流電動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)造,直流電動(dòng)機(jī)主要由轉(zhuǎn)子、定子、機(jī)座和電刷架等部分組成。,,1,．定子部分,,直流電動(dòng),機(jī)的定子主要由主磁極、機(jī)座、,換,向極和,電,刷裝置等,組,成。,,（,1,）主磁極,其作用是建立主磁場(chǎng),，由主極,鐵心,和套裝在,鐵心,上的勵(lì)磁,繞組,構(gòu)成。,,,（,2,）機(jī)座,用鑄鋼,或厚,鋼,板,焊,制而成，它既是主磁路的一部分，又是,電動(dòng),機(jī)的,結(jié),構(gòu)框架。,,（,3,）換,向極,其作用是改善直流,電動(dòng),機(jī)的,換,向性能，使直流,電動(dòng),機(jī)運(yùn)行,時(shí),不,產(chǎn),生有害的,火花。它由換,向極,

7、鐵心,和套裝在,鐵心,上的,換,向極,繞組,構(gòu)成。,,（,4,）電,刷裝置,由,電,刷、刷握、刷桿、,匯,流排等,組,成，用于,電,樞,電,路的引入或引出。,,2,．轉(zhuǎn),子部分,轉(zhuǎn),子部分包括,電,樞,鐵心,、,電,樞,繞組,、,換,向器等。,（,1,）電,樞,鐵心,,它既是主磁路的,組,成部分，又是,電,樞,繞組,的支撐部分。,電,樞,繞組,嵌放在,電,樞,鐵心,的槽內(nèi)。,電,樞,鐵心,一般用,0.50mm,的硅鋼,片疊,壓,而成。,（,2,）電,樞,繞組,由,銅線,按要求,繞,制而成，它是直流,電動(dòng),機(jī)的,電,路部分，,也是產(chǎn),生,電動(dòng)勢(shì)和電,磁,轉(zhuǎn),矩,進(jìn),行機(jī),電,能量,轉(zhuǎn)換,的部分。

8、,（,3,）換,向極,由冷拉梯形,銅,排和,絕緣,材料等,組,成，用于,電,樞,電,流的,換,向。,,3,．端蓋,,周定在基座兩端，裝有軸,承以支,攆電動(dòng),機(jī),轉(zhuǎn),子旋,轉(zhuǎn),。,4.,電刷架,,裝在端蓋上，電刷架與換向器相連。,,,3.2.3,直流電動(dòng)機(jī)工作原理及其性能,直流電動(dòng)機(jī)工作原理,直流電動(dòng)機(jī)的工作原理簡(jiǎn)單明了。當(dāng)一載流導(dǎo)線放置在磁場(chǎng)中時(shí)，則將產(chǎn)生作用于導(dǎo)線上的磁場(chǎng)力。該力垂直于導(dǎo)線和磁場(chǎng)，如圖所示。此磁場(chǎng)力與導(dǎo)線長(zhǎng)度、電流大小以及磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比，即：,F=BIL,當(dāng)導(dǎo)線形成一個(gè)線圈，則作用于線圈兩邊的磁場(chǎng)力即產(chǎn)生一轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩可表示為：,T=BILDcosa

9、 (3-2),,,,,,2.,直流電動(dòng)機(jī),性能,實(shí)際上，直流電動(dòng)機(jī)性能可通過電樞電壓、反電動(dòng)勢(shì)和磁通予以描述。直流電動(dòng),機(jī),電,樞的,穩(wěn)態(tài),等,值電,路如,圖所示。,,,對(duì),于他勵(lì)和并勵(lì)直流,電動(dòng),機(jī)，,,等于,電,樞,繞組,的,電,阻；,對(duì),于串勵(lì)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng),機(jī)，,,為電,樞,繞組,與串勵(lì),繞組電,阻的,總,和,。直流電動(dòng),機(jī)的基本方程,組為：,,,（,3-3,）,,,,（,3-4,）,,,（,3-5,）,,,（,3-6,）,,就串勵(lì)直流電動(dòng),機(jī),而,言，磁通隨,電,樞,電,流而,變,化。在磁化特性的非飽和區(qū)，可假定,,與,I,成正比，,因此有,,,(3-7),可得

10、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為,,,,（,3-8,）,,3.2.5,直流電動(dòng)機(jī)控制,1.,直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性,,,2.,電樞,電壓調(diào)節(jié)法,電樞電壓調(diào)節(jié)法是指通過改變電樞電壓來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，適用于電機(jī)基速（額定轉(zhuǎn)速）以下的調(diào)速調(diào)節(jié)。,,斬波器,( PWM),脈寬調(diào)制屬于一種電樞電壓調(diào)節(jié)法，直流電機(jī)通常采用,PWM,實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制。其調(diào)速控制主電路如圖所示。其中,VT,1,、,VT,2,為兩只絕緣柵雙極型晶體管,(IGBT),。當(dāng)電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，控制器控制,VT,1,關(guān)斷，當(dāng),VT,2,處于低電位時(shí)，,VT,2,導(dǎo)通，電機(jī)電樞繞組通電，電樞兩端加上電源電壓,U,b,。當(dāng),VT,2,處于高電位時(shí)，,VT

11、,2,截止，電機(jī)電樞繞組斷電。在一個(gè)固定周期內(nèi)，增加,VT,2,處于低電位的時(shí)間，則可增加電樞繞組的平均電壓,。,,,,,3.,磁場(chǎng)調(diào)節(jié),法,磁場(chǎng)調(diào)節(jié),法是通,過調(diào)節(jié),磁,極繞組勵(lì)磁電,流，改,變,磁極磁通量多來,調(diào)節(jié)電,機(jī)的,轉(zhuǎn),速。,這,種方法適用于,電,機(jī),基速以上的轉(zhuǎn),速控制。,以升速為,例，,調(diào),速,過,程是：減小,磁通量，在機(jī)械慣,性力的作用下，,電樞轉(zhuǎn),速,還,沒有來得及下降，而反,電動(dòng)勢(shì),隨著磁通量的減小而下降，,電,樞,電流隨之增大，由于電,樞,電,流增加的影,響大于磁通量減小的影響，因而電,機(jī),的電,樞,電,磁,轉(zhuǎn),矩,T,增大。如果這時(shí)電機(jī)的阻力矩,T,L,未變,，,則電

12、,樞的,轉(zhuǎn),速,n,便會(huì)上升。隨著電,機(jī),轉(zhuǎn),速的上升，,電樞的反電動(dòng)勢(shì),增大，,電,樞,電,流隨之減小，直到,電,磁,轉(zhuǎn),矩與阻力矩平衡，,電,機(jī)就在,比減小磁通量前高的轉(zhuǎn),速下,穩(wěn),定運(yùn),轉(zhuǎn),。,,,,4.,電樞回路電阻調(diào)節(jié),電樞回路電阻調(diào)節(jié)法是在磁極繞組勵(lì)磁電流不變的情況下，改變電樞回路的電阻，使電樞電流變化來實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。電樞回路電阻調(diào)節(jié)法的機(jī)械特性差，而且會(huì)使電機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，加之電樞回路串人電阻消耗了電能，一般很少在電動(dòng)汽車上采用。,,3.2.6,直流電機(jī)在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用,直流電機(jī)體積和質(zhì)量大，存在換向火花、電刷磨損以及電機(jī)本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，交流

13、調(diào)速電機(jī)在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用發(fā)展迅速。如城市中的無軌電車和電動(dòng)叉車較多地采用直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，很多電動(dòng)觀光車和電動(dòng)巡邏車上也使用直流電機(jī)。,,3.3,交流,異步電動(dòng)機(jī),交流異步電動(dòng)機(jī)又稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，是由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)電能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械能量的一種交流電動(dòng)機(jī)。按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)來分，有,鼠,籠型異步電動(dòng)機(jī)和繞線型異步電動(dòng)機(jī)；按照定子繞組相數(shù)來分，有單相異步電動(dòng)機(jī)、兩相異步電動(dòng)機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)。,,3.3.1,交流異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu),異步電動(dòng)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。,,1.,定子,異步電

14、動(dòng)機(jī)的定子由定子鐵心、定子繞組和機(jī)座構(gòu)成。,（,1,） 定子鐵心,定子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，并在其上放置定子繞組。,,（,2,）定子繞組,定子繞組是電動(dòng)機(jī)的電路部分，通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。,,（,3,）機(jī)座,機(jī)座主要用于固定定子鐵心與前后端蓋，以支撐轉(zhuǎn)子，并起防護(hù)、散熱等作用。,,2.,轉(zhuǎn)子,異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。,（,1,）轉(zhuǎn)子鐵心,轉(zhuǎn)子鐵心也是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，并在鐵心槽內(nèi)放置轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子鐵心所用材料與定子一樣，由,0.5mm,厚的硅鋼片沖制、疊壓面成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的孔，用來安置轉(zhuǎn)子繞組。,,（,2,）轉(zhuǎn)子繞組,轉(zhuǎn)子繞組是轉(zhuǎn)子的電路部分，

15、它的作用是切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電流，并形成電磁轉(zhuǎn)矩而使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子繞組分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子。,,（,3,）轉(zhuǎn)軸,轉(zhuǎn)軸用于固定和支撐轉(zhuǎn)子鐵心，并輸出機(jī)械功率。轉(zhuǎn)軸一般使用中碳鋼制成。,,,3.,氣隙,異步電動(dòng)機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間有一小的間隙，稱為電動(dòng)機(jī)氣隙。,3.3.2,異步交流電動(dòng)機(jī)性能特點(diǎn)及應(yīng)用,1.,優(yōu)點(diǎn),1,）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用、維護(hù)方便，運(yùn)行可靠性高，質(zhì)量輕，成本低。,2,）高速低轉(zhuǎn)矩時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)效率高；,3,）低速時(shí)有高轉(zhuǎn)矩，并有寬泛的速度范圍；,4,）易實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速超過,10000min,的高速旋轉(zhuǎn)。,5,）控制裝置的簡(jiǎn)單化。,,,2.,缺點(diǎn),異步電動(dòng)機(jī)的局限性是，它的轉(zhuǎn)

16、速與其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)合，不如直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)、方便。,3.,異步交流電動(dòng)機(jī)在新能源汽車上的應(yīng)用,一般情況下，作為電動(dòng)汽車專用的電動(dòng)機(jī)，由于安裝條件受限，而且要求小型輕量化，因而電動(dòng)機(jī)在,1000min,以上的高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，大多采用一級(jí)齒輪減速器實(shí)現(xiàn)減速。此外，由于震動(dòng)等惡劣環(huán)境，低速狀態(tài)下需要高轉(zhuǎn)矩，并且要在較寬的速度范圍內(nèi)具有恒輸出功率特性，所以，電動(dòng)汽車用異步電動(dòng)機(jī)與一般工業(yè)用的電動(dòng)機(jī)不同，因此在設(shè)計(jì)上必須采用各種新方法，以達(dá)到電動(dòng)汽車的需求。,,3.3.3,異步電動(dòng)機(jī)的工作原理與運(yùn)行性能,1.,異步電動(dòng)機(jī)基本工作原理,

17、,將旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速,n,1,稱為同步轉(zhuǎn)速，Δ,n=n,1,-n,稱為轉(zhuǎn)差，并將,s=,Δ,n/n,1,=(n,1,-n)/n,1,稱為轉(zhuǎn)差率。一般異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)差率,s,在,3%,～,5%,之間，并與負(fù)載有關(guān)，當(dāng)負(fù)載加大時(shí)轉(zhuǎn)差率也增加。,圖中三相繞組各自只畫了一個(gè)線圈，接通三相交沆電時(shí)將合成一對(duì)磁極。實(shí)際上定子三相繞組都不止一個(gè)線圈，而且根據(jù)線圈布置情況，實(shí)際可以形成多對(duì)磁極。磁極數(shù)越多，電機(jī)轉(zhuǎn)諫就慢。若設(shè)磁極對(duì)數(shù)為,p,，交流電頻率為,f1,，則它們與同步轉(zhuǎn)速,nl,的關(guān)系為,,,（,3-9,）,,,,,2,．異步電動(dòng),機(jī)的運(yùn)行性能,（,1,）三相異步電機(jī)的基本分析,1,）電動(dòng)機(jī)輸入與輸出

18、功率。電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)輸入的電功率為,（,3-10,）,,,,（,3-11,）,,,2,）定、轉(zhuǎn)子電路的電動(dòng)勢(shì)與電流。,設(shè)定子每相繞組電動(dòng)勢(shì)有效值為,E,，它與電源的電壓、頻率、每極磁通量等有如下關(guān)系：,,3,）轉(zhuǎn),子的,轉(zhuǎn),速、,轉(zhuǎn),差,頻,率以及,電,磁,轉(zhuǎn),矩。,將,轉(zhuǎn),子,電,流,頻,率,f,2,稱為轉(zhuǎn),差,頻,率，它等于,f,1,與轉(zhuǎn),差率,s,的乘積,，即,,,,正是轉(zhuǎn),子,電,流在磁,場(chǎng),中受到力的作用，形成,電,磁,轉(zhuǎn),矩，才能,帶動(dòng)轉(zhuǎn),子按照與旋,轉(zhuǎn),磁,場(chǎng),相,同的方向轉(zhuǎn)動(dòng),起來。,電,磁,轉(zhuǎn),矩旋,轉(zhuǎn),磁,場(chǎng),的磁通Φ和,轉(zhuǎn),子,電,流,I,2,的一般關(guān),系,為,,（,3-1

19、4,）,4,）電動(dòng),機(jī)的幾,種,基本運(yùn)行狀,態(tài)。電動(dòng),機(jī)空,載時(shí),，,轉(zhuǎn),子,轉(zhuǎn),速相,對(duì)較,高，,轉(zhuǎn),差率很低，可能小于,l%,。,,（,2,）三相異步電動(dòng),機(jī)的機(jī)械特性,,異步電動(dòng),機(jī)運(yùn),轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn),子,電,流在磁,場(chǎng),中受力而,產(chǎn),生的,轉(zhuǎn),矩，稱,為電,磁,轉(zhuǎn),矩,T,。,,,（,3,）異步電動(dòng),機(jī)的起,動(dòng),和制,動(dòng),1,）異步電動(dòng),機(jī)的起,動(dòng)。,2,）異步電動(dòng),機(jī)的制,動(dòng)。,,3.3.4,異步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng),1.,步電動(dòng),機(jī)的基本,調(diào),速方法,為,了保持,電動(dòng),機(jī)良好的運(yùn)行性能，在,調(diào),速,過,程中，常將,調(diào)壓,和,調(diào)頻,兩,種,方法同,時(shí)進(jìn),行，,這種調(diào),速方法稱,為變壓變頻,(

20、variable voltage and variable frequency),調(diào),速，,簡(jiǎn),稱,VVVF,。,一般以額,定狀,態(tài),（,額,定,電壓,、,額,定,頻,率、,額,定,轉(zhuǎn),速）,為,基準(zhǔn)，將,調(diào),速范,圍,大體分,為,兩個(gè),階,段，如,圖所示。,,,,,1,）需要調(diào),低,轉(zhuǎn),速,時(shí),，可以降低定子供,電頻率,f,1,，但若電,機(jī)端,電壓,U,1,不變,，,僅,降低,頻,率,f,時(shí),，,為,了,維,持,電壓,與,電動(dòng)勢(shì),的平衡，,磁通成反比地增大，這,將,導(dǎo),致磁,場(chǎng)過,度,飽,和，引起,電動(dòng),機(jī)功率因數(shù)下降和,發(fā)熱,，所以,還,要同,時(shí),降低,電壓,，也就是使,U,l,／,f,1

21、,≈常數(shù)，以保持磁通Φ基本恒定。,,2,）當(dāng)需要調(diào),高,轉(zhuǎn),速,時(shí),，可以提高供,電頻,率,f,1,，但保持定子,電壓,U,1,，基本不變,，此,時(shí),磁通,Φ將減小，電,磁,轉(zhuǎn),矩丁也相,應(yīng),減小，而定、,轉(zhuǎn),子,電,流基本不,變,。,,2.,常用的幾種電,源,變換電,路,通常用于異步電動(dòng),機(jī),驅(qū)動(dòng),的,轉(zhuǎn)換電,路有三,種基本形式。,,3.,逆變,器的控制技,術(shù)簡(jiǎn),介,異步電動(dòng),機(jī)的,調(diào),速控制，就是通,過對(duì)電動(dòng),機(jī),電壓,、,電,流、,轉(zhuǎn),速、,轉(zhuǎn),矩等參數(shù)的,調(diào)節(jié),控制，,實(shí)現(xiàn)電動(dòng),機(jī)的平,穩(wěn),起,動(dòng),、大范,圍調(diào),速以及回,饋,制,動(dòng),等運(yùn)行性能要求。,,,,,（,1,）主電,路,包括整

22、流器和逆,變,器。,圖,中采用交一直一交,變頻,，功率,開關(guān),管用的是,絕緣柵雙極型晶體管,(IGBT),。,（,2,）控制電,路,控制器采用數(shù)字信號(hào),處,理器（,DSP,，有專,用的,處,理器,電,路模,塊,）,。,（,3,）傳,感器部分,包括,電,流,傳,感器（或稱,電,流,檢測(cè),器）和,編碼,器等。,（,4,）交流異步電動(dòng),機(jī),多采用鼠,籠,式異,步電動(dòng),機(jī)。,,,,,3.4,永磁,直流無刷電動(dòng)機(jī),3.4.1,永磁電動(dòng)機(jī)分類,1.,永磁直流無刷電動(dòng)機(jī),具有直流電動(dòng)機(jī)特性的無刷直流電動(dòng)機(jī)，反電動(dòng)勢(shì)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(dòng)機(jī)。,2.,永磁同步電動(dòng)機(jī),具有交流電動(dòng)

23、機(jī)特性的無刷直流電動(dòng)機(jī)，反電動(dòng)勢(shì)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(dòng)機(jī)。,,3.4.2,永磁直流無刷電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)及應(yīng)用,1.,永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)包,括：,（,1,）高效率,,（,2,）體積小,,（,3,）易控制,,（,4,）易冷卻,,（,5,）低廉的維護(hù)、顯著的長(zhǎng)壽命和可靠性,,（,6,）低噪聲,,,2.,永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)主要缺點(diǎn),（,1,）成本,,（,2,）有限的恒功率范圍,,（,3,）安全性,,,,（,4,）磁體退磁,,（,5,）高速性能,,（,6,）永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)中的逆變器故障,,,3.,永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)在新能源汽車上應(yīng)用,通過采用高能量的永磁體為勵(lì)

24、磁機(jī)構(gòu)，永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)具有設(shè)計(jì)成高功率密度、高轉(zhuǎn)速和高效率電動(dòng)機(jī)的潛力。這些顯著優(yōu)勢(shì)使其在電動(dòng)汽車,( EV),和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車,( HEV),中的應(yīng)用令人矚目。在永磁電動(dòng)機(jī)系列中，無刷直流,(BLDC),電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)是應(yīng)用于,EV,和,HEV,的最有希望的選擇對(duì)象。,,3.4.3,永磁直流無刷電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu),1,．永磁直流無刷電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子,永磁直流無刷電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的永磁體多使用釹鐵硼等稀土永磁材料，結(jié)構(gòu)上采用表面貼裝或嵌入式，在電動(dòng)機(jī)中用永久磁鐵作磁極，可以省去勵(lì)磁繞組，使電機(jī)結(jié)構(gòu)得以簡(jiǎn)化。,,,,2,．無刷電機(jī)的定子,永磁無刷電動(dòng)機(jī)的定子繞組與交流同步或異步電動(dòng)機(jī)類似，也是多相繞組，但不一定是

25、三相，也可以采用兩相或四相等形式，其中以三相或四相繞組應(yīng)用較多。,3,．電子換向電路,為了給定子繞組換向，需要接入電子換向電路。電子換向電路相當(dāng)于前述功率變換電路或主電路，由若干大功率開關(guān)元件組成，開關(guān)元件的工作受轉(zhuǎn)子位置傳感器的控制。,電子換向電路由功率變換主電路和控制電路兩大部分組成，與前述逆變器電路類似。與逆變器不同的是，電子換向電路輸出的頻率不是獨(dú)立可以調(diào)節(jié)的，而是受控于轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，所以電子換向電不具有變頻功能,。,,,,4,．轉(zhuǎn)子位置傳感器,轉(zhuǎn)子位置傳感器也叫轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器，與我們熟知的發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸位置傳感器類似，根據(jù)工作原理的不同可以有光電式、磁感應(yīng)式以及霍爾式等。,,3.4.4,

26、永磁無刷電動(dòng)機(jī)的基本控制原理,三相半控電路,三相半控橋控制的永磁無刷電動(dòng)機(jī)工作原理如圖所示。,,,,,,,,2.,三相,全控電路,采用三相全控電路的無刷電動(dòng)機(jī)定子也是三相繞組，繞組連接方式可以是,丫,形或△形。以下我們,丫,形接法為例介紹三相全控電路的工作原理，電路連接如圖所示。,,,,,,,3.5,永磁同步電動(dòng)機(jī),3.5.1,永磁,電動(dòng),機(jī)的,結(jié),構(gòu),永磁同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與交流異步電動(dòng)機(jī)類似，都包括定子部分和轉(zhuǎn)子部分，如圖所示。,,1.,內(nèi)置式永磁同步電動(dòng),機(jī),內(nèi)置式永磁同步電動(dòng),機(jī)按永磁體磁化方向可分,為,徑向式、切向式和混合式，在有阻尼,繞組,情況下如,圖所示。內(nèi)置式永磁同步電動(dòng),機(jī),

27、轉(zhuǎn),子由于內(nèi)部嵌入永磁體，容易,導(dǎo),致,轉(zhuǎn),子機(jī)械,結(jié),構(gòu)上的凸極特性。,,2.,外置式永磁同步電動(dòng),機(jī),。,外置式永磁同步電動(dòng),機(jī)根據(jù)永磁體是否嵌入,轉(zhuǎn),子,鐵心,中，可以分,為,面,貼,式和插入式,兩種電動(dòng),機(jī)，如,圖所示。,,面貼式永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子永磁體一般為瓦片形，通過合成粘膠粘于轉(zhuǎn)子鐵心表面。,插入式永磁同步電動(dòng)機(jī)的永磁體嵌入到轉(zhuǎn)子鐵心中，兩個(gè)永磁體之間的鐵心成為鐵磁介質(zhì)突出的部分。,外置式永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)比內(nèi)置式電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單，并且制造容易，因而工業(yè)上應(yīng)用較多。,,3.5.2,永磁同步電機(jī)的基本原理,,永磁同步電機(jī)的工作原理與永磁直流無刷電機(jī)一樣，當(dāng)定子繞組輸入三相正弦交流電時(shí)

28、，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的永磁體磁場(chǎng)相互作用，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并隨著定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步，故稱之為永磁同步電機(jī)。,,,,3.5.3,永磁同步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn),1.,永磁同步電動(dòng)機(jī)與其他電動(dòng)機(jī)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn),：,1,）以電子換向?qū)崿F(xiàn)無刷運(yùn)行，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。,2,）控制電源頻率就能控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。,3,）低速動(dòng)力性比較好；同時(shí)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速較高，能達(dá)到,10000r/min,。,4,）具有較硬的機(jī)械特性,5,）電動(dòng)機(jī)可以在很低的轉(zhuǎn)速下保持同步運(yùn)行，調(diào)速范圍寬。,6,）功率因數(shù)高，定子電流和定子銅耗小，效率高。,7,）體積小、質(zhì)量輕。,,2.,永

29、磁同步電動(dòng)機(jī)還存在以下缺點(diǎn)：,1,）增大定子的電流，增加電動(dòng)機(jī)的銅耗。,2,）永磁電動(dòng)機(jī)的磁鋼價(jià)格較高。,3,）永磁同步電機(jī)低速效率較低。,,3.5.4,永磁同步電機(jī)的控制方法,目前，三相同步電機(jī)主要有兩種控制方式，一種是他控式,(,又稱為頻率開環(huán)控制,),；另一種是自控式,(,又稱為頻率閉環(huán)控制,),。他控式方式主要是通過獨(dú)立控制電源頻率的方式來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，不需要知道轉(zhuǎn)子的位置信息，經(jīng)常采用恒壓頻比的開環(huán)控制方案。自控式永磁同步電機(jī)也是通過改變外部電源的頻率來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，外部電源頻率的改變是和轉(zhuǎn)子的位置信息是有關(guān)聯(lián)的，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速是通過改變定子繞組外加電壓,(,或電流,),頻率的大小來

30、調(diào)節(jié)的。,,矢量控制,,（,1,）,i,d,=0,控制,也稱為磁場(chǎng)定向控制。目前，在永磁同步電動(dòng)機(jī)伺服系統(tǒng)中，,i,d,=0,矢量控制是主要的控制方式。通過檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極空間位置,d,軸，控制逆變器功率開關(guān)器件導(dǎo)通與關(guān)斷，使定子合成電流為位于,q,軸，此時(shí),d,軸定子電流分量為零，永磁同步電動(dòng)機(jī)電,磁,轉(zhuǎn),矩正比于,轉(zhuǎn),矩,電,流，即正比于定子,電,流幅,值,，只需控制定子,電,流大小就可以很好地,控制永磁同步電動(dòng),機(jī)的,輸,出,電,磁,轉(zhuǎn),矩。,,（,2,）最大轉(zhuǎn),矩／,電,流比控制,在,電動(dòng),機(jī),輸,出相同,電,磁,轉(zhuǎn),矩下使,電動(dòng),機(jī)定子,電,流最小的,控制策略稱為,最大,轉(zhuǎn),矩／,電,流

31、比控制。,,最大轉(zhuǎn),矩／,電,流比控制,實(shí)質(zhì),是求,電,流極,值問題,，可以通,過,建立,輔,助方程，采用牛,頓,迭,代法求解。但是，計(jì)算量較,大，在,實(shí)際應(yīng),用中系,統(tǒng)實(shí)時(shí),性無法,滿,足，只有通,過,離,線計(jì),算出,不同電,磁,轉(zhuǎn),矩,對(duì)應(yīng),的交、直,軸電,流，以表的形式存放于,DSP,中，實(shí)際,運(yùn)行,時(shí),根據(jù),負(fù)載,情,況查,表求得,對(duì)應(yīng),的主,i,d,、,i,q,進(jìn),行控制。,,（,3,）弱磁控制,永磁同步電動(dòng),機(jī)弱磁控制思想來自他勵(lì)直流,電動(dòng),機(jī),調(diào),磁控制。,對(duì),于他,勵(lì)直流電動(dòng),機(jī)，當(dāng)其,電,樞端,電壓,達(dá)到最高,電壓時(shí),，,為,使,電動(dòng),機(jī)能運(yùn)行于更高,轉(zhuǎn),速，采取降,低電動(dòng),

32、機(jī)勵(lì)磁,電,流的方法，以平衡,電壓,。在永磁同,步電動(dòng),機(jī),電壓,達(dá)到逆,變,器所能,輸,出的,電壓,極限后，要想,繼續(xù),提高,轉(zhuǎn),速，也要采取弱磁增速的,辦,法。,,,,但矢量控制本身也存在一定的缺陷：,1,）轉(zhuǎn),子磁,鏈,的準(zhǔn)確,觀測(cè),存在一定的,難,度，,轉(zhuǎn),子磁,鏈,的,計(jì),算,對(duì)電動(dòng),機(jī)的參數(shù)有,較強(qiáng)戰(zhàn)依賴,性，因此,對(duì),參數(shù),變,化,較為,敏感。,2,）由于需要進(jìn),行解耦運(yùn)算，采用了矢量旋,轉(zhuǎn)變換,，系,統(tǒng)計(jì),算比,較復(fù)雜,。,,,2,．直接轉(zhuǎn),矩控制,PMSM,直接轉(zhuǎn),矩控制系,統(tǒng),的原理,結(jié),構(gòu),圖,，如,圖所示。實(shí)際,系,統(tǒng),中，,開關(guān),信號(hào)是,由轉(zhuǎn),矩和定子磁,鏈,的,給,

33、定,值,與反,饋值,的偏差,經(jīng),滯,環(huán),比,較,得到的,。而轉(zhuǎn),矩和定子磁,鏈,的,給,定,值,是由,電,磁,轉(zhuǎn),矩和定子磁,鏈,估算模型,計(jì),算得到的。,,,,,3,．,智能控制,,采用智能控制方法的永磁同步電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，在多環(huán)控制結(jié)構(gòu)中，智能控制器處于最外環(huán)充當(dāng)速度控制器，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。這主要是因?yàn)橥猸h(huán)是決定系統(tǒng)的根本因素，而內(nèi)環(huán)主要的作用是改造對(duì)象特性以利于外環(huán)的控制。各種擾動(dòng)給內(nèi)環(huán)帶來的誤差可以由外環(huán)控制或抑制。,,,3.6,開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī),,新能源汽車用的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是高性能一體化系統(tǒng)，主要由開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器、傳感器和

34、控制器四部分組成，如圖所示。,,3.6.1,開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu),開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的基本組成為轉(zhuǎn)子、電子和電子開關(guān)，如圖所示。,,,1.,轉(zhuǎn),子,,開關(guān)磁阻電,機(jī)的,轉(zhuǎn),子由,導(dǎo),磁性能良好的硅,鋼,片疊,壓,而成，,轉(zhuǎn),子的凸極上無,繞組,。開關(guān)磁阻,電,機(jī),轉(zhuǎn),子的作用是構(gòu)成定子磁,場(chǎng),磁通路，并在磁,場(chǎng),力的作用下,轉(zhuǎn)動(dòng),，,產(chǎn),生,電,磁,轉(zhuǎn),矩。,,2.,定子,開關(guān)磁阻電機(jī)的定子鐵心也是由硅鋼片疊壓而成的，成對(duì)的凸極上繞有兩個(gè)串聯(lián)的繞組。定子的作用是定子繞組按順序通電，產(chǎn)生的電磁力牽引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。,,,,3.6.2,開關(guān)磁阻電機(jī)工作原理,開關(guān)磁阻電動(dòng),機(jī)的工作原理示意如,圖所示。,,,開關(guān)

35、磁阻電動(dòng),機(jī)的磁阻隨著,轉(zhuǎn),子磁,極與定子磁極的中心線對(duì),準(zhǔn)或,錯(cuò),開而,變化。因?yàn)殡?感與磁阻成反比，所以當(dāng),轉(zhuǎn)子磁極在定子磁極中心線,位置,時(shí),，相,繞組電,感最大；當(dāng),轉(zhuǎn),子磁極中心,線對(duì),準(zhǔn)定,子磁極中心線時(shí),，相,繞組電,感最小。,,,,3.6.3,開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性,開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性可分為,3,個(gè)區(qū)域：恒轉(zhuǎn)矩區(qū)、恒功率區(qū)、自然特性區(qū)（串勵(lì)特性區(qū)），如圖所示。,,,3.6.4,開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn),1.,開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn),1,）調(diào)速范圍寬、控制靈活，易于實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩一速度特性。,2,）制造和維護(hù)方便。,3,）運(yùn)轉(zhuǎn)效率高,4,）可四象限運(yùn)行，具有較強(qiáng)的再生制動(dòng)能

36、力。,5,）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低制造工藝也相對(duì)簡(jiǎn)單。,6,）轉(zhuǎn)矩方向與電流方向無關(guān)，從而減少了功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)器件數(shù)，降低了成本。,7,）損耗小，損耗主要產(chǎn)生在定子，電動(dòng)機(jī)易于冷卻。,8,）可靠參數(shù)多、調(diào)速性能好。,9,）適于頻繁起動(dòng)、停止以及正反轉(zhuǎn)運(yùn)行。,,2.,開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)缺點(diǎn),1,）雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但電動(dòng)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；,2,）由于開關(guān)磁阻動(dòng)機(jī)磁極端部的嚴(yán)重磁飽和以及與溝槽的邊緣效應(yīng)，使得開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)控制要求常高；,3,）開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)振動(dòng)和噪聲較大，特別是在負(fù)載運(yùn)行的時(shí)候；,4,）轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)現(xiàn)象較大；,5,）包括轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)器的出線端，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的出線頭

37、相對(duì)較多。,,3.6.5,開關(guān)磁阻電動(dòng),機(jī)的控制,角度位置控制方式（,APC,）,角度位置制是，當(dāng)加在繞組上的電壓一定的情況下，通過改變繞組上主開關(guān)的開通角θ,on,和關(guān)斷角θ,0ff,，來改變繞組的通、斷電時(shí)刻，調(diào)節(jié)相電流的波形，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)制。,根據(jù)電動(dòng)勢(shì)平衡方程式可知，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)較大，則此時(shí)電流上升率下降，各相的主開關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)較短，電動(dòng)機(jī)組的相電流不易上升，電流相對(duì)較小，便于使用角度位置控制方式。,,據(jù)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)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(shí)，產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩為正，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在電動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)電流波形主要位于電感的下降段時(shí)，產(chǎn)生的平電轉(zhuǎn)矩為負(fù)

38、，電動(dòng)機(jī)工作在制動(dòng)狀態(tài)，而通過對(duì)開通角、關(guān)斷角的控制，可以使電流波形處在繞組電感形的不同位置。因此，可以用控制開通角、關(guān)斷角的方式來使電動(dòng)運(yùn)行在不同的狀態(tài)。,,2.,電流,斬波控制（,CCC,）,電流斬波控制一般不會(huì)對(duì)開通、天斷角進(jìn)行控制，它將直接選擇在每相的特定導(dǎo)通位置對(duì)電流進(jìn)行斬波控制。,日前常用的有兩種方案，一是對(duì)電流上、下限進(jìn)行限制的控制；二是限制電流上限和恒定關(guān)斷時(shí)間的控制。,方案一中，主開天器件在θ,on,時(shí)導(dǎo)通，繞組電流將從零開始上升，當(dāng)電流增至斬波電流的上限值時(shí)，切斷繞組電流，繞組求受反壓，電流迅速下降；當(dāng)電流降至斬波電流的下限值時(shí)，繞組再次導(dǎo)通，重復(fù)上述過程，從面形成斬波電流

39、，直至達(dá)θ,0ff,時(shí)實(shí)現(xiàn)相關(guān)斷，如圖。,,,,3.,電壓控制（,VC,）,電壓控制,(VC),方式是保持開通角、關(guān)斷角不變的前提下，使功率開關(guān)器件工作在脈沖寬度調(diào)制,(PWM),方式。,按照續(xù)流方式的不同，該控制方式分為單管斬波和雙管斬波方式。,電壓控制的優(yōu)點(diǎn)在于，它通過調(diào)節(jié)繞組電壓的平均值進(jìn)而調(diào)節(jié)電流，因此可用在低速和高速系統(tǒng)，且控制簡(jiǎn)單，但它的調(diào)速范圍有限。,根據(jù)系統(tǒng)性能要求的不同，控制電路的具體結(jié)構(gòu)形式會(huì)有很大差異，但一般均應(yīng)包以下功能：,,1,）用于接收外部指令信號(hào)，如起動(dòng)、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向信號(hào)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(jì)算出控制參數(shù)的調(diào)節(jié)量的調(diào)節(jié)器電路；,

40、3,）用于決定控制電路的工作邏輯，如正反轉(zhuǎn)相序邏輯、高低速控制方式的工作邏輯電路；,4,）用于檢測(cè)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)中某些物理量超過允許值時(shí)，采取相應(yīng)保護(hù)措施的保護(hù)電路，如過電壓保護(hù)和過電流保護(hù)；,6,）用于控制各被控量信號(hào)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)的工作狀況和參數(shù)狀態(tài)顯示電路，如指示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、指示故障保護(hù)情況的顯示。,,3.7,輪轂,電動(dòng)機(jī),3.7.1,輪轂電,機(jī)的,結(jié),構(gòu),,輪轂電,機(jī),驅(qū)動(dòng),系,統(tǒng),根據(jù),電,機(jī)的,轉(zhuǎn),子形式主要分成兩種,結(jié),構(gòu)形式：內(nèi),轉(zhuǎn),子式和,外轉(zhuǎn),子式。內(nèi),轉(zhuǎn),子式

41、,輪轂電,機(jī)采用高速內(nèi),轉(zhuǎn),子,電,機(jī)，配,備,固定,傳動(dòng),比的減速器，,電,機(jī)的,轉(zhuǎn),速通常高達(dá),lOOOOr/min,。外轉(zhuǎn),子式,輪轂電,機(jī),則,采用低速外,轉(zhuǎn),子,電,機(jī)，無,減速裝置，電,機(jī)的外,轉(zhuǎn),子與,車輪,的,輪輞,固定或者集成在一起，,車輪,的,轉(zhuǎn),速與,電,機(jī),相同，電機(jī)的最高轉(zhuǎn),速,為,1000-1500r/min,，如圖所示。,,,,3.7.2,輪轂電機(jī)技術(shù)的特點(diǎn),1.,輪轂電機(jī)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),如下：,（,1,）更方便的底盤布置，更靈活的供電系統(tǒng),,（,2,）更好的汽車底盤主動(dòng)控制性能,,（,3,）更快的控制響應(yīng),,,（,4,）最優(yōu)的驅(qū)動(dòng)力分配,,（,5,）更佳的駕駛舒適性

42、,,,2.,輪轂電,機(jī)技,術(shù),的不足,如下：,1,）輪轂電,機(jī)增大了非簧,載質(zhì),量，,這,會(huì),對(duì),整,車,的操控,產(chǎn),生一定的不利影響；,2,）雖,然,電,子制,動(dòng),可以,實(shí)現(xiàn),能量回收，但是其制,動(dòng),能力有限，所以,仍需要有液壓,制,動(dòng),系,統(tǒng),；,3,）對(duì),密封有,較,高要求，同,時(shí),在,設(shè)計(jì),上也需要,為輪轂電,機(jī),單,獨(dú)考,慮,散,熱,、防,水等問題,；,4,）目前，輪轂電,機(jī)關(guān),鍵,核心元器件（如大功率集成模,塊,IGBT,、,IPM,等）以及控制器全部需要從國(guó)外進(jìn),口，,這對(duì),于我國(guó),電動(dòng),汽,車,以后的技,術(shù)擴(kuò),展和,產(chǎn)業(yè),化推,廣將帶,來一定的制,約,。,,3.7.3,輪轂電機(jī)

43、的驅(qū)動(dòng)方式,,輪轂電,機(jī)使用,時(shí),可分,為,減速,驅(qū)動(dòng),和直接,驅(qū)動(dòng),兩種,驅(qū)動(dòng),方式,。,,1.,采用減速驅(qū)動(dòng),方式,電,機(jī)一般在高速下運(yùn)行，,選,用高速內(nèi),轉(zhuǎn),子式,電,機(jī)。,減速機(jī)構(gòu)放置在電,機(jī)和,車輪,之,間,，起到減速和增大,轉(zhuǎn),矩的作用。,,2.,采用直接驅(qū)動(dòng)方式,多采用外轉(zhuǎn)子式電機(jī)，為了使汽車能順利起步，要求電機(jī)在低速時(shí)能提供大的轉(zhuǎn)矩。,,3.7.4,輪轂電機(jī)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù),1.,輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題,,由于車輪內(nèi)部空間有限，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、制動(dòng)系統(tǒng)、減速機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)的合理布置的難度增大。此外，輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率密度性能要求高，同時(shí)輪轂電機(jī)工作環(huán)境惡劣，如何通過對(duì)輪轂電機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)來保證輪轂電機(jī)安全、高效地運(yùn)行將會(huì)是輪轂電機(jī)研究的重要方向。,,2.,輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車動(dòng)力學(xué)控制問題,,輪轂電機(jī)電動(dòng)汽車為驅(qū)動(dòng)防滑與制動(dòng)防抱死控制提供了更迅速、更精確的執(zhí)行器，但其對(duì)狀態(tài)估計(jì)的精度和控制算法的魯棒性要求也進(jìn)一步提高。,3.,輪轂電機(jī)整車性能匹配問題,由于輪轂電機(jī)布置在輪轂內(nèi)，在不平路面激勵(lì)下的輪胎跳動(dòng)、載荷不均、安裝誤差等都將引起電機(jī)氣隙不均勻，輪轂電機(jī)引起的振動(dòng)激勵(lì)會(huì)進(jìn)一步惡化，同時(shí)會(huì)引起定轉(zhuǎn)子及相鄰部件的振動(dòng)，這會(huì)給車輛的平順性和接地安全性帶來不利的影響。,,