1、電動汽車的電動機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)是車輛行駛中的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其驅(qū)動特性也就決定了汽車執(zhí)行的主要性能指標(biāo)，因此，它是電動汽車的重要部件，并且電動汽車中的燃料電池汽車FCV、混合動力汽車HEV和純電動汽車EV三大類都要用電動機(jī)來驅(qū)動車輪行駛。 電動汽車的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)主要有電氣系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)組成，其中，電氣系統(tǒng)由電機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器和電子控制器等三個子系統(tǒng)構(gòu)成，機(jī)械系統(tǒng)則由機(jī)械傳動和車輪等構(gòu)成。第一節(jié)第一節(jié) 電動汽車電機(jī)技術(shù)趨勢與挑戰(zhàn)電動汽車電機(jī)技術(shù)趨勢與挑戰(zhàn)一、電動汽車電機(jī)技術(shù)發(fā)展趨勢1）電機(jī)的功率密度不斷提高，永磁電機(jī)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大2）電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速不斷提高，回饋制動的高效區(qū)域不斷拓寬3）電驅(qū)動系統(tǒng)的

2、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)字化程度不斷加大二、電動汽車電機(jī)控制技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)二、電動汽車電機(jī)控制技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)1）技術(shù)方面2)資金和人才3)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和知識產(chǎn)權(quán)第二節(jié)第二節(jié) 電動汽車電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)與工作原理電動汽車電機(jī)分類、結(jié)構(gòu)與工作原理1)按工作電源種類劃分：可分為直流電機(jī)和交流電機(jī)(1)直流電機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可劃分：無刷直流電機(jī)和有刷直流電機(jī)。又可分為永磁直流電機(jī)和電磁直流電機(jī)。永磁直流電機(jī)按材料又分為稀土、鐵氧體、鋁鎳鈷永磁直流電機(jī)。電磁直流電機(jī)按勵磁方式又分為串勵、并勵、他勵和復(fù)勵直流電機(jī)。(2)交流電機(jī)可分：單

3、相電機(jī)和三相電機(jī)2)按結(jié)構(gòu)和工作原理劃分：可分為直流電機(jī)、異步電機(jī)、同步電機(jī)。異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是略低于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速。同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無關(guān)而始終保持為同步轉(zhuǎn)速。3)按用途分，有驅(qū)動電機(jī)和控制用電機(jī)。4)按運轉(zhuǎn)速度分，有高速電機(jī)、低速電機(jī)、恒速電機(jī)和調(diào)速電機(jī)。低速電動機(jī)又分為齒輪減速電動機(jī)、電磁減速電動機(jī)、力矩電動機(jī)和爪極同步電動機(jī)等。二、電動汽車電機(jī)結(jié)構(gòu)二、電動汽車電機(jī)結(jié)構(gòu)1）永磁式直流電機(jī)由定子磁極、轉(zhuǎn)子、電刷、外殼等組成。定子磁極采用永磁體（永久磁鋼），有鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵硼等材料。按其結(jié)構(gòu)形式可分為圓筒型和瓦塊型等幾種。轉(zhuǎn)子一般采用硅鋼片疊壓而成，漆包線繞在轉(zhuǎn)子

4、鐵心的兩槽之間（三槽即有三個繞組），其各接頭分別焊在換向器的金屬片上。電刷是連接電源與轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)電部件，具備導(dǎo)電與耐磨兩種性能。永磁電機(jī)的電刷使用彈性金屬片或金屬石墨電刷、電化石墨電刷。2）無刷直流電機(jī)由永磁體轉(zhuǎn)子、多極繞組定子、位置傳感器等組成。3）交流電機(jī)三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)分定子和轉(zhuǎn)子兩部分，定、轉(zhuǎn)子之間有空氣隙。4) 永磁同步交流電動機(jī)永磁同步交流電動機(jī)的磁場由永久磁鐵產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子線圈通過電刷供電，轉(zhuǎn)速與交流電頻率為整倍數(shù)（分?jǐn)?shù)）關(guān)系（視轉(zhuǎn)子線圈繞組數(shù)而定），故稱同步電機(jī)。5）開關(guān)磁阻電機(jī)開關(guān)磁阻電動機(jī)(Switched Reluctance Motor SRM)是根據(jù)磁阻差產(chǎn)生反轉(zhuǎn)磁

5、矩的原理而制成的一種電動機(jī)。6）續(xù)流增磁電機(jī)續(xù)流增磁永磁電機(jī)是一種復(fù)合勵磁的特殊直流電機(jī)，兼顧了串勵直流電機(jī)和他勵直流電機(jī)的優(yōu)點。三、電動汽車電機(jī)工作原理三、電動汽車電機(jī)工作原理1）交流電機(jī) 將這兩相交流電分別送入兩組或四組電機(jī)線圈繞組，就在電機(jī)內(nèi)形成旋轉(zhuǎn)的磁場，旋轉(zhuǎn)磁場在電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場與旋轉(zhuǎn)磁場方向相反，被旋轉(zhuǎn)磁場推拉進(jìn)入旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子必須切割磁力線才能產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必須低于旋轉(zhuǎn)磁轉(zhuǎn)速，故稱異步電機(jī)。2）直流電機(jī)3）永磁同步交流電動機(jī) 轉(zhuǎn)子線圈通過電刷供電，定子通過線圈繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的電機(jī)，按轉(zhuǎn)子線圈與定子線圈的串、并聯(lián)關(guān)系分別稱串勵磁、并勵磁電

6、機(jī)。4）開關(guān)磁阻電機(jī) 開關(guān)磁阻電動機(jī)(Switched Reluctance Motor SRM)是根據(jù)磁阻差產(chǎn)生反轉(zhuǎn)磁矩的原理而制成的一種電動機(jī)。5）續(xù)流增磁電機(jī) 該電動汽車電機(jī)采用稀土永磁和增磁繞組復(fù)合勵磁方式，轉(zhuǎn)子采用無槽結(jié)構(gòu)，把增磁繞組接在電機(jī)續(xù)流回路中，利用續(xù)流回路內(nèi)的電流進(jìn)行增磁，從而使永磁直流電機(jī)產(chǎn)生復(fù)合磁場，產(chǎn)生全新的自動弱磁調(diào)速理念。第三節(jié)第三節(jié) 電動汽車電機(jī)特性與要求電動汽車電機(jī)特性與要求一、電動汽車電機(jī)特性 1)機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩。機(jī)械特性是表示電動機(jī)轉(zhuǎn)矩T與其轉(zhuǎn)速n的關(guān)系n=f(T)曲線，曲線的斜率即表示機(jī)械特性的硬度，斜率大表示機(jī)械特性軟，反之表示調(diào)速特性硬，即轉(zhuǎn)矩隨

7、轉(zhuǎn)速的變化小，機(jī)械特性是電動機(jī)的主要調(diào)速性能指標(biāo)。2)調(diào)速范圍。調(diào)速范圍表示機(jī)械運行中最大轉(zhuǎn)速nmax與最小轉(zhuǎn)速nnmin之比。 3)靜差率。也稱相對穩(wěn)定性，其定義為電動機(jī)由理想空載（T=0）加到額定負(fù)載（T= Te）時，所出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速降ne。（對應(yīng)的理想空載轉(zhuǎn)速nk與額定轉(zhuǎn)速ne之差）與理想空載轉(zhuǎn)速nk之比，4)調(diào)速效率。調(diào)速效率即為輸出軸上的功率P2與輸入功率P1之比，它也反映了調(diào)速時的損耗功率P。5)平滑性。平滑性反映了調(diào)速級數(shù)的多少，在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)速級數(shù)愈多則調(diào)速平滑性愈好，這主要針對機(jī)械齒輪有級調(diào)速。二、電動汽車電機(jī)要求二、電動汽車電機(jī)要求1)恒功率負(fù)載特性。即轉(zhuǎn)速n變化時，負(fù)

8、載功率P2基本為一恒定值。2)通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性。是指水泵、油泵、通風(fēng)機(jī)和螺旋槳等一類機(jī)械的負(fù)載特性。3)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。此類負(fù)載也稱為摩擦轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其特點是負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用的方向總是與運動方向相反，即總是阻礙運動的制動動性轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)速方向改變時，負(fù)載轉(zhuǎn)矩大小不變，但作用方向也隨之改變。4）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。該類負(fù)載的特點是負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與轉(zhuǎn)速n的方向無關(guān)，并保持大小恒定不變。二、電動汽車電機(jī)要求二、電動汽車電機(jī)要求電動汽車對其驅(qū)動電動機(jī)的各項性能要求有：汽車在起步、加速和上坡時，要求有較大的起動轉(zhuǎn)矩和相當(dāng)?shù)亩虝r過載能力。應(yīng)限制電動機(jī)有過大的峰值電流。由于電動汽車電動機(jī)通常由蓄電池供電，而過大

9、的峰值電流極易損壞蓄電池。普通電動機(jī)的起動電流往往都較大，需盡可能改善電動機(jī)的起動特性。為滿足汽車能在各種高、低速工況下運行，要求電動機(jī)有較寬的調(diào)速范圍和理想的調(diào)速特性，以盡可能省去或簡化機(jī)械變速機(jī)構(gòu)與其傳動鏈，從而減少機(jī)械摩擦損失和車載重量，還能騰出空間供蓄電池安放和布局，并也可降低成本。要求電動機(jī)能正反轉(zhuǎn)運行，以達(dá)到汽車倒退時不必通過齒輪切換來實現(xiàn)倒檔。要求電動機(jī)能有效地實現(xiàn)發(fā)電回饋，使得汽車在降速制動和下坡運行時能通過電動機(jī)發(fā)電回饋，把動能自動回饋給蓄電池，以節(jié)能和提高其續(xù)駛里程。設(shè)法使電動機(jī)同時具有電磁制動功能，即利用電磁吸力來使電動機(jī)的定、轉(zhuǎn)子相互吸住，以達(dá)到一定的制動效果。三、電動

10、汽車電機(jī)命名標(biāo)準(zhǔn)三、電動汽車電機(jī)命名標(biāo)準(zhǔn)國標(biāo)關(guān)于電動車電機(jī)的命名標(biāo)準(zhǔn)如下： 派生代號，用大寫漢語拼音字母表示性能參數(shù)代號，用二位阿拉伯?dāng)?shù)字表示。產(chǎn)品名稱代號，用大寫漢語拼音字母表示機(jī)座號，以機(jī)殼外徑（mm）表示產(chǎn)品名稱代號。SYT：鐵氧體永磁式直流伺服電動機(jī)SYX：稀土永磁式直流伺服電動機(jī)SXPT：鐵氧體永磁式線繞盤式直流電動機(jī)SXPX：稀土永磁式線繞盤式直流電SWT：鐵氧體永磁式無刷直流伺服電動機(jī)SWX：稀土永磁式無刷直流伺服電動機(jī)SN：印制繞組直流伺服電動機(jī)SR：開關(guān)磁阻電動機(jī)YX：三相異步電動機(jī)第四節(jié)第四節(jié) 國內(nèi)驅(qū)動電機(jī)技術(shù)的發(fā)展國內(nèi)驅(qū)動電機(jī)技術(shù)的發(fā)展一、國內(nèi)驅(qū)動電機(jī)技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)

11、狀及進(jìn)展電動汽車車用驅(qū)動電機(jī)系統(tǒng)特點。（1）技術(shù)層面與國外水平的比較 （2）產(chǎn)業(yè)化層面與國外水平的差距 （3）根據(jù)行業(yè)需求，重點需要加強(qiáng)的方面共性模塊化關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，降低行業(yè)的研發(fā)成本； 加強(qiáng)機(jī)電耦合設(shè)計和一體化集成，提高整車適應(yīng)性； 加強(qiáng)關(guān)鍵共性技術(shù)研究，建立有效的技術(shù)指標(biāo)和評價體系； 加強(qiáng)可靠性、耐久性和環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)研究及應(yīng)用； 結(jié)合國家重大專項，開發(fā)關(guān)鍵裝備。2）電動汽車電機(jī)驅(qū)動技術(shù)要求（1）電機(jī)永磁化電機(jī)永磁化符合電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)高效率的需要。（2）逆變器數(shù)字化 在電動汽車中，由燃料電池或蓄電池提供的直流電能，通過一個或多個逆變器將其轉(zhuǎn)換成交流電能驅(qū)動永磁電機(jī)運動，其中車用電機(jī)驅(qū)動控制器

12、由逆變器和電機(jī)的控制電路構(gòu)成。 （3）系統(tǒng)集成化 二、電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的分類二、電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的分類1）傳統(tǒng)的驅(qū)動模式. 該驅(qū)動系統(tǒng)仍然采用內(nèi)燃機(jī)汽車的驅(qū)動系統(tǒng)布置方式，包括離合器、變速器、傳動軸和驅(qū)動橋等總成，只是將內(nèi)燃機(jī)換成電動機(jī)，屬于改造型電動汽車。2) 電動機(jī)一驅(qū)動橋組合式驅(qū)動系統(tǒng) 這種驅(qū)動系統(tǒng)布置形式即在驅(qū)動電動機(jī)端蓋的輸出軸處加裝減速齒輪和差速器等，電動機(jī)、固定速比減速器、差速器的軸互相平行，一起組合成一個驅(qū)動整體。3) 電動機(jī)一驅(qū)動橋整體式驅(qū)動系統(tǒng) 這種驅(qū)動系統(tǒng)布置形式與發(fā)動機(jī)橫向前置一前輪驅(qū)動的內(nèi)燃機(jī)汽車的布置方式類似，把電動機(jī)、固定速比減速器和差速器集成為一個整體，兩根半軸

13、連接驅(qū)動車輪。4）輪轂電動機(jī)分散驅(qū)動系統(tǒng) 輪轂電機(jī)技術(shù)又稱車輪內(nèi)裝電機(jī)技術(shù)，它的最大特點就是將動力、傳動和制動裝置都整合到輪轂內(nèi)，因此將電動車輛的機(jī)械部分大大簡化。第五節(jié)第五節(jié) 電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的組成、控制技術(shù)與方法電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的組成、控制技術(shù)與方法一、電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的基本組成電動汽車的整個驅(qū)動系統(tǒng)包括電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)與其機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)兩大部分。電動汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的組成與類型。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)換器、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)化為車輪的動能，或者將車輪的動能反饋到蓄電池中。二、車用電驅(qū)動系統(tǒng)的控制技術(shù)

14、 電機(jī)控制技術(shù)是電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一，它對電動車的性能將產(chǎn)生巨大的影響。由于驅(qū)動電機(jī)的原理、種類差別很大。三、電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)控制方式電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)的好壞關(guān)系著電動汽車能否安全可靠地運行。電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)主要由電機(jī)、電力電子變流器、數(shù)字控制器和傳感器等幾個核心部分組成。三、電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)控制方式三、電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)控制方式1）感應(yīng)電機(jī)V/f控制 感應(yīng)電機(jī)V/f開環(huán)控制系統(tǒng)中存在固有的不穩(wěn)定性，在某些運行頻段易出現(xiàn)電流的持續(xù)振蕩，嚴(yán)重時甚至?xí)鹱冾l器過流保護(hù)或燒毀功率模塊。2）轉(zhuǎn)差率控制 基于轉(zhuǎn)差率控制的矢量控制方式是在進(jìn)行V/f為恒定控制的基礎(chǔ)上，通過檢測異步電機(jī)的實際速度n，并得到對應(yīng)的控制頻

15、率f，然后根據(jù)希望得到的轉(zhuǎn)矩，分別控制定子電流矢量及兩個分量間的相位，對輸出頻率f進(jìn)行控制的。3）矢量控制 矢量控制是一種電機(jī)的磁場定向控制方法，以異步電動機(jī)的矢量控制為例。它首先通過電機(jī)的等效電路來得出一些磁鏈方程，包括定子磁鏈，氣隙磁鏈，轉(zhuǎn)子磁鏈，其中氣隙磁鏈?zhǔn)沁B接定子和轉(zhuǎn)子的。三、電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)控制方式三、電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)控制方式4）直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制以轉(zhuǎn)矩為中心來進(jìn)行磁鏈、轉(zhuǎn)矩的綜合控制5）自適應(yīng)控制 自適應(yīng)控制的研究對象是具有一定程度不確定性的系統(tǒng)，這里所謂的“不確定性”是指描述被控對象及其環(huán)境的數(shù)學(xué)模型不是完全確定的，其中包含一些未知因素和隨機(jī)因素。6）變結(jié)構(gòu)控制是一種控制系

16、統(tǒng)的設(shè)計方法，適用線線性及非線性系統(tǒng)。7）模糊控制 利用模糊數(shù)學(xué)的基本思想和理論的控制方法。8）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是（人工）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論與控制理論相結(jié)合的產(chǎn)物，是發(fā)展中的學(xué)科。9）閉環(huán)控制這是一種自動控制系統(tǒng)，其中包括功率放大和反饋，使輸出變量的值響應(yīng)輸入變量的值。10）魯棒控制所謂“魯棒性”，是指控制系統(tǒng)在一定（結(jié)構(gòu)，大?。┑膮?shù)攝動下，維持某些性能的特性。項目二項目二 直流電機(jī)類型及其控制技術(shù)直流電機(jī)類型及其控制技術(shù)第一節(jié) 直流電機(jī)的類型 直流電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可劃分：無刷直流電動機(jī)和有刷直流電動機(jī)。 有刷直流電動機(jī)可劃分：永磁直流電動機(jī)和電磁直流電動機(jī)。 永磁直流電動機(jī)劃分：

17、稀土永磁直流電動機(jī)、鐵氧體永磁直流電動機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動機(jī)。 直流電機(jī)一般是根據(jù)勵磁方式進(jìn)行分類：串勵直流電動機(jī)、并勵直流電動機(jī)、他勵直流電動機(jī)和復(fù)勵直流電動機(jī)。 按照直流電動機(jī)的磁場與電樞繞組的聯(lián)結(jié)關(guān)系不同，電動機(jī)的勵磁方式可分為他勵、串勵、并勵和復(fù)勵四種。根據(jù)不同勵磁方式，直流電動機(jī)穩(wěn)定運行時的基本方程根據(jù)不同勵磁方式，直流電動機(jī)穩(wěn)定運行時的基本方程(l)電壓方程 他勵電動機(jī)I= lf, E=U-I*R 并勵電動機(jī)I=l-lf, E=U-I*R 串勵電動機(jī)I=l=lf， E=U-I*(R+Rf)(2)轉(zhuǎn)矩方程 驅(qū)動轉(zhuǎn)矩Te必須與機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL乃及空載損耗轉(zhuǎn)矩Tf相平衡，平衡方程式為T

18、e=TL +Tf。(3)電磁功率負(fù)載運行時，電磁繞組的感應(yīng)電動勢與電樞電流的乘積，稱為電磁功率，用Pe表示： Pe= E*I根據(jù)能量守恒定律，對于電動機(jī)，電磁功率應(yīng)等于輸出的機(jī)械功率，即 Pe= E*I=T2*2兀n/60=T(4)串勵電動機(jī)工作特性和機(jī)械特性 機(jī)械特性是指在額定電壓和電磁繞組不變情況下，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。 由轉(zhuǎn)矩公式可知：（1）產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的條件，必須有勵磁磁通和電樞電流，而且與兩者的乘積成正比（2）磁通不變時，轉(zhuǎn)矩與電流成正比，只要控制了電樞電流，就可以控制轉(zhuǎn)矩的大?。唬?）改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向可以通過改變電樞電流的方向或者改變磁通的方向來實現(xiàn)。1)他勵電動機(jī)他勵電機(jī)的勵磁方

19、式是勵磁繞組與電樞繞組分開，外加兩個直流電源進(jìn)行勵磁。(4)串勵電動機(jī)工作特性和機(jī)械特性 2)并勵電機(jī)并勵電機(jī)的勵磁方式，是采用勵磁繞組與電樞繞組共用同一直流電源，并且勵磁繞組與電樞繞組呈并聯(lián)關(guān)系。3)串勵電機(jī)串勵電機(jī)勵磁方式是將勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)到同一共用電源上，勵磁電流即電樞電流。串勵電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的大小變化較大，轉(zhuǎn)矩幾乎與電樞電流的平方成正比。4)復(fù)勵電機(jī)復(fù)勵電機(jī)有兩個勵磁繞組，其中一組為與電樞并聯(lián)的并勵繞組，另外一組為與電樞串聯(lián)的串勵繞組。第二節(jié)第二節(jié) 直流電機(jī)的構(gòu)造及工作原理直流電機(jī)的構(gòu)造及工作原理 1）直流電機(jī)的基本構(gòu)造。直流電機(jī)主要由轉(zhuǎn)子、定子、端蓋和電刷架四部分組成。 (

20、1）定子定子主要由主磁極、換向磁極、電刷和機(jī)座等部分組成。定子的功能是用來產(chǎn)生磁通和進(jìn)行機(jī)械固定。(2）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子主要由電樞鐵芯、電樞繞組及換向器等部分組成。端蓋上裝有軸承以支撐電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，端蓋固定在機(jī)座兩端。（3）換向器：換向器是由許多換向片組成的整體，裝在轉(zhuǎn)子的一端，與換向片間相互絕緣，轉(zhuǎn)動的換向器與固定的電刷滑動接觸，使轉(zhuǎn)動的電樞繞組與靜止的外電路相連接。（4）電樞繞組：轉(zhuǎn)子繞組是按規(guī)律地繞在轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)，與換向器連接，形成閉合回路。其作用是運動中切割磁力線。2）直流電機(jī)工作原理）直流電機(jī)工作原理 工作原理：直流電機(jī)里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁

21、場平行時，再繼續(xù)轉(zhuǎn)動受到的磁場方向?qū)⒏淖儯虼舜藭r轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變，所以電機(jī)能保持一個方向轉(zhuǎn)動。 通電線圈在磁場中要受到磁場力的作用。假設(shè)電刷A與電源的正極相連，電刷B與電源的負(fù)極相連，電流經(jīng)AdcbaB形成回路。根據(jù)左手定則，線圈ab受力向右，線圈cd受力向左。這樣就形成 一個轉(zhuǎn)矩，使電樞逆時針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過90時，此時通電線圈雖然受到電磁力的作用，但轉(zhuǎn)矩為零。由于電樞機(jī)械慣性的作用，電樞也能轉(zhuǎn)動一定的角度，這時線圈中電流的方向也發(fā)生了改變。當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過180時，這時電流經(jīng)過AabcdB形成回路，線圈內(nèi)電流的方向發(fā)生了改變，根

22、據(jù)左手定則，線圈ab受力向左，線圈cd受力向右，仍然形成一個逆時針轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩，電樞按同一方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，這樣電動機(jī)就可以連續(xù)旋轉(zhuǎn)。第三節(jié)第三節(jié) 直流電機(jī)的性能特性及特點直流電機(jī)的性能特性及特點1)直流電動機(jī)的機(jī)械特性 (1）并勵電動機(jī)機(jī)械特性及應(yīng)用并勵電動機(jī)具有硬的機(jī)械特性，即轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化較小，負(fù)載增大時，轉(zhuǎn)速下降不多；具有恒轉(zhuǎn)速特性；可以空載或輕載運行；主磁通很小時可以造成飛車，并且主磁極繞組不允許開路。與他勵電動機(jī)性能相近，并勵電動機(jī)適用于負(fù)載變化時要求轉(zhuǎn)速比較穩(wěn)定的場合。(2）串勵電動機(jī)機(jī)械特性串勵電動機(jī)具有軟的機(jī)械特性，負(fù)載較小時，轉(zhuǎn)速較高，負(fù)載增大時，轉(zhuǎn)速迅速下降；具有恒功率特性；空

23、載或輕載時轉(zhuǎn)速很高，會造成換向困難或離心力過大而使電樞繞組損壞，不允許空載起動及皮帶傳動。串勵電動機(jī)適用于恒功率負(fù)載和速度變化大的負(fù)載。而復(fù)勵電動機(jī)性能介于串勵與并勵之間。2)直流電動機(jī)的工作特性直流電動機(jī)的工作特性在電源電壓U為額定電壓和勵磁電路的電阻Rf為常數(shù)的條件下，改變負(fù)載后，n，T, 分別隨P2變化的關(guān)系稱之為工作特性。其曲線如圖2-13所示。 其中還包括轉(zhuǎn)速特性、轉(zhuǎn)矩特性和效率特性等。3.直流電機(jī)的驅(qū)動特性直流電機(jī)的驅(qū)動特性 電動汽車直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中的直流電機(jī)通常采用串勵電機(jī)和他勵電機(jī)。電動汽車驅(qū)動電機(jī)在很多情況下使用的驅(qū)動特性。4.直流電機(jī)的特點 (1)電樞軸要延長，以便安裝用

24、于速度檢測的脈沖發(fā)生器和推力軸接頭。 (2)轉(zhuǎn)子直徑要設(shè)計得小些，軸長要設(shè)計得長些以適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)。 (3)為了便于散熱，電樞槽要設(shè)計得多些。 (4)為了換向器片、電刷等的定期檢查和維護(hù)，檢查窺視窗口應(yīng)制造得大些。 (5)由于振動，為了防止電刷的誤動作，應(yīng)提高電刷的預(yù)壓緊力。 (6)和其他電動汽車用電機(jī)相同，最大功率值和額定功率記錄在銘牌上。第四節(jié)第四節(jié) 直流電機(jī)的控制技術(shù)直流電機(jī)的控制技術(shù)1）直流電機(jī)的調(diào)速控制直流電機(jī)的物理模型如圖2-15所示。直流電機(jī)運行過程中符合以下公式。 直流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩：Te=KmIa (2-1)式中 Te 電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，(Nm)； 勵磁磁通( Wb)； Ia電樞電

25、流(A)； Km由電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)決定的轉(zhuǎn)矩常數(shù)。常用的可控直流電源有以下三種常用的可控直流電源有以下三種（1)旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組 用交流電機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。由交流電機(jī)（原動機(jī)）拖動直流發(fā)電機(jī)G來實現(xiàn)變流，由G給需要調(diào)速的直流電機(jī)M供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流if的大小，就能夠方便地改變其輸出電壓V，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 （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)的直流電壓和旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出很大的優(yōu)越性（3)直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器 用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用直流

26、斬波器或脈寬調(diào)制的方法產(chǎn)生可調(diào)的直流平均電壓。直流斬波器亦稱直流調(diào)壓器，是利用開關(guān)器件來實現(xiàn)通斷控制，將直流電源電壓斷續(xù)加到負(fù)荷上，通過通、斷時間的變化來改變負(fù)荷上的直流電壓平均值，將固定電壓的直流電源變成平均值可調(diào)的直流電源。3）直流電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)）直流電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，如圖2-19的所示。當(dāng)車輛處于加速行駛時，蓄電池提供電能，經(jīng)DC/DC變換器后輸出直流電機(jī)運行所需的合適的直流電壓；當(dāng)汽車處于減速行駛時，直流電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)DC/DC變換器后可向車載蓄電池或超級電容器等儲能系統(tǒng)充電，所以DC/DC為功率雙向的變換器。4

27、）直流電機(jī)的制動控制）直流電機(jī)的制動控制直流電動機(jī)的電氣制動法主要有以下三種：（1）能耗制動 把電樞繞組從電網(wǎng)斷開并立即換接到制動電阻上，這時電機(jī)作發(fā)電機(jī)運行，把轉(zhuǎn)子動能轉(zhuǎn)換成電能并消耗在制動電阻和電樞電阻上。因此能耗制動也稱為電阻制動。直流電動機(jī)的類型不同，制動電路的接線方法也不相同。（2）反接制動 反接制動是把正向運行中電動機(jī)的直流電源反極性切換而實行的快速制動方法。圖2-22為反接制動的控制電路（3)回饋制動 電動機(jī)接線保持不變，當(dāng)電動機(jī)運行的轉(zhuǎn)速超過空載轉(zhuǎn)速時，電動機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)運行狀態(tài)，這時電動機(jī)的電流與電動機(jī)的方向相反，電動機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能回饋給電網(wǎng)，并產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。項目三項目三

28、 交流電機(jī)類型及其控制技術(shù)交流電機(jī)類型及其控制技術(shù) 交流電機(jī)可分為同步電機(jī)和異步電機(jī)兩大種類，如果電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場在空間同步地旋轉(zhuǎn)，這種電機(jī)就稱為同步電機(jī)。如果電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不等于定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場在空間旋轉(zhuǎn)時不同步，這種電機(jī)就稱為異步電機(jī)。異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、運行可靠、維護(hù)方便、效率較高的優(yōu)點，得到廣泛應(yīng)用。其主要缺點在于功率因數(shù)低，運行時必須從電網(wǎng)吸收無功電流來建立磁場，故其功率因數(shù)小于1。第一節(jié)第一節(jié) 交流電機(jī)類型交流電機(jī)類型 按其原理不同，交流電動機(jī)可分為同步電動機(jī)和異步電動機(jī)兩大類，同步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度與交流電

29、源的頻率有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，在運行中轉(zhuǎn)速嚴(yán)格保持恒定不變；異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速隨著負(fù)載的變化稍有變化。按所需交流電源相數(shù)的不同，交流電動機(jī)又可分為單相和三相兩大類，目前使用最廣泛的是三相異步電動機(jī)，這是由于三相異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、堅固耐用、使用維護(hù)方便等優(yōu)點。在沒有三相電源的場合及一些功率較小的電動機(jī)則廣泛使用單相異步電動機(jī)。三相異步電動機(jī)根據(jù)其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同又可分鼠籠式和繞線式兩大類，其中鼠籠式應(yīng)用最為廣泛。交流異步電機(jī)具有以下的特點。交流異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、價格便宜、工作可靠、效率較高、無需保養(yǎng)等特點，特別是采用鼠籠式轉(zhuǎn)子時，交流電動機(jī)具有其他電動機(jī)不可比擬的優(yōu)點，隨

30、著電子調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，已成為電力拖動選擇的主要機(jī)型。第二節(jié)第二節(jié) 三相異步電機(jī)的構(gòu)造及工作原理三相異步電機(jī)的構(gòu)造及工作原理 三相異步電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子由層疊、壓緊的硅鋼片組成；兩端采用鋁蓋封裝，在轉(zhuǎn)子和定子之間沒有相互接觸的部件、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、經(jīng)久耐用、價格低廉，如圖3-1所示。 三相異步電機(jī)的定子繞組是一個對稱的三相繞組。當(dāng)三相異步電機(jī)接到三相電源上，定子繞組就能夠產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。該磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動勢。如果轉(zhuǎn)子繞組電路閉合，則會產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，該電流與定子旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，使轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體受到電磁力的作用，從而使轉(zhuǎn)子跟著定子旋轉(zhuǎn)磁場同方向旋轉(zhuǎn)，電機(jī)就能帶動機(jī)械負(fù)荷。如

31、果三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相同，則轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體不切割旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線，導(dǎo)體中就沒有感應(yīng)電動勢和電流，也就不會產(chǎn)生電磁力使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。2.12.1三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 三相異步電動機(jī)的種類很多，但各類三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是相同的，它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承、風(fēng)扇、風(fēng)扇罩、接線盒、吊環(huán)等其他附件。1）定子部分定子部分是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的，三相交流異步感應(yīng)電動機(jī)定子由定子鐵芯、定子繞組等部分組成。(2)定子鐵芯 交流異步感應(yīng)電動機(jī)定子鐵芯是電動機(jī)磁路的一部分(3)定子繞組 定子繞組是三相電動

32、機(jī)的電路部分，三相電動機(jī)有三相繞組，通入三相對稱交流電流時，就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。 （4）轉(zhuǎn)子部分異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子分為繞線形與鼠籠形兩種，因此稱為繞線異步感應(yīng)電動機(jī)與鼠籠形異步感應(yīng)電動機(jī)。2.2三相異步電機(jī)的工作原理三相異步電機(jī)的工作原理 在交流異步電動機(jī)中，定子繞組流過依次相差1200相位角的三相交流電時，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。該旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，因為繞組是閉合回路，所以產(chǎn)生感應(yīng)電流，有電流的繞組導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場中產(chǎn)生電磁力，對轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。2.32.3轉(zhuǎn)差率與異步電動機(jī)運行狀態(tài)之間的關(guān)索轉(zhuǎn)差率與異步電動機(jī)運行狀態(tài)之間的關(guān)索 異步電動機(jī)可以有三種運行狀態(tài),它與轉(zhuǎn)差率s或轉(zhuǎn)

33、速n之間的關(guān)系可用圖3-8來表示。1）電動機(jī)運行狀態(tài)。當(dāng)0nn0或0s1, 為電動機(jī)運行狀態(tài)。如前所述，由于轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場存在差速，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體就能切割磁場而感應(yīng)電動勢及電流，產(chǎn)生的電動轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)即能克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩與磁場同方向旋轉(zhuǎn)。電動機(jī)從電源吸收電功率，從軸上輸出機(jī)械功率。3)電磁制動狀態(tài)。當(dāng)n1時,為電磁制動狀態(tài)。如果串動機(jī)所帶負(fù)載的轉(zhuǎn)矩很大,電動機(jī)不僅不能帶動負(fù)載, 反而會在負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用下朝著相反的方向旋轉(zhuǎn)。例如，在吊車起吊貨物時,由于貨物過重,電動機(jī)不僅不能將貨物吊起來，反而由于貨物的下沉而使電動機(jī)反轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)速n變?yōu)樨?fù)值，電磁轉(zhuǎn)矩即為制動轉(zhuǎn)矩。此時電動機(jī)一方面從電網(wǎng)只收電功率，

34、另一方面又從軸上吸收機(jī)械功率，兩部分功率變?yōu)殡妱訖C(jī)內(nèi)部的損耗，異步電動機(jī)運行于電磁制動狀態(tài),也稱為“反接制動”狀態(tài)。第三節(jié)第三節(jié) 異步電動機(jī)工作特性分析異步電動機(jī)工作特性分析異步電動機(jī)的工作特性是指在額定電壓及額定頻率下，電動機(jī)的主要物理量（轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)矩電流，效率，功率因數(shù)等）隨輸出功率變化的關(guān)系曲線。 1）轉(zhuǎn)差率特性隨著負(fù)載功率的增加，轉(zhuǎn)子電流增大，故轉(zhuǎn)差率隨輸出功率增大而增大。 2）轉(zhuǎn)矩特性隨著轉(zhuǎn)速的變換范圍很小，從空載到滿載，轉(zhuǎn)速略有下降，而異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線為一個上翹的曲線。（近似直線） 3）電流特性空載時電流很小，隨著負(fù)載電流增大，電機(jī)的輸入電流增大。 4）效率特性其中銅耗隨著負(fù)載的

35、變化而變化（與負(fù)載電流的平方正比）；鐵耗和機(jī)械損耗近似不變； 效率曲線有最大值，可變損耗等于不變損耗時，電機(jī)達(dá)到最大效率。 異步電動機(jī)額定效率載7494%之間；最大效率發(fā)生在(0.71.0)倍額定效率處。 5）功率因數(shù)特性空載時，定子電流基本上用來產(chǎn)生主磁通，有功功率很小，功率因數(shù)也很低； 隨著負(fù)載電流增大，輸入電流中的有功分量也增大，功率因數(shù)逐漸升高； 在額定功率附近，功率因數(shù)達(dá)到最大值。 如果負(fù)載繼續(xù)增大，則導(dǎo)致轉(zhuǎn)子漏電抗增大（漏電抗與頻率正比），從而引起功率因數(shù)下降。第四節(jié)第四節(jié) 三相異步感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與功率的關(guān)系三相異步感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與功率的關(guān)系第五節(jié)第五節(jié) 三相異步感應(yīng)電動機(jī)的機(jī)

36、械特性三相異步感應(yīng)電動機(jī)的機(jī)械特性 三相異步感應(yīng)電動機(jī)在牽引控制中，采用轉(zhuǎn)差頻率矢量控制策略進(jìn)行控制。三相異步感應(yīng)電動機(jī)的機(jī)械特性一般分為兩個階段。第六節(jié)第六節(jié) 再生制動再生制動 三相異步感應(yīng)電動機(jī)可以工作于兩種運動狀，即電動運轉(zhuǎn)狀態(tài)和制動運轉(zhuǎn)狀態(tài)。 1）電動運轉(zhuǎn)狀態(tài)。在三相異步感應(yīng)電動機(jī)處于電動運轉(zhuǎn)狀態(tài)時，供電系統(tǒng)向三相異步感應(yīng)電動機(jī)供給電能，產(chǎn)生正向旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。三相電源中任何兩相接線交換，都產(chǎn)生反相旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。通過簡單的換相接線，即可實現(xiàn)電動汽車電動逆向行駛（倒車）。 2)制動運轉(zhuǎn)狀態(tài)。三相異步感應(yīng)電動機(jī)的三種制動運轉(zhuǎn)狀態(tài)：反饋制動、反接制動和能耗制動。一般情況下，電動汽車?yán)梅答?/p>

37、制動回收能量可以達(dá)到車輛所消耗能量的10%15%,這對與電動汽車的節(jié)能有重要意義。 在反饋制動狀態(tài)，感應(yīng)電動機(jī)被電動車帶動，并將一部分慣性能量轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子鋼耗，而大部分通過進(jìn)入定子。除去定子銅耗與鐵耗后，電能反饋到電流轉(zhuǎn)換器被轉(zhuǎn)換并儲存到動力電池中，因此又稱為發(fā)電制動。由于Te為負(fù)，s0，所以反饋制動狀態(tài)的機(jī)械特性是電動狀態(tài)機(jī)械特性向第三象限的延伸。第七節(jié)第七節(jié) 交流異步電機(jī)起動方式交流異步電機(jī)起動方式三相異步電動機(jī)從接通電源，轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)到穩(wěn)定狀態(tài)運轉(zhuǎn)的過程，稱為起動過程。電動機(jī)起動性能最重要的是起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。鼠籠式異步電動機(jī)起動常用方法有直接起動、自耦減壓起動、星-三角起動、軟起動

38、、變頻起動等。1) 直接起動直接起動就是利用閘刀開關(guān)或交流接觸器將電動機(jī)直接接入電網(wǎng)，使其在額定電壓下起動，又叫全壓起動。2)降壓起動降壓起動目的是為了限制起動電流，減小電動機(jī)起動時對電網(wǎng)的影響，其方法是在起動時降低加在電動機(jī)定子繞組上的電壓，待電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定時，再把電壓恢復(fù)到正常值。第七節(jié)第七節(jié) 交流異步電機(jī)起動方式交流異步電機(jī)起動方式3)軟起動器軟起動器以電子和可控硅為基礎(chǔ)，是一種集電機(jī)軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，將其接入電源和電動機(jī)定子之間。4)變頻器啟動變頻器是把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流

39、電的裝置。主要由整流（交流變直流）、濾波、再次整流（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、檢測單元微處理單元等組成的。主要由整流器和逆變器兩大部分組成。第八節(jié)第八節(jié) 交流異步電機(jī)交流調(diào)速控制交流異步電機(jī)交流調(diào)速控制 異步電機(jī)的調(diào)速方法主要有調(diào)定子電壓調(diào)速、滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、繞線式電動機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、串級調(diào)速、雙饋調(diào)速、變頻調(diào)速等等。轉(zhuǎn)差功率是否被損耗，是衡量異步電機(jī)系統(tǒng)效率高低的標(biāo)準(zhǔn)，高效調(diào)速指轉(zhuǎn)差率不變，因此無轉(zhuǎn)差損耗，有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方法屬低效調(diào)速，如調(diào)定子電壓調(diào)速，轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中；轉(zhuǎn)差離合器的調(diào)速方法，能量損耗在離合器線圈中；轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法，能量就損耗在轉(zhuǎn)

40、子回路中。因此這些方法均屬于轉(zhuǎn)差功率損耗型，效率較低。串級調(diào)速和雙饋調(diào)速可以把吸收的轉(zhuǎn)差功率返回電網(wǎng)或轉(zhuǎn)換能量加以利用，屬于轉(zhuǎn)差功率利用型，但是調(diào)速范圍較窄，且諧波影響較大。變頻調(diào)速是通過改變電動機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法，沒有轉(zhuǎn)差功率損耗，效率高；調(diào)速范圍大，機(jī)械特性硬，精度高，因此得到了廣泛的應(yīng)用。第九節(jié)第九節(jié) 交流異步電機(jī)控制技術(shù)交流異步電機(jī)控制技術(shù) 20世紀(jì)90年代后，交流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的研制和開發(fā)有了新的突破。相比直流電機(jī)，交流電機(jī)體積小、重量輕、效率高、調(diào)速范圍寬、可靠性高、價格便宜、維修簡單方便，在電動汽車上得到了廣泛應(yīng)用。當(dāng)電動汽車減速或制動時，電機(jī)處在發(fā)電制

41、動狀態(tài)，給電池充電，實現(xiàn)機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。在電動汽車上，由功率半導(dǎo)體器件構(gòu)成的PWM功率逆變器把蓄電池電源提供的直流電變換為頻率和幅值都可以調(diào)節(jié)的交流電。三相異步電機(jī)逆變器的控制方法主要有V/f恒定控制法、轉(zhuǎn)差率控制法、矢量控制法和直接轉(zhuǎn)矩控制法(DTC)1 1）矢量控制）矢量控制 矢量控制又稱磁場定向控制，按同步旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)系定向方式可分為轉(zhuǎn)子磁場定向、氣隙磁場定向和定子磁場定向控制。轉(zhuǎn)子磁場定向可以得到自然的解耦控制，在實際系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，而后兩種定向會產(chǎn)生耦合效應(yīng)，必須通過解耦的補(bǔ)償電流實施補(bǔ)償。2 2）直接轉(zhuǎn)矩控制）直接轉(zhuǎn)矩控制 直接轉(zhuǎn)矩控制以轉(zhuǎn)矩為中心來進(jìn)行磁鏈、轉(zhuǎn)矩的綜合控制

42、。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(biāo)變換，簡單地通過檢測電機(jī)定子電壓和電流，借助瞬時空間矢量理論計算電機(jī)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。項目四項目四 永磁同步電動機(jī)類型及其控制技術(shù)永磁同步電動機(jī)類型及其控制技術(shù)第一節(jié) 永磁同步電機(jī)類型 永磁電機(jī)有多種分類方法，根據(jù)輸入電機(jī)接線端的電流種類可分為，永磁直流電機(jī)和永磁交流電機(jī)。由于永磁交流驅(qū)動電機(jī)沒有電刷、換向器或集電環(huán)，因此也可稱為永磁無刷電機(jī)。 根據(jù)輸入電機(jī)接線端的交流波形，永磁無刷電機(jī)可分為永磁同步電機(jī)和永磁無刷直流電機(jī)。輸入永磁同步電機(jī)的是交流正弦或者近似正弦波，采用

43、連續(xù)轉(zhuǎn)子位置反饋信號來控制換向；而輸入永磁無刷直流電機(jī)的是交流方波，采用離散轉(zhuǎn)子位置反饋信號控制轉(zhuǎn)向。第二節(jié)第二節(jié) 永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 三相永磁同步電動機(jī)具有定子三相分布的繞組和永磁轉(zhuǎn)子，在磁路結(jié)構(gòu)和繞組分布上保證反電動勢波形為正弦波，為了進(jìn)行磁場定向控制，輸入到定子的電壓和電流也為正弦波。 (1)內(nèi)置式永磁同步電機(jī) 內(nèi)置式永磁同步電機(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4-1所示。內(nèi)置式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子由于內(nèi)部嵌入永磁體，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子機(jī)械結(jié)構(gòu)上的凸極特性。(2)外置式永磁同步電機(jī) 外置式永磁同步電機(jī)根據(jù)永磁體是否嵌入轉(zhuǎn)子鐵心

44、中，可以分為面貼式和插入式兩種電機(jī)，如圖4-2所示。第三節(jié)第三節(jié) 永磁同步電機(jī)的性能特點永磁同步電機(jī)的性能特點 永磁同步電機(jī)的功率因數(shù)大、效率高、功率密永磁同步電機(jī)的功率因數(shù)大、效率高、功率密度大，是一種比較理想的驅(qū)動電機(jī)。度大，是一種比較理想的驅(qū)動電機(jī)。 (1)電機(jī)效率電機(jī)效率 永磁同步電機(jī)低速效率較低，如永磁同步電機(jī)低速效率較低，如何通過設(shè)計降低低速損耗，減小低速額定電流是何通過設(shè)計降低低速損耗，減小低速額定電流是目前研究的熱點之一。目前研究的熱點之一。 (2)電機(jī)的弱磁能力電機(jī)的弱磁能力 永磁同步電機(jī)由于轉(zhuǎn)子是永磁同步電機(jī)由于轉(zhuǎn)子是永磁體勵磁，隨著轉(zhuǎn)速的升高，電動機(jī)電壓會逐永磁體勵磁，隨

45、著轉(zhuǎn)速的升高，電動機(jī)電壓會逐漸達(dá)到逆變器所能輸出的電壓極限，這時要想繼漸達(dá)到逆變器所能輸出的電壓極限，這時要想繼續(xù)升高轉(zhuǎn)速只有靠調(diào)節(jié)定子電流的大小和相位增續(xù)升高轉(zhuǎn)速只有靠調(diào)節(jié)定子電流的大小和相位增加直軸去磁電流來等效弱磁提高轉(zhuǎn)速。加直軸去磁電流來等效弱磁提高轉(zhuǎn)速。圖圖4-3永磁同步電機(jī)的驅(qū)動特性永磁同步電機(jī)的驅(qū)動特性 (1)高的短時功率、轉(zhuǎn)矩密度和寬調(diào)速范圍。低速(恒轉(zhuǎn)矩區(qū))運行應(yīng)能夠提供大轉(zhuǎn)矩，以滿足起動、爬坡等要求；能夠提供高轉(zhuǎn)速，以滿足汽車高速行駛及超車的要求；(2)在整個運行范圍內(nèi)具有高效率。目的是增加電動汽車一次充電的行駛距離；(3)有較強(qiáng)的過載能力、快速的動態(tài)響應(yīng)及良好的加速性能。

46、目的是適應(yīng)路面變化及頻繁起動和剎車等復(fù)雜運行工況；(4)可靠性高，重量輕，體積小，成本合理。電動汽車的性能指標(biāo)主要包括：靜加速度、經(jīng)濟(jì)車速、最高車速、爬坡度、續(xù)駛里程。第四節(jié)第四節(jié) 永磁同步電機(jī)控制技術(shù)永磁同步電機(jī)控制技術(shù) 控制策略方面，永磁同步電機(jī)控制系統(tǒng)可以采用矢量控制（磁場定向控制）或直接轉(zhuǎn)矩控制等的先進(jìn)控制策略。采用矢量控制的策略，通過三閉環(huán)電流閉環(huán)、磁極位置閉環(huán)和轉(zhuǎn)速閉環(huán)對電機(jī)進(jìn)行控制。矢量控制最初是應(yīng)用于異步電機(jī)，基本原理是檢測和 控制異步電機(jī)定子電流矢量，根據(jù)磁場定向原理，對異步電機(jī)的勵磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，以達(dá)到控制異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩為目的。具體原理是將異步電機(jī)的定子電流矢量分解

47、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），并分別加以控制，主要是控制兩分量的幅值和相位，也就是控制定子電流矢量，因此稱這種控制方式為矢量控制方式。1）最大轉(zhuǎn)矩電流控制一般采用最大轉(zhuǎn)矩電流比的控制方法實現(xiàn)電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩控制。在恒轉(zhuǎn)矩控制的控制過程中，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的增大，電樞繞組反電動勢也有所增加。當(dāng)增大到逆變器的允許最大輸出電壓Uslim時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速也就達(dá)到恒轉(zhuǎn)矩控制時的最高轉(zhuǎn)速。2）id =0控制 從本質(zhì)上id =0控制也屬于最大轉(zhuǎn)矩電流比控制，它相對于面貼式永磁同步電機(jī)來說的。由于其dq軸的電感基本相等，其d軸上的電流為0。因此，采用id =0控制策略時，定子電流中

48、只有交流分量，而且定子磁動勢空間矢量與轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場空間矢量正交，定子電流只有轉(zhuǎn)矩分量。 如果在永磁同步電機(jī)的整個運行過程中保證id =0，轉(zhuǎn)矩將只受到電子電流q軸分量iq的作用。這樣，產(chǎn)生相同轉(zhuǎn)矩的條件下，所需的定子電流最小，可以大大降低銅耗，從而提高電機(jī)系統(tǒng)的效率。采用id =0的轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制具有以下的特點： (1)轉(zhuǎn)子磁鏈f與定子電流q軸轉(zhuǎn)矩分量iq解耦，互相獨立； (2)定子電流d軸的勵磁分量為0，永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)一步化簡； (3)隨著負(fù)荷增加，定子電流增大這樣會造成同步電機(jī)功率因素的降低。3）弱磁控制通過以上對id=0控制策略的分析可知，它主要是針對轉(zhuǎn)矩的控制，

49、因此若需要改善電機(jī)在其他工作區(qū)間內(nèi)的調(diào)速性能時，就需要進(jìn)行弱磁控制。項目五項目五 開關(guān)磁阻電機(jī)類型及其控制技術(shù)開關(guān)磁阻電機(jī)類型及其控制技術(shù)開關(guān)磁阻電機(jī)( Switched Reluctance Motors,SRM) 具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固、成本低、 工作可靠、控制靈活、運行效率高，適于高速與惡劣環(huán)境運行等優(yōu)點, 由其構(gòu)成的傳動系統(tǒng)( Switched Reluctance Drives, SRD) 具有交、直流傳動系統(tǒng)所沒有的優(yōu)點, 為此，世界各國對SRD接受和感興趣的程度呈逐年上升趨勢, 現(xiàn)已形成了理論研究與實際應(yīng)用并重的發(fā)展態(tài)勢。 眾所周知, SRD 融SRM、功率變換器、控制器與位置檢測器

50、為一體, 其性能的改善不能一味地依靠優(yōu)化SRM 與功率變換器設(shè)計, 而必須借助先進(jìn)控制策略的手段, 從20 世紀(jì)80 年代SRM問世至今, 在SRM 控制方面已涌現(xiàn)出大量先進(jìn)的控制思想, 并取得了有益的成果。第一節(jié)第一節(jié) 開關(guān)磁阻電機(jī)類型開關(guān)磁阻電機(jī)類型1)磁阻電機(jī)大致可以分為以下三類：(1)開關(guān)磁阻電機(jī)；(2)同步磁阻電機(jī)；(3)其他類型的電機(jī)。開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子上都有凸極。同步磁阻電機(jī)中只有轉(zhuǎn)子有凸極，定子結(jié)構(gòu)和異步電機(jī)定子一樣。2) 開關(guān)磁阻電機(jī)的性能特點 SRM作為一種新型調(diào)速電機(jī)，有如下優(yōu)點：(1)調(diào)速范圍寬、控制靈活，易于實現(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

51、；(3)運轉(zhuǎn)效率高。由于SRM控制靈活，易在很寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實現(xiàn)高效節(jié)能控制；(4)可四象限運行，具有較強(qiáng)的再生制動能力； (5)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、制造工藝簡單，其轉(zhuǎn)子無繞組，可工作于極高速；定子為集中繞組、嵌放容易、端部短而牢固、工作可靠，適用于各種惡劣、高溫甚至強(qiáng)振動環(huán)境；第二節(jié)第二節(jié) 開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理1) 開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電機(jī)( Switched Reluctance Motor, SRM)是一種新型電機(jī)，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硅鋼片疊壓而成。2)開關(guān)磁阻電機(jī)工作原理SRM的運行遵循“磁阻最小原則”磁通總是沿磁阻

52、最小的路徑閉合。當(dāng)定子的某相繞組通電時，所產(chǎn)生的磁場由于磁力線扭曲而產(chǎn)生切向磁拉力，迫使相近的轉(zhuǎn)子凸極即導(dǎo)磁體旋轉(zhuǎn)到其軸線與該定子極軸線對齊的位置，即磁阻最小位置。 工作原理：當(dāng)A相繞組單獨供電時，通過導(dǎo)磁體的轉(zhuǎn)子凸極在A-A軸線上建立磁場，該磁場作用于轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子受到磁力作用后，就會使轉(zhuǎn)子極1-1與定子極軸線A-A重合，即磁阻最小的位置，此時A相勵磁繞組的電感最大，從而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 若在重合時改為B相繞組通電，則此時B繞組磁場產(chǎn)生的磁力則迫使轉(zhuǎn)子極2-2與定子極軸線B-B重合，從而使電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動。 由此可見，如果以圖中的相對位置為起始位置，依次給A-B-C-D相繞組通電，轉(zhuǎn)子就會沿逆時針方向連

53、續(xù)旋轉(zhuǎn)。反之，如果依次給A-D-C-B通電，轉(zhuǎn)子就會按照順時針的方向連續(xù)轉(zhuǎn)動。第三節(jié)第三節(jié) 開關(guān)磁阻電機(jī)運行特性開關(guān)磁阻電機(jī)運行特性 SRM的驅(qū)動系統(tǒng)多采用計算機(jī)控制。在電機(jī)速度小于或等于b (第一轉(zhuǎn)折點轉(zhuǎn)速）時，通常采用電流或電壓斬波控制(CCC)方式，用調(diào)節(jié)相繞組中的電流大小來控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩和過電流保護(hù)控制，實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩運轉(zhuǎn)。在電機(jī)速度大于b 并且小于或等于sc（第二轉(zhuǎn)折點轉(zhuǎn)速）時，采用角度位置控制(APC)方式，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的增加而下降，電機(jī)的功率保持不變，實現(xiàn)恒功率運轉(zhuǎn)。在電機(jī)速度大于sc時，由于可控制條件都超過了極限，轉(zhuǎn)矩不再隨轉(zhuǎn)速的一次方下降，SRM改變串勵特性運行，電機(jī)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速

54、的增加而下降。 SRM發(fā)電電動運行原理是SRM具有四象限運行能力，即可以實現(xiàn)發(fā)電電動的雙向運行。當(dāng)SRM在發(fā)電狀態(tài)下時，將原動機(jī)提供給電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能回饋給電源，而當(dāng)其在電動狀態(tài)下運行時，則將電源提供的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能輸出。 SRM分別在發(fā)電與電動運行時，定子每相的理想電感分布與相電流之間的關(guān)系，如圖5-6所示。相電感L將以轉(zhuǎn)子位置角為周期而變化。1在圖5-6中，如果繞組在電感上升區(qū)域23內(nèi)通電，則產(chǎn)生電動轉(zhuǎn)矩，SRM將電源提供的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出和繞組儲能；如果在電感最大區(qū)域34(t1t2)內(nèi)通電，此時沒有轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生，電源提供的電能全部轉(zhuǎn)化為繞組磁場儲能；當(dāng)在t2t3區(qū)域給繞組通電時，

55、產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，電源提供的電能以及機(jī)械能均轉(zhuǎn)化為繞組的磁場儲能。到了t3t4階段，同樣產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，此時開關(guān)磁阻電機(jī)將輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能回饋給電源。在t4t5階段，此時不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，SRM的繞組磁場能回饋給電源。 SRM的工作狀態(tài)是由相電流相對于相電感的位置決定的，當(dāng)圖5-6 電感變化和發(fā)電、電動狀態(tài)下的相電流圖中相電流處在區(qū)間 時產(chǎn)生負(fù)值轉(zhuǎn)矩，需外加機(jī)械轉(zhuǎn)矩，此過程中電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能輸出，發(fā)電運行；而若相電流處在 區(qū)間時，產(chǎn)生正的電磁轉(zhuǎn)矩，電動運行；實際應(yīng)用當(dāng)中，（見圖5-6），在發(fā)電狀態(tài)下，開通角on應(yīng)設(shè)置在t0點，使得tot3區(qū)間內(nèi)，電機(jī)吸收電能，勵磁建流，關(guān)斷角off應(yīng)設(shè)置在t3

56、時刻，在t0t5階段時，繞組斷電，則將轉(zhuǎn)子的機(jī)械能和繞組磁場能回饋給電源，整個過程中的發(fā)電量的大小由這兩個不同階段中的能量的差值來決定。 在電動狀態(tài)下，開通角on應(yīng)該設(shè)置在角2之前，關(guān)斷角off應(yīng)在23區(qū)間。該設(shè)置是為了在繞組電感上升區(qū)域內(nèi)流過較大電流，從而盡量的增加有效電動轉(zhuǎn)矩，通常在電感剛剛開始上升的臨界點2之前使得繞組導(dǎo)通，以達(dá)到使繞組電流迅速建立起來的目的。同時，為了減少制動轉(zhuǎn)矩，即在電感剛開始下降時，就應(yīng)盡快使繞組電流衰減到0，為此關(guān)斷角應(yīng)設(shè)計在23區(qū)間內(nèi)，即最大電感到達(dá)之前。主開關(guān)管關(guān)斷后，繞組電流迅速下降，保證了在電感下降區(qū)內(nèi)流動的電流很小，很快下降為0。綜上所述，只要適當(dāng)?shù)乜刂?/p>

57、SRM每相繞組導(dǎo)通和關(guān)斷時刻，就可以使其運行狀態(tài)發(fā)生改變。1）SRM發(fā)電工作狀態(tài)工作狀態(tài)是由相電流相對于相電感的位置決定的；當(dāng)電感變化和發(fā)電狀態(tài)下的相電流圖相電流處在區(qū)間 時產(chǎn)生負(fù)值轉(zhuǎn)矩，需外加機(jī)械轉(zhuǎn)矩，此電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能輸出，發(fā)電運行；在發(fā)電狀態(tài)下，開通角on應(yīng)設(shè)置在t0點，使得tot3區(qū)間內(nèi)，電機(jī)吸收電能，勵磁建流，關(guān)斷角off應(yīng)設(shè)置在t3時刻，在t0t5階段，繞組斷電，則將轉(zhuǎn)子的機(jī)械能和繞組磁場能回饋給電源，整個過程中的發(fā)電量的大小由這兩個不同階段中的能量的差值來決定。2）SRM電動工作狀態(tài)若相電流處在 區(qū)間時，產(chǎn)生正的電磁轉(zhuǎn)矩，電動運行。在電動狀態(tài)下，開通角on應(yīng)該設(shè)置在角2之前

58、，關(guān)斷角off應(yīng)在23區(qū)間。為在繞組電感上升區(qū)域流過較大電流，增加有效電動轉(zhuǎn)矩，通常在電感剛剛開始上升的臨界點2之前使得繞組導(dǎo)通，使繞組電流迅速建立起來；為減少制動轉(zhuǎn)矩，在電感剛開始下降時，應(yīng)盡快使繞組電流衰減到0，即最大電感到達(dá)之前,關(guān)斷角應(yīng)設(shè)計在23區(qū)間內(nèi)，主開關(guān)管關(guān)斷后，繞組電流迅速下降，保證在電感下降區(qū)內(nèi)流動的電流很小，很快下降為0。第四節(jié)第四節(jié) 開關(guān)磁阻電機(jī)控制技術(shù)開關(guān)磁阻電機(jī)控制技術(shù) SRM 的可控參數(shù)為定子繞組電壓、開通角與關(guān)斷角, SRM 的控制就是如何合理改變這些控制參數(shù)以達(dá)到運行要求，根據(jù)改變控制參數(shù)的不同方式， SRM 有3 種控制模式，即角度位置控制( Angular

59、Position Control, APC)、電流斬波控制(Current Chopping Control, CCC) 與電壓斬波控制( Voltage Chopping Control, VCC) SRM的運行不是單純的發(fā)電或者電動的過程，而是將兩者有機(jī)結(jié)合在一起的控制過程，即它同時也包含了能量回饋的過程。這一控制系統(tǒng)主要特點包括：（1)不同能量流動過程分時控制，采用相同的硬件設(shè)備實現(xiàn)；（2)將發(fā)電和電動過程整合到一起；（3)能量的回饋。SRM控制系統(tǒng)的可控參數(shù)主要有開通角、關(guān)斷角、相電流幅值以及相繞組的端電壓，對這些參數(shù)進(jìn)行單獨或組合控制就會產(chǎn)生不同的控制方法，一般來說，常用的控制方法有

60、角度控制法( APC)、電流斬波控制(CCC)、電壓斬波控制(VCC)三種。1）角度控制法( APC) APC是電壓保持不變，而對開通角和關(guān)斷角的控制，通過對它們的控制來改變電流波形以及電流波形與繞組電感波形的相對位置。在APC控制中，如果改變開通角，而它通常處于低電感區(qū)，則可以改變電流的波形寬度、改變電流波形的峰值和有效值大小以及改變電流波形與電感波形的相對位置，這樣就會對輸出轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生很大的影響。改變關(guān)斷角一般不影響電流峰值，但可以影響電流波形寬度以及與電感曲線的相對位置，電流有效值也隨之變化，因此關(guān)斷角同樣對電機(jī)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生影響，只是其影響程度沒有開通角那么大。2）電流斬波控制( CCC)在