【正文】 和關斷角等都要通過控制器進行控制，才能達到從電能到機械能轉換的目的，還要讓控制器對交流感應電機的轉矩控制效果達到最優(yōu)。因此，交流感應電機及其驅動控制器要求逆變器和控制器能夠同時作用、整體設計，使逆變器和控制器能夠完美配合，并且能夠達到一體化和集成化的整體，這樣就可以大大提升交流電機的潛力，使交流感應電機更好的應用于電動汽車領域。交流感應電動機需要使用逆變器將直流電變?yōu)榻涣麟姟＼囕d蓄電池存儲的電能為直流電，而交流感應電機需要的是交流電驅動，所以必須使用逆變器對蓄電池輸出的直流電處理，通過逆變器將直流電轉換為交流電。 永磁無刷電動機驅動系統(tǒng)永磁驅動電動機可以分為很多類型，根據(jù)永磁驅動電動機的輸入信號波形，可分蘭州交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 2 為兩種，永磁直流和永磁交流電動機。由于永磁交流驅動電動機并沒有裝配電刷、換向器和滑環(huán)等器件，也可將永磁交流驅動電機稱為永磁無刷驅動電動機。若是按照永磁驅動電機輸入信號進行分類，永磁無刷電機可分為兩種，分別是永磁同步電動機和永磁無刷直流電動機。永磁同步電動機需要輸入的信號波形是交流正弦波，并且是采用了連續(xù)轉子位置反饋信號進行換向控制；而對于另外一種永磁驅動電機而言，其輸入的是交流方波，而這兩者進行換向控制所采用的信號是一樣的。因為方波與正弦波相比，其磁場和電流之間產(chǎn)生的轉矩要遠大于正弦波，所以，就功率密度而言，直流電機要比同步電機大。 開關磁阻電機驅動系統(tǒng)開關磁阻電機驅動系統(tǒng)由電機、轉子位置傳感器和控制器構成，所用的電機為開關磁阻電機。開關磁阻電動機是雙凸結構。雙凸結構十分牢固，比較適合高速旋轉的狀況，并且不用維護，其費用也低，所以很受工業(yè)重視。開關磁阻電動機基本結構包含位置傳感器，因此即使讓電機一直大轉矩工作，也不會產(chǎn)生丟步，這是開關磁阻電機最大的優(yōu)點。而它的缺點就是電機是雙凸結構，就會導致轉矩脈動引起的振動以及噪聲太大。 電動汽車電機驅動系統(tǒng)的選擇通過以上的分析，對以上闡述的四種主要電機驅動系統(tǒng)進行優(yōu)缺點對比，詳細說明見表 所示。表 電動汽車電機優(yōu)缺點比較電機類型 優(yōu)點 缺點直流電機 結構簡單，轉矩控制特性優(yōu)良。 存在電刷、容易出現(xiàn)電火花、維護不容易、價格昂貴。交流感應電動機 價格便宜、維護簡單、體積較小。 控制裝置較復雜。永磁無刷電動機 控制器較簡單、效率高、能量密度大。 價格較貴。開關磁阻電動機 簡單可靠、可調(diào)范圍寬、效率高、控制靈活、成本低。 轉矩波動很大、噪聲較大。由上表可知，直流電動機存在電刷，維護困難，很難適應進一步發(fā)展的需要；而永磁同步電動機在價格以及研究技術上，依然不符合電動汽車電機驅動系統(tǒng)的最終要求。而交流感應電動機具有很多優(yōu)點，所需成本很低，可靠性非常好，調(diào)速范圍比較蘭州交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 3 寬，研究時間較長，使用經(jīng)驗較足，而且交流感應電動機的制造技術很可觀，況且其轉矩波動小，引起的震動小，產(chǎn)生的噪聲也小，也不需要相應的轉子位置傳感器，因此，交流感應電機依然作為電動汽車電機驅動系統(tǒng)的不二之選。因此，在本論文中，用交流感應電機驅動系統(tǒng)作為電動汽車電機驅動系統(tǒng)最終的研究對象。 交流感應電機的控制方法由于交流感應電機的直軸和交軸具有磁耦合現(xiàn)象，使得感應電機動態(tài)模型不良的高度非線性，從而導致感應電動機在控制方面較直流電動機更復雜。此文列舉三種交流感應電機的控制方法，具體如下所述。 變壓變頻控制變壓變頻控制技術指的是當頻率低于基頻范圍時，需要運用恒壓恒頻方法進行控制，當頻率位于基頻以上時，利用變頻恒壓方法控制。在頻率很低時，定子阻抗下降，通過提高電壓來補償電源電壓與感應電動勢之間的壓降。交流感應電動機的驅動特性如下圖 所示，可分為三段，第一段在電動機頻率低于基頻時，產(chǎn)生額定轉矩，稱為恒轉矩區(qū)；在第二段，定子電壓保持恒定時滑差增加到極值，電動機的功率將一直保持為固定功率。在高速區(qū)，滑差維持常數(shù)，而定子電流衰減，轉矩以速度的平方減少。恒轉矩 恒功率 高速轉矩定子電流定子電壓滑差轉速基速圖 感應電動機的特性曲線 矢量控制矢量控制的基本原理：首先，需要對電機的定子電流矢量進行測量，必要時進行控制，然后按照磁場定向原理控制異步電機的轉矩電流，最后達到控制電機轉矩的效果。詳細流程是先將測得的異步電機的定子電流矢量分為兩種電流分量，一種產(chǎn)生磁蘭州交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 4 場，另一種分量產(chǎn)生轉矩，接著控制這以上電流分量，與此同時，控制兩種電流分量之間的幅值以及相位，因此把這種控制方法叫做矢量控制技術 [3]。 直接轉矩控制直接轉矩控制原理：利用空間矢量的分析方法和定子磁場定向的分析方法，可以在相應的定子坐標系下分析并搭建異步電機數(shù)學模型，計算異步電動機的磁鏈和轉矩并進行相應的控制 [4]。采用的調(diào)節(jié)器為離線型兩點式調(diào)節(jié)器，將檢測到的轉矩值和已知給定的轉矩值比較，使轉矩波動不要超出一定的容差范圍。 交流感應電機控制方法的選擇通過以上分析，可知直接轉矩控制采用離散的電壓空間矢量。因此可以把它觀測出來，在知道定子電阻的情況下。在矢量控制技術中，由于參數(shù)變化會影響控制性能，但直接轉矩控制會降低了這種不良影響。直接轉矩控制技術的重點是轉矩的直接控制。既直接又簡單。因此，本論文將直接轉矩控制技術作為電機驅動系統(tǒng)中感應電機的最佳控制方法進行深入研究。3 直接轉矩控制系統(tǒng)的基本原理直接轉矩控制是通過分析空間電壓矢量的方式，可以在定子坐標系下計算并且控制交流電機的轉矩，采用定子磁場定向的分析方法，通過離散的兩點式調(diào)節(jié)器產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號，對逆變器的開關情況直接進行控制，以獲得高動態(tài)性能轉矩，這樣在一定程度上便解決了矢量控制中存在的問題 [5]。 異步電機數(shù)學模型和空間矢量等效電路 異步電機的數(shù)學模型當下列條件存在時，可以搭建異步電機的數(shù)學模型：(1) 氣隙均勻；(2) 磁路線性；(3) 定子和轉子的繞組對稱分布，并且有效導體部分沿均勻的氣隙空間作正弦分布；(4) 忽略磁場諧波的影響不計。三相異步電動機的數(shù)學模型有下列四個方程組成，分別為電壓方程、磁鏈方程、轉矩方程以及運動方程。（1） 電壓方程 蘭州交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 5 ()?????????????????????? cbaCBAcbassscbaCBA piiiR0000Ruu ??其中： ， ， ， ， ， ——轉子定子之間相電壓的瞬時值；ABCabuc， ， ， ， ， ——轉子定子之間相電流的瞬時值；iii， ， ， ， ， ——轉子定子繞組的全磁鏈；A?Bab?c（2） 磁鏈方程 ()????????????????? cbaCBAcbcacCcBcAbb caaaaa cbCCBA cBaAAcbaCB iiiLMML?式中： 、 、 、 、 ——定、轉子之間的自感；其它元素表示互感。ALBCaLb（3）轉矩方程電磁轉矩可由能量守恒定律導出。按照能量轉換的基本原理，當電機為多項繞組電機時，其中磁場的儲能為 ()?Tmi21W?式中： ??。TcbaBAi iii??按照能量守恒的基本原理，當異步電機運行的時候，異步電機的電磁力矩 等于eT電流不變時磁場儲能對角位移 的偏導。即m? ()cirmncieWpT????||?式中： ——磁極對數(shù)； 為電角位移， 。npr蘭州交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 6 （）)()([(?120sinii iiiMp21TrbCaBcAb rcbBasrnrsTsrTe ?????????????式中： ——定轉子之間的互感。srM（4）運動方程 （）rnr2nLrrepDdtJT tt???式中： ——負載阻力矩；LT J——機組的轉動慣量； D——轉矩阻尼系數(shù)。 異步電機空間矢量等效電路在直接轉矩控制系統(tǒng)中，所采用的參考坐標系是放在定子繞組上的，一般采用的是 坐標系，圖 為異步電機的空間矢量等效電路圖。???sR?LrRi ri?isu rj??r??? 異步電動機空間矢量等效電路各量的含義如下：——定子電壓空間矢量；)(tus——定子電流空間矢量；i——轉子電流空間矢量；)(tr——定子磁鏈空間矢量； ??——轉子磁鏈空間矢量；)(tr蘭州交通大學本科畢業(yè)設計（論文） 7 ——電角速度