59166电动汽车原理与构造课件第5章

电动汽车原理与构造,第五章电动汽车的电机驱动系统,教学提纲,电动汽车电机驱动系统综述直流电机驱动系统的组成和工作原理交流感应电机驱动系统的组成和工作原理永磁电机驱动系统的组成和工作原理开关磁阻电机驱动系统的组成和工作原理电动汽车电机驱动系统关键部件,电动汽车电机驱动系统综述,电动汽车的驱动系统把电能转化为机械能，并通过传动装置(或直接)将能量传递到车轮进而驱动车辆按照驾驶员意志行驶。它在电动汽车上的具体任务是：在驾驶员操纵控制下，将内燃机发电机系统、动力电池组的电能转化为车轮的动能驱动车辆，并在车辆制动时把车辆的动能再生为电能反馈到动力电池中以实现车辆的再生制动。,电源变换器,直流电源,控制电路,控制器,电动机,电动汽车电机驱动系统综述,电动汽车电机驱动系统的特点如下:以电磁转矩为控制目标，加速踏板和制动踏板的开度是电磁转矩给定的目标值，要求转矩响应迅速，波动小;电动汽车要求驱动电机要有较宽的调速范围，最高转速是基速的2倍以上，电机能在四象限内工作;为保证加速时间，要求电机低速时有大的转矩输出和较大的过载倍数，峰值转矩一般为额定转矩的2倍以上，峰值功率一般为额定功率的1.5倍以上，且峰值转矩和峰值功率的工作时间一般要求5分钟以上，为保证汽车能跑到最高车速，要求电机高速区处有一定的功率输出；驱动系统高效，电磁兼容性好，易于维护;良好的可靠性、耐温和耐潮湿，可以在恶劣的环境条件下长时期运转，结构简单，适合批量生产。,电动汽车电机驱动系统综述,电动汽车电机驱动系统对于电机的要求:高电压。在允许的范围内，尽可能采用高电压，可以减小电动机和导线等装备的尺寸，特别是可以降低功率变换器的成本。小质量。电动机应尽量采用铝合金外壳，以降低电动机的质量，还要设法降低电动机控制器的质量和冷却系统的质量。较大的启动转矩和较大的调速范围，使电动汽车有好的启动、加速性能，获得启动、加速、行驶、减速、制动所需的功率与转矩。高效率、低损耗。应在车辆减速时，实现再生制动能量回收，再生制动回收能量能达到总能量的10%15%。电气系统的安全性和控制系统的安全性都必须符合国家（或国际）有关车辆电气控制安全性能的标准和规定，装备有高压保护设备。高可靠性。耐温和耐潮性能强，运行时噪声低，能够在较恶劣的环境下长时间工作，结构简单，适合大批量生产，使用维修方便。,电动汽车电机驱动系统综述,目前常用的电驱动系统有四种:直流电机(DCMotor)驱动系统，电机控制器一般采用脉宽调制(PWM)斩波控制方式;交流感应电机(ACIM)驱动系统，电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换，采用变频调速方式实现电机调速，采用矢量控制或直接转矩控制策略实现电机转矩控制的快速响应;永磁同步电机驱动系统，包括正弦波永磁同步电机(PMSM)及其控制系统和矩形波无刷直流电机(BDCM)及其控制系统，由于前者低速转矩脉动更小且高速恒功率区调速更稳定，因此比后者具有更好的应用前景，正弦波永磁同步电机(PMSM)及其控制系统中的电机控制器采用PWM方式实现高压直流到三相交流的电源变换，采用变频调速方式实现电机调速;,目前常用的电驱动系统有四种:开关磁阻(SR)电机驱动系统.转子无永磁体或绕组设计，控制方式类似步进电机控制，可以认为是大步距角、利用磁阻效应控制的功率型驱动电机系统.,其他新型电机驱动系统续流增磁电机及其控制系统.结合永磁直流电机高效和串励电机大转矩的特点，电机采用永磁加增磁绕组复合励磁方式，增磁绕组接到电机控制系统的续流回路中，电机低速时利用续流增磁输出大转矩，电机高速时增磁绕组自动提速，电机及其控制系统与车辆驱动需求能得到很好的匹配，且系统具有效率高和转速-转矩全部工作范围的高效工作区宽的特点。,电动汽车电机驱动系统综述,电动汽车电机驱动系统综述,电动汽车电机驱动系统综述,电动汽车电机驱动系统电机的主要性能参数:额定电压在额定运行时，电动机定子或转子绕组应输入的电压值；额定电流在额定电压下，电动机轴上输出的机械功率为额定功率时，电动机定子或转子绕组通过的线电流值；额定转速在额定电压输入下，以额定功率输出时对应的电动机输出转速；额定转矩电机在额定功率和额定转速下的输出转矩；额定功率在额定条件下，电动机轴上输出的机械功率；额定效率在额定运行时电动机轴上输出的机械功率与电动机在额定运行时电源输入到电动机的功率之比值,电动汽车电机驱动系统综述,电动汽车电机驱动系统电机的主要性能参数:电机及控制器整体效率电机转轴输出功率除以控制器输入功率；最高工作转速相应于电动汽车最高设计车速的电机转速最高机械转速在无带载条件下，电机允许旋转的最高转速；峰值功率在规定的时间内，电机允许输出的最大输出功率；峰值转矩电机在规定的持续时间内允许输出的最大转矩；堵转转矩电机转子在所有角位堵住时所产生的转矩最小测得值；温升电机在运行时允许升高的最高温度。,电动汽车电机驱动系统综述,电动汽车电机驱动系统综述,75kW/125kWDC+PM,100kW/150kWAC,100kW/130kWPMSM,电动汽车电机驱动系统综述,教学提纲,电动汽车电机驱动系统综述直流电机驱动系统的组成和工作原理交流感应电机驱动系统的组成和工作原理永磁电机驱动系统的组成和工作原理开关磁阻电机驱动系统的组成和工作原理电动汽车电机驱动系统关键部件,直流电机的工作原理,定子产生固定方向的磁场，为维持持续旋转，换向很有必要。,直流电机的结构,(a)有刷直流电动机(b)无刷直流电动机,直流电机的结构,定子的主要作用是产生气隙磁场，它由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成。,直流电机的结构,定子,电刷,直流电机的结构,转子由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇组成。,电枢铁心,换向器,直流电机的结构,直流电机的工作原理,图(a)为他励方式，励磁绕组与电枢绕组无联接关系，用外加电流进行励磁。其它为自励方式，与电枢绕组共用电源励磁。,他励,并励,串励,复励,直流电机的工作原理,直流电机的基本方程,电枢中感应电动势,电枢电压平衡方程,电磁转矩方程,直流电机稳态转矩-转速特性,串励,他励,直流电机的工作原理,电动汽车直流电机驱动系统,直流电机的工作原理,直流电机的调速控制,降压斩波控制,直流电机的调速控制,降压斩波控制,固定频率控制TRC：T保持不变；变频TRC：保持导通时间不变;限流控制CLC:负载电流控制在特定的范围内。,单象限型、二象限型和四象限型。单象限型直流斩波器适用于电动模式，能量从能量源流向负载。二象限型斩波器还可用于再生制动模式，能量从负载流向电源。二象限型斩波器非常适用于电动车汽车的驱动和再生制动。四象限型直流斩波器不需要借助于机械式接触器，通过电子控制即可实现正向的电动模式和反向的再生制动模式。,直流电机的调速控制,直流电机的调速控制,直流电机的调速控制,车用直流电机的调速控制的几个问题,直流电机的调速特性要求,低于额定转速，电枢电流和励磁电流被设定为其额定值，产生额定转矩；在额定转速时，电枢电压达到其额定值；恒功率区，弱磁控制，且反电动势和电枢电流必须保持不变。,弱磁的概念！,车用直流电机的调速控制的几个问题,弱磁的概念！,车用直流电机的调速控制的几个问题,再生制动特性-泵升电压,车用直流电机的调速控制的几个问题,倒车，直流电机驱动系统反转,方法一：改变电枢供电电压极性用接触器切换供电电压极性；方法二：改变励磁绕组的供电电压极性注意：通过改变励磁极性，可以改变电机的正反转，但工程中是不采用这种方法的，因电枢在加电压之前必须先建立稳定、可靠的磁场，磁场绕组的电感很大，也不宜频繁改变励磁极性。,车用直流电机的调速控制的几个问题,倒车，直流电机驱动系统反转,车用直流电机的调速控制的几个问题,电动汽车直流电机控制器,当电机处于电动时，关断VT1管，在VT2管上施加PWM脉冲信号。,当电机处于制动回馈时，关断VT2管，在VT1管上施加PWM脉冲信号。,电动汽车的油门和制动踏板给定的是转矩信号，电机控制器实现的是转矩闭环控制，通过调节占空比来控制电枢电压，从而控制电磁转矩。,直流电机举例：,驱动时，U2中的IGBT一直关断，电源开关K1合上后，踩下电动大客车速踏板给控制单元CONTRL提供加速信号ACCE后，CONTRL给出控制信号S1，控制K2主触点闭合，接通电池组BATT高压电源，CONTRL发出高频脉冲信号S3，通过DRIVE1驱动，控制U1中的IGBT处在高频PWM开关状态，导通角大小根据U4的电流反馈信号S4自动调节，调节原则是确保驱动电枢电流i的大小与ACCE信号大小相对应，以实现电传动车辆驱动电机的输出驱动转矩的控制。在U1中的IGBT导通时，驱动电流由电池组BATT的正极通过K1、F1、U0、K2、U1中的IGBT、U4到电机电枢的正极，再由电机电枢的负极流出到BATT的负极。在U1中的IGBT关断时，电机电枢电流经过由增磁绕组L1和U2中的反并联二极管构成的续流回路，续流过程中，增磁绕组的电流产生的磁场与永磁磁场是一致的，即增磁。,直流电机举例：,直流电机举例：,直流电机举例：,再生制动时，电机处在发电制动运行状态。在制动过程中U1中IGBT一直关断。电源开关K1合上后，踩刹车踏板向控制单元CONTRL提供刹车信号BRAKE后，CONTRL控制K2主触点闭合，CONTRL发出PWM高频脉冲信号S6，通过DRIVE2驱动，控制U2中的IGBT处在高频开关状态，该IGBT导通角大小根据U4的电流反馈信号S4自动调节，调节原则是确保电机电枢电流的大小与BRAKE信号大小相对应，以实现车辆通过制动踏板实现制动力矩的控制，在U2中IGBT导通时，电枢电流由电机电枢A的正极流出，经过U4、U2中的IGBT、U3再流向A的负极。由于二极管U3的存在，L1中没有电流通过，电机由永磁部分提供稳定的励磁磁场，保证了制动力矩的稳定和有效的控制。在U2中的IGBT关断时，电枢电流由A的正极流出，经过U4，再经过与U1中的反并联二极管后，通过K2、U0、F1和K1给电池组BATT充电，然后由BATT的负极流出到A的负极。,直流电机举例：,直流电机驱动系统,直流电机驱动系统的特点,优点：直流电机驱动系统具有成本最低、易于平滑调速、控制器简单、技术成熟。缺点：直流电机在运行过程中需要电刷和换向器换向，电刷需要定期维护，造成了使用的不便。换向器和电刷制约了直流电机的转速，电机本身的体积大、重量大。,教学提纲,电动汽车电机驱动系统综述直流电机驱动系统的组成和工作原理交流感应电机驱动系统的组成和工作原理永磁电机驱动系统的组成和工作原理开关磁阻电机驱动系统的组成和工作原理电动汽车电机驱动系统关键部件,交流感应电机的结构,交流感应电机工作原理,当三相对称交流电输入感应电机的定子绕组时，在定子绕组中就有励磁电流通过，励磁电流在定子铁芯中产生变磁通和旋转磁场，此时，转子产生感应电动势并有感应电流通过来推动转子作旋转运动，当转子带有机械负荷时，转子电流增加，由于电磁感应作用，定子绕组中的励磁电流也增加。,交流感应电机的结构,交流感应电机的结构,交流感应电机工作原理,磁极对数：定子磁极的极对数p,交流感应电机的结构,旋转电动机从机械结构上看，都是由静止的定子和可以转动的转子组成的。定子、转子之间留有气隙。三相异步电动机的气隙一般为0.252mm。气隙的大小对异步电动机的性能有很大影响。,交流感应电机的结构,定子铁心主要是作为电动机主磁通磁路的一部分和放置定子三相绕组用的，为了降低铁心中的损耗，铁心一般采用厚度为0.25mm，表面涂有绝缘层并冲有一定糟形的硅钢片叠成,三相异步电动机定子绕组的作用是产生旋转磁场和吸收电功率。它是由三个完全相同，且在定子表面对称分布的绕组(每个为一相)根据需要连接成星形或三角形构成的三相对称绕组,交流感应电机的结构,转子铁心的作用与定子铁心相同，所以也是用0.5mm的硅钢片叠制而成，再套在转轴上。,三相异步电动机转子绕组的作用是感生电动势和电流，并与定子磁场作用产生转矩输出机械功率。转子绕组有鼠笼式和绕线式两种,交流感应电机的工作特性,交流感应电机的机械特性,在电源电压和电源频率恒定且定、转子回路不接入任何附加设备时的机械特性称为自然机械特性,在保证其他参数不变，输入电压改变时的变压机械特性和输入电压频率改变时的变频机械特性,交流感应电机的机械特性,交流感应电机的机械特性,(1)电动运转状态。在三相异步感应屯动机处于电动运转状态时，供电系统向三相异步感应电动机供给电能，产生正向旋转的驱动转矩。三相电源中任何两相接线交换。都产生反相旋转的驱动转矩。通过简单的换相接线，即可实现电动汽车电动逆向行驶(倒车)。(2)制动运转状态。三相异步感应电动机有三种制动运转状态：反馈制动、反接制动和能耗制动。一般情况下。电动汽车利用反馈制动回收的能量可以达到车辆所消耗能量的10%15%，这对与电动汽车的节能有重要意义,交流感应电机的机械特性,交流感应电机的调速控制,交流感应电机的调速控制,交流感应电机的调速控制,交流感应电机的调速控制,交流电机控制逆变器,逆变器是将直流变为定频定压或调频调压交流电的变换器，传统方法是利用晶闸管组成的方波逆变电路实现，但由于其含有较大成分低次谐波等缺点，而且近十余年来，由于电力电子技术的迅速发展，全控型快速半导体器件BJT，IGBT，GTO等的发展和PWM的控制技术的日趋完善，使SPWM逆变器得以迅速发展并广泛使用。,交流电机控制逆变器,SPWM控制技术做成的SPWM逆变器具有以下主要特点：1）逆变器同时实现调频调压，系统的动态响应不受中间直流环节滤波器参数的影响。2）可获得比常规六拍阶梯波更接近正弦波的输出电压波形，低次谐波减少，在电气传动中，可使传动系统转矩脉冲的大大减少，扩大调速范围，提高系统性能。3）组成变频器时，主电路只有一组可控的功率环节，简化了结构，由于采用不可控整流器，使电网功率因数接近于1，且与输出电压大小无关。,SPWM波形是与正弦波形等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，等效的原则是每一区间的面积相等。把一个正弦波n等分，然后把每一等分的正弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的矩形脉冲来代替，矩形脉冲的幅值不变，各脉冲的中点与正弦波每一等分的中点重合，这样由几个等幅不等宽的矩形脉冲所组成的波形就与正弦波等效，称作SPWM波形。同样，正弦波的负半周也用同样的方法与一系列负脉冲等效。,交流电机控制逆变器,三角波调制法及其控制模式,同步控制方式：三角波电压的频率与参考电压的频率之比为常数；可保持输出波形的正、负半波完全对称，只有齐次谐波存在，低频输出谐波分量较大，电动机产生转矩脉动和噪声；异步控制方式：固定不变的三角载波频率，低速运行，逆变器输出电压的每个周期内的PWM脉冲数相应增多，减少转矩脉动，低频特性好，参考电压频率连续变化时，难以保证输出波形的正、负半波完全对称，导致电动机运行不够平稳；分段同步控制方式：在低频运行时，使三角波电压的频率与参考电压的频率之比有极地增大，保持其输出波形的正、负半波完全对称。,交流电机控制逆变器,SPWM的DC/AC逆变器,交流电机控制逆变器,交流电机控制逆变器,传感器,数字控制器,电力电子逆变器,变速箱,电池,采用脉宽调制（PWM）方式，通过控制电力电子逆变器中开关元件（IGBT模块）的开关占空比，将车载电池的直流电源“逆变”成电机所需的三相交流电。,交流电机控制逆变器,交流感应电机控制系统,交流感应电机矢量控制算法,异步电动机的数学模型是高阶、非线性、强耦合的多变量系统。传统设计方法无法达到理想的动态性能。矢量控制方式基于异步电机的按转子磁链定向的动态模型，将定子电流分解为励磁分量和与此垂直的转矩分量，参照直流调速系统的控制方法，分别独立地对两个电流分量进行控制，类似直流调速系统中的双闭环控制方式。控制系统较为复杂，但可获得与直流电机调速相当的控制性能。,交流感应电机驱动系统-矢量控制,坐标变换-直流电机的物理模型,图中F为励磁绕组，A为电枢绕组，C为补偿绕组。F和C都在定子上，只有A是在转子上。把F的轴线称作直轴或d轴(directaxis)，主磁通的方向就是沿着d轴的；A和C的轴线则称为交轴或q轴(quadratureaxis),主极磁场在空间固定不动；由于换向器作用，电枢磁动势的轴线始终被电刷限定在q轴位置上，其效果好象一个在q轴上静止的绕组一样。,电枢磁动势的作用可以用补偿绕组磁动势抵消，或者由于其作用方向与d轴垂直而对主磁通影响甚微，所以直流电机的主磁通基本上唯一地由励磁绕组的励磁电流决定，,交流感应电机驱动系统-矢量控制,坐标变换-交流电机绕组的等效物理模型,等效的原则是：在不同坐标下所产生的磁动势完全一致。,交流电机三相对称的静止绕组A、B、C，通以三相平衡的正弦电流时，所产生的合成磁动势是旋转磁动势F，它在空间呈正弦分布，以同步转速s即电流的角频率）顺着A-B-C的相序旋转,交流感应电机驱动系统-矢量控制,坐标变换-交流电机绕组的等效物理模型,两相静止绕组和，它们在空间互差90，通以时间上互差90的两相平衡交流电流，也产生旋转磁动势F。,交流感应电机驱动系统-矢量控制,坐标变换-旋转的直流绕组与等效直流电机模型,交流感应电机驱动系统-矢量控制,坐标变换-旋转的直流绕组与等效直流电机模型,把这个旋转磁动势的大小和转速也控制成与交流电机的磁动势一样，那么这套旋转的直流绕组也就和前面两套固定的交流绕组都等效了。当观察者也站到铁心上和绕组一起旋转时，在他看来，d和q是两个通以直流而相互垂直的静止绕组。如果控制磁通的位置在d轴上，就和直流电机物理模型没有本质上的区别了。这时，绕组d相当于励磁绕组，q相当于伪静止的电枢绕组,由此可见，以产生同样的旋转磁动势为准则，三相交流绕组、两相交流绕组和整体旋转的直流绕组彼此等效。或者说，在三相坐标系下的iA、iB、iC，在两相坐标系下的i、i和在旋转两相坐标系下的直流id、iq是等效的，它们能产生相同的旋转磁动势。,交流感应电机驱动系统-矢量控制,坐标变换-三相/两相变换（3/2变换）,三相绕组每相有效匝数为N3，两相绕组每相有效匝数为N2，各相磁动势为有效匝数与电流的乘积,交流感应电机驱动系统-矢量控制,坐标变换-三相/两相变换（3/2变换）,考虑变换前后总功率不变,交流感应电机驱动系统-矢量控制,坐标变换-三相/两相变换（3/2变换）,如果三相绕组是Y形联结不带零线，则有iA+iB+iC=0，或iC=iAiB,交流感应电机驱动系统-矢量控制,坐标变换-两相/两相旋转变换（2s/2r变换）,两相静止和旋转坐标系与磁动势（电流）空间矢量,交流感应电机驱动系统-矢量控制,坐标变换-两相/两相旋转变换（2s/2r变换）,交流感应电机驱动系统-矢量控制,坐标变换-直角坐标/极坐标变换（K/P变换）,交流感应电机驱动系统-矢量控制,感应电机在两相任意旋转坐标系(dq坐标系)上的数学模型,任意两相坐标变换空间矢量,ABC坐标系,坐标系,dq坐标系,3/2变换,C2s/2r,交流感应电机驱动系统-矢量控制,交流电机在两相任意旋转坐标系(dq坐标系)上的数学模型,交流感应电机驱动系统-矢量控制,直流电机交流电机表达式一表达式二,如果观察者站到铁心上与坐标系一起旋转，他所看到的便是一台直流电机，可以控制使交流电机的转子总磁通r就是等效直流电机的磁通，如果把d轴定位于的方向上，称作M(Magnetization)轴，把q轴称作T(Torque)轴，则M绕组相当于直流电机的励磁绕组，im相当于励磁电流，T绕组相当于伪静止的电枢绕组，it相当于与转矩成正比的电枢电流。,交流感应电机驱动系统-矢量控制,由于进行坐标变换的是电流（代表磁动势）的空间矢量，所以这样通过坐标变换实现的控制系统就叫作矢量控制系统（VectorControlSystem），,交流感应电机驱动系统-矢量控制,交流感应电机调速(基于动态模型的矢量控制算法),通过给定油门踏板来设定系统转矩目标值；控制系统要同时实现转矩闭环和磁链闭环控制；在额定转速以下，保持转子磁链恒定，在额定转速以上弱磁实现恒功率控制；控制算法的实现依赖于电机参数的测定，需要采用参数辨识或自适应控制算法来保证控制效率和精度。,交流感应电机控制系统,交流感应电机驱动系统,交流感应电机与直流电机相比，具有效率高、结构简单、坚实可靠、免维护、体积小、重量轻、易于冷却、寿命长等许多优点。感应电机本身比直流电机成本低，只是其逆变器比直流电机控制器成本高，但随着功率电子技术的不断进步，两者的成本差距越来越接近。从目前来看，感应电机交流系统总成本要比直流电机驱动系统高，但由于其重量轻、效率高及能有效地实现再生制动，因而在电动汽车上使用的运营成本要比使用直流电机驱动系统时低，尤其在大功率电动汽车中更有广泛的应用。,教学提纲,电动汽车电机驱动系统综述直流电机驱动系统的组成和工作原理交流感应电机驱动系统的组成和工作原理永磁电机驱动系统的组成和工作原理开关磁阻电机驱动系统的组成和工作原理电动汽车电机驱动系统关键部件,永磁电机主要包含两大类：永磁同步电机(PermanentMagnetSynchronousMotor，PMSM)和无刷直流电机(Brush1essDCMotor，BDCM)。两者最主要的区别在于永磁体励磁磁场在定子相绕组中感应出的电动势波形：PMSM每相感应出的电动势波形为正弦波,而BDCM为梯形波。,永磁电机驱动系统的组成,永磁同步电机是用永磁体取代绕线式同步电机转子中的励磁绕组，从而省去了励磁线圈、滑环电刷。永磁电机转子分为凸装式、嵌入式和内埋式三种基本结构。,永磁电机驱动系统的组成,永磁电机驱动系统的组成,永磁材料,永磁电机驱动系统的组成,永磁电机驱动系统的组成,结构及特点：永磁无刷直流电动机的定子绕组，采用三相星形绕组。转子上装置永磁材料，转子各相的磁路均匀分布，形成“磁性”转子。不用电刷和换向器为转子输入励磁电流。永磁无刷直流电动机具有很高的功率密度和宽广的调速范围，它的输出功率要比同样尺寸的永磁磁阻同步电动机的输出功率大15%。但永磁无刷直流电动机的控制系统较为复杂。工作原理：永磁无刷直流电动机在工作时，将调制后的具有的方波电流，输入永磁无刷直流电动机的定子中，控制永磁无刷直流电动机运转。采用脉冲方波电流可以使永磁无刷直流电动机获得较大的转矩，驱动效率也最高。,永磁直流无刷电机,永磁电机驱动系统的组成,永磁电机驱动系统的组成,控制方法:由于永磁无刷直流电动机存在永久磁场，不能采用其他电动机的控制方法来控制永磁无刷直流电动机的磁通量来进行调速。通常采用弱磁调速的技术，在不改变的永磁磁场强度条件下，来减少永磁磁场的磁通量，实现对永磁无刷直流电动机高速运行时的转速和转矩的控制。弱磁控制方法:一种方法是在永磁无刷直流电动机转子的永磁磁极上，安装小型辅助绕组，通过对辅助绕组电流的控制，使产生一个反向磁场，来弱化永磁磁场的磁场强度，达到对永磁无刷直流电动机的控制。另一种方法是在永磁无刷直流电动机上装置控制软件，通过控制定子绕组电流，使定子绕组电流中的电流分量建立一个与永磁磁场相反的磁场，来削弱永磁磁场的磁场强度，达到对永磁无刷直流电动机的磁场强度的弱化控制，使永磁无刷直流电动机保持恒定功率。,永磁直流无刷电机,永磁电机驱动系统的组成,永磁直流无刷电机控制(PWM),通常采用两两通电的方式，每一瞬间只有2个上下桥臂的功率管导通，每隔60o电角度换向一次，每一个功率管导通120o电角度。,无刷直流电机外特性类似于永磁直流电机,永磁电机驱动系统,永磁直流无刷电机,优点:效率高(比交流电动机高6个百分点)，出力大，低频转矩大，在低速时可以达到理论转矩输出，启动转矩可达到额定转矩的两倍；高速性能好，转速范围可以由几十转到十万转，转速不受电压与负载变动的影响；在电磁性能、磁场衰退等多方面的性能都优于其他种类的电动机；无电刷，结构简单牢固，尺寸小、质量轻、免维护或少维护。缺点：永磁无刷直流电动机的控制系统比较复杂，如果输出的波形不好，会发生较大的脉动转矩波动和引起冲击力，影响电动机的低速性能，电流损耗大，噪声较大。,教学提纲,电动汽车电机驱动系统综述直流电机驱动系统的组成和工作原理交流感应电机驱动系统的组成和工作原理永磁电机驱动系统的组成和工作原理开关磁阻电机驱动系统的组成和工作原理电动汽车的再生制动电动汽车电机驱动系统关键部件,开关磁阻电机驱动系统,开关磁阻电机结构,电机定、转子均由普通硅钢片叠压而成的双凸极结构，转子中没有绕组，定子中装有简单的集中绕组，一般径向相对的两个绕组串联成一相。电机气隙磁场有三类形式：径向磁场、轴向磁场和混合磁场。,开关磁阻电机驱动系统,开关磁阻电机结构,遵循磁通总是要沿着磁导最大路径闭合的原理，产生磁拉力形成转矩磁阻性质的电磁转矩。因此，它的结构原则是转子旋转时磁路的磁导要有尽可能大的变化，一般采用凸极定子和凸极转子，即双凸极型结构，并且定、转子的齿极数(简称极数)不相等，,开关磁阻电机驱动系统,开关磁阻电机工作原理,由于定子和转子极是凸极结构，所以每相绕组的电感L随转子位置的变化而变化，开关磁阻电机的工作原理遵循磁阻最小的原则，当B相绕组受到激励时，为减小磁路的磁阻，转子顺时针旋转，直到转子极2与定子极B相对，此时磁路的磁阻最小(电感最大)。然后，切断绕组B的激励，给绕组A施加激励，磁阻转矩使转子极1与定子极A相对。转矩方向一般指向最近的一对磁极相对的位置。因此，根据转子位置传感器的反馈信号，相绕组按B-A-D-C的顺序导通，使转子沿顺时针方向连续旋转。,开关磁阻电机驱动系统,开关磁阻电机驱动系统,开关磁阻电机工作特性,两个显著特点：转矩的方向不受相电流方向的影响；当电感增加时，产生电机转矩，相反，产生负转矩即制动转矩。所以，每相只在半极距内产生正转矩，因此易产生转矩波动，通过增加电机相数可减小转矩波动。,开关磁阻电机驱动系统,开关磁阻电机控制系统,SR电机运行特性可分为三个区域:恒转矩区、恒功率区、自然特性区。在恒转矩区，由于电机转速较低，电机反电动势小，因此需对电流进行斩波限幅，称为电流斩波控制方式。在恒功率区，通过调节主开关管的开通角和关断角取得恒功率特性，称为角度位置控制方式。在自然特性区，电源电压、开通角和关断角均固定，由于自然特性与串励直流电机的特性相似，故也称为串励特性区，,开关磁阻电机驱动系统,开关磁阻电机驱动系统特点,开关磁阻电机的优点电机转子无绕组，成本低，无明显的热量产生，延长了轴承寿命，凸极转子转动惯量低，易于调速控制;定子整体线圈嵌装容易、牢固，热耗大部分集中于定子，易于冷却，转子无永磁体，可有较高的最大允许温升;启动电流小，启动转矩大的优点在低速运行段同样明显，十分适合需要频繁启动和较长时间低速重载运行的机械。开关磁