车用电机及永磁无刷电机控制介绍PPT课件

1、1. 电机基本原理及类型介绍1.1 直流电机1.2 异步电机1.3 同步电机2. 车用电机类型及比较分析2.1 概述2.2 直流电机2.3 异步电机2.4 永磁无刷电机2.5 比较分析3. 永磁无刷电机原理分析3.1 原理3.2 永磁无刷电机概述3.3 无刷直流电机原理3.4 永磁同步电机原理3.5 工程实践1 1第1页/共95页直流电机的基本工作原理：2 2第2页/共95页直流电机的基本工作原理：3 3第3页/共95页直流电机的主要结构：4 4第4页/共95页直流电机的主要结构：5 5第5页/共95页直流电机的主要结构：6 6第6页/共95页直流电机的主要结构：7 7第7页/共95页直流电机

2、的主要结构：8 8第8页/共95页直流电机的额定值：9 9第9页/共95页直流电机的额定值：1010第10页/共95页直流电机的励磁方式：1111第11页/共95页直流电机的励磁方式：1212第12页/共95页异步电机的用途和特点：1313第13页/共95页异步电机的用途和特点：1414第14页/共95页异步电机的分类：1515第15页/共95页异步电机的分类：1616第16页/共95页异步电机的分类：1717第17页/共95页异步电机的基本工作原理：1818第18页/共95页异步电机的基本结构：1919第19页/共95页异步电机的基本结构：2020第20页/共95页异步电机的基本结构：212

3、1第21页/共95页异步电机的基本结构：2222第22页/共95页三相异步电机的额定值：2323第23页/共95页三相异步电机的额定值：2424第24页/共95页三相异步电机的额定值：2525第25页/共95页三相异步电机的功率关系损耗：2626第26页/共95页三相异步电机的功率关系功率平衡关系：2727第27页/共95页三相异步电机的转矩关系转矩平衡关系：2828第28页/共95页三相异步电机的转矩关系转矩与功率间的关系：2929第29页/共95页同步电机的用途：3030第30页/共95页同步电机的分类：3131第31页/共95页同步电机的分类：3232第32页/共95页同步电机的分类：3

4、333第33页/共95页同步电机的分类：3434第34页/共95页同步电机的基本原理：3535第35页/共95页同步电机的基本原理同步发电机的工作原理：3636第36页/共95页同步电机的基本原理同步电动机的工作原理：3737第37页/共95页同步电机的基本结构：3838第38页/共95页同步电机的基本结构：3939第39页/共95页同步电机的基本结构：4040第40页/共95页同步电机的额定值：4141第41页/共95页同步电机的额定值：4242第42页/共95页同步电机的额定值：4343第43页/共95页同步电机的额定值：4444第44页/共95页车用电机类型及比较分析车用电机主要类型：(

5、a)直流电机(DC motor)(b)异步电机(IM)(c)永磁无刷电机(PMSM&BLDC)(d)开关磁阻电机(SRM)4545第45页/共95页车用电机类型及比较分析汽车工业的电驱动系统电机：(a)直流电机：正在减少(b)异步电机：欧美汽车厂商(c)永磁无刷电机：日本、中国汽车厂商(d)开关磁阻电机：受到关注4646第46页/共95页车用电机类型及比较分析汽车电驱动系统要求的电机特点：(1)高的瞬时功率和高的功率密度(2)起动和爬坡的低速高转矩和高速巡航时的高功率(3)宽的调速范围，包括常转矩和常功率区(4)快速的转矩响应(5)宽转速转矩范围的高效率(6)制动能量回馈的高效率(7)

6、各种工况下的高可靠性和鲁棒性(8)合理的价格4747第47页/共95页车用电机类型及比较分析直流电机特点：(1)转矩转速特性适合电动汽车调速(2)转速控制简单(3)低效率和低可靠性(4)需要经常维护4848第48页/共95页车用电机类型及比较分析异步电机特点：(1)可靠(2)低维护(3)低成本(4)效率较高4949异步电机转矩转速特性第49页/共95页车用电机类型及比较分析永磁无刷电机特点：(1)同等输出功率下，重量和体积都可以减少(2)高效率(3)容易散热(4)常功率范围窄，需要弱磁(5)永磁体成本高5050异步电机转矩转速特性第50页/共95页车用电机类型及比较分析永磁无刷电机的转矩转速特

7、性：5151永磁无刷电机转矩转速特性永磁无刷电机弱磁后转矩转速特性第51页/共95页车用电机类型及比较分析永磁无刷电机的应用举例：525210 kW motor of Honda Insight50 kW motor of Toyota Pruis第52页/共95页车用电机类型及比较分析永磁无刷电机的应用举例：5353第53页/共95页车用电机类型及比较分析车用电机比较分析：5454第54页/共95页永磁无刷电机原理分析直流电机原理：5555Operation behavior of Motors in a Four-Quadrant Representation第55页/共95页永磁无刷电机

8、原理分析5656Structure and Equivalent Circuit of DC Motors ( Parallel Exciting Mode)AAEMAUEIREK nMK I2AEMEURnMKKKAAEEUIRnKK第56页/共95页永磁无刷电机原理分析5757Parallel Connection Characteristics of DC Motors第57页/共95页永磁无刷电机原理分析5858I Quadrant Control of DC Motor (Buck Converter)第58页/共95页永磁无刷电机原理分析59594-Quadrant Control

9、 H-Bridge Driver of the DC Motor 第59页/共95页永磁无刷电机原理分析6060DC Motor Operating in I-Quadrant 前进驱动AAEEUIRnKK第60页/共95页永磁无刷电机原理分析6161Resistance Braking 内阻制动AUiRI第61页/共95页永磁无刷电机原理分析6262Resistance Braking 内阻制动第62页/共95页永磁无刷电机原理分析6363Generator Operation 发电第63页/共95页永磁无刷电机原理分析6464Counter Current Braking 反接电流制动第6

10、4页/共95页永磁无刷电机原理分析6565DC Motor Operating in III-Quadrant 倒车驱动第65页/共95页永磁无刷电机原理分析6666Resistance Braking 倒档内阻制动 第66页/共95页永磁无刷电机原理分析6767Resistance Braking 倒档内阻制动第67页/共95页永磁无刷电机原理分析6868Generator Braking 倒档内阻制动第68页/共95页永磁无刷电机原理分析6969Counter Current Braking 倒档电流反接制动电机最重要的三个工作状态：相电流、转速和旋转方向第69页/共95页永磁无刷电机原理

11、分析永磁无刷电机分类：7070永磁同步电机(PMSM)：-正弦波反电势-矢量控制并利用磁阻转矩-高功率和高精度运动控制无刷直流电机(BLDC)：-方波反电势-方波电流驱动-小功率和低成本应用第70页/共95页永磁无刷电机原理分析永磁无刷电机性能比较：7171第71页/共95页永磁无刷电机原理分析无刷直流电机(BLDC)转矩波动：7272第72页/共95页永磁无刷电机原理分析永磁同步电机类型：7373第73页/共95页永磁无刷电机原理分析表贴式(SPMSM)和内置式永磁同步电机(IPMSM)比较：7474第74页/共95页永磁无刷电机原理分析无刷直流电机原理：7575第75页/共95页永磁无刷电

12、机原理分析7676第76页/共95页永磁无刷电机原理分析7777第77页/共95页永磁无刷电机原理分析7878永磁无刷电机数学模型驱动控制原理111000000000000AAAABBBBCCCCuiierLduriLiedtrLuiie/ema ab bc cmTe ie ie i驱动控制试验Hall_CBA正向导通开关反向导通开关101T1、T6T3、T4001T1、T2T5、T4011T3、T2T5、T6010T3、T4T1、T6110T5、T4T1、T2100T5、T6T3、T2电压方程：转矩方程：闭环控制A相电流波形开环控制三相电流波形第78页/共95页永磁无刷电机原理分析7979无

13、刷直流电机六步换相制动控制：采用电压泵生原理：350r/min时，高边调制制动能量回馈试验350r/min时，全桥制动能量回馈试验Hall_CBA上管关断，下管PWM调制导通开关管下管关断，上管PWM调制导通开关管5T4T31T4T53T6T52T6T16T2T14T2T3制动控制试验：第79页/共95页永磁无刷电机原理分析8080永磁同步电机数学模型aaaabacafabbabbbcbfbccacbcccfcffafbfcfffLLLLiLLLLiLLLLiLLLLi同步电机的磁链电流关系：00 032dd daffqq qfaf dfffL iL iL iL iL iL i电压方程：aaa

14、 abba bcca cffffdvR idtdvR idtdvR idtdvR idt000dda dmeqqqa qmedffffadvR idtdvR idtdvR idtdvR idt 功率和转矩方程：sa ab bc cpv iv iv i0 03(2)2sd dq qpv iv iv i3()22ed qq dPTii第80页/共95页永磁无刷电机原理分析永磁同步电机数学模型8181第81页/共95页永磁无刷电机原理分析永磁同步电机矢量控制8282第82页/共95页永磁无刷电机原理分析8383第83页/共95页永磁无刷电机原理分析空间矢量电压调制原理84840pi/2pi3/2*p

15、i2*pi-2/3Vd-1/3Vd01/3Vd2/3Vd t(rad/s)vbnvcnvan逆变器状态及输出逆变器状态及输出电压矢量电压矢量Sa Sb ScvAN/VDvBN/VDvCN/VD0态 V00000001态 V1001-1/3-1/32/32态 V2010-1/32/3-1/33态 V3011-2/31/31/34态 V41002/3-1/3-1/35态 V51011/3-2/31/36态 V61101/31/3-2/37态 V7111000第84页/共95页永磁无刷电机原理分析858500()xxyyzsxyV TV TV TVTV TTT60plm2233jjDxDysV TV

16、 eTVe Tplmplmplm03sin(60)3sin31cos(30)xsDysDsxysDVTTVVTTVVTTTTTV采用SVM一个完整周期占空比波形在一个开关周期Ts中设置零矢量的作用时间T0 ，可以调控输出电压的大小，一定的Tx 、 Ty 、 T0调决定了输出电压具有一定的相位角和相应的输出电压大小。第85页/共95页永磁无刷电机原理分析弱磁控制8686弱磁控制的相量图基于b之上的弱磁控制转矩-速度曲线第86页/共95页永磁无刷电机原理分析制动控制8787第87页/共95页永磁无刷电机原理分析电机简介8888第88页/共95页永磁无刷电机原理分析8989第89页/共95页永磁无刷

17、电机原理分析9090第90页/共95页永磁无刷电机原理分析9191第91页/共95页永磁无刷电机原理分析电机分析驱动电机效率92920.810.810.810.820.820.820.820.830.830.830.830.840.840.840.840.850.850.850.850.860.860.860.860.860.860.870.870.870.870.870.870.870.870.870.870.870.870.880.880.880.880.880.880.880.880.880.890.890.890.890.890.890.890.890.90.90.90.90.90.9

18、0.90.920.920.920.920.940.94Pruis驱动电机效率n (r/min)T (Nm)0.810.810.810.820.820.820.820.830.830.830.830.840.840.840.840.850.850.850.850.860.860.860.860.860.860.870.870.870.870.870.870.870.870.870.870.870.870.880.880.880.880.880.880.880.880.880.890.890.890.890.890.890.890.890.90.90.90.90.90.90.90.920.920.920.920.9