【正文】 和關(guān)斷角等都要通過控制器進(jìn)行控制，才能達(dá)到從電能到機(jī)械能轉(zhuǎn)換的目的，還要讓控制器對(duì)交流感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制效果達(dá)到最優(yōu)。因此，交流感應(yīng)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制器要求逆變器和控制器能夠同時(shí)作用、整體設(shè)計(jì)，使逆變器和控制器能夠完美配合，并且能夠達(dá)到一體化和集成化的整體，這樣就可以大大提升交流電機(jī)的潛力，使交流感應(yīng)電機(jī)更好的應(yīng)用于電動(dòng)汽車領(lǐng)域。交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)需要使用逆變器將直流電變?yōu)榻涣麟?。車載蓄電池存儲(chǔ)的電能為直流電，而交流感應(yīng)電機(jī)需要的是交流電驅(qū)動(dòng)，所以必須使用逆變器對(duì)蓄電池輸出的直流電處理，通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。 永磁無刷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)永磁驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)可以分為很多類型，根據(jù)永磁驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸入信號(hào)波形，可分蘭州交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 為兩種，永磁直流和永磁交流電動(dòng)機(jī)。由于永磁交流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)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(qū)動(dòng)電機(jī)稱為永磁無刷驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。若是按照永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸入信號(hào)進(jìn)行分類，永磁無刷電機(jī)可分為兩種，分別是永磁同步電動(dòng)機(jī)和永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)。永磁同步電動(dòng)機(jī)需要輸入的信號(hào)波形是交流正弦波，并且是采用了連續(xù)轉(zhuǎn)子位置反饋信號(hào)進(jìn)行換向控制；而對(duì)于另外一種永磁驅(qū)動(dòng)電機(jī)而言，其輸入的是交流方波，而這兩者進(jìn)行換向控制所采用的信號(hào)是一樣的。因?yàn)榉讲ㄅc正弦波相比，其磁場和電流之間產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要遠(yuǎn)大于正弦波，所以，就功率密度而言，直流電機(jī)要比同步電機(jī)大。 開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)、轉(zhuǎn)子位置傳感器和控制器構(gòu)成，所用的電機(jī)為開關(guān)磁阻電機(jī)。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)是雙凸結(jié)構(gòu)。雙凸結(jié)構(gòu)十分牢固，比較適合高速旋轉(zhuǎn)的狀況，并且不用維護(hù)，其費(fèi)用也低，所以很受工業(yè)重視。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)包含位置傳感器，因此即使讓電機(jī)一直大轉(zhuǎn)矩工作，也不會(huì)產(chǎn)生丟步，這是開關(guān)磁阻電機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)。而它的缺點(diǎn)就是電機(jī)是雙凸結(jié)構(gòu)，就會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)引起的振動(dòng)以及噪聲太大。 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的選擇通過以上的分析，對(duì)以上闡述的四種主要電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，詳細(xì)說明見表 所示。表 電動(dòng)汽車電機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)比較電機(jī)類型 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)直流電機(jī) 結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)矩控制特性優(yōu)良。 存在電刷、容易出現(xiàn)電火花、維護(hù)不容易、價(jià)格昂貴。交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 價(jià)格便宜、維護(hù)簡單、體積較小。 控制裝置較復(fù)雜。永磁無刷電動(dòng)機(jī) 控制器較簡單、效率高、能量密度大。 價(jià)格較貴。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī) 簡單可靠、可調(diào)范圍寬、效率高、控制靈活、成本低。 轉(zhuǎn)矩波動(dòng)很大、噪聲較大。由上表可知，直流電動(dòng)機(jī)存在電刷，維護(hù)困難，很難適應(yīng)進(jìn)一步發(fā)展的需要；而永磁同步電動(dòng)機(jī)在價(jià)格以及研究技術(shù)上，依然不符合電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最終要求。而交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)，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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 寬，研究時(shí)間較長，使用經(jīng)驗(yàn)較足，而且交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的制造技術(shù)很可觀，況且其轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小，引起的震動(dòng)小，產(chǎn)生的噪聲也小，也不需要相應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置傳感器，因此，交流感應(yīng)電機(jī)依然作為電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的不二之選。因此，在本論文中，用交流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最終的研究對(duì)象。 交流感應(yīng)電機(jī)的控制方法由于交流感應(yīng)電機(jī)的直軸和交軸具有磁耦合現(xiàn)象，使得感應(yīng)電機(jī)動(dòng)態(tài)模型不良的高度非線性，從而導(dǎo)致感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在控制方面較直流電動(dòng)機(jī)更復(fù)雜。此文列舉三種交流感應(yīng)電機(jī)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(shù)指的是當(dāng)頻率低于基頻范圍時(shí)，需要運(yùn)用恒壓恒頻方法進(jìn)行控制，當(dāng)頻率位于基頻以上時(shí)，利用變頻恒壓方法控制。在頻率很低時(shí)，定子阻抗下降，通過提高電壓來補(bǔ)償電源電壓與感應(yīng)電動(dòng)勢之間的壓降。交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性如下圖 所示，可分為三段，第一段在電動(dòng)機(jī)頻率低于基頻時(shí)，產(chǎn)生額定轉(zhuǎn)矩，稱為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)；在第二段，定子電壓保持恒定時(shí)滑差增加到極值，電動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)矩以速度的平方減少。恒轉(zhuǎn)矩 恒功率 高速轉(zhuǎn)矩定子電流定子電壓滑差轉(zhuǎn)速基速圖 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的特性曲線 矢量控制矢量控制的基本原理：首先，需要對(duì)電機(jī)的定子電流矢量進(jìn)行測量，必要時(shí)進(jìn)行控制，然后按照磁場定向原理控制異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流，最后達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩的效果。詳細(xì)流程是先將測得的異步電機(jī)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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 場，另一種分量產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，接著控制這以上電流分量，與此同時(shí)，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(shù) [3]。 直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)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(yīng)的定子坐標(biāo)系下分析并搭建異步電機(jī)數(shù)學(xué)模型，計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩并進(jìn)行相應(yīng)的控制 [4]。采用的調(diào)節(jié)器為離線型兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器，將檢測到的轉(zhuǎn)矩值和已知給定的轉(zhuǎn)矩值比較，使轉(zhuǎn)矩波動(dòng)不要超出一定的容差范圍。 交流感應(yīng)電機(jī)控制方法的選擇通過以上分析，可知直接轉(zhuǎn)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(shù)中，由于參數(shù)變化會(huì)影響控制性能，但直接轉(zhuǎn)矩控制會(huì)降低了這種不良影響。直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)的重點(diǎn)是轉(zhuǎn)矩的直接控制。既直接又簡單。因此，本論文將直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中感應(yīng)電機(jī)的最佳控制方法進(jìn)行深入研究。3 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本原理直接轉(zhuǎn)矩控制是通過分析空間電壓矢量的方式，可以在定子坐標(biāo)系下計(jì)算并且控制交流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，采用定子磁場定向的分析方法，通過離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)，對(duì)逆變器的開關(guān)情況直接進(jìn)行控制，以獲得高動(dòng)態(tài)性能轉(zhuǎn)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(jī)數(shù)學(xué)模型和空間矢量等效電路 異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型當(dāng)下列條件存在時(shí)，可以搭建異步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型：(1) 氣隙均勻；(2) 磁路線性；(3) 定子和轉(zhuǎn)子的繞組對(duì)稱分布，并且有效導(dǎo)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(jì)。三相異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型有下列四個(gè)方程組成，分別為電壓方程、磁鏈方程、轉(zhuǎn)矩方程以及運(yùn)動(dòng)方程。（1） 電壓方程 蘭州交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 ()?????????????????????? cbaCBAcbassscbaCBA piiiR0000Ruu ??其中： ， ， ， ， ， ——轉(zhuǎn)子定子之間相電壓的瞬時(shí)值；ABCabuc， ， ， ， ， ——轉(zhuǎn)子定子之間相電流的瞬時(shí)值；iii， ， ， ， ， ——轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子之間的自感；其它元素表示互感。ALBCaLb（3）轉(zhuǎn)矩方程電磁轉(zhuǎn)矩可由能量守恒定律導(dǎo)出。按照能量轉(zhuǎn)換的基本原理，當(dāng)電機(jī)為多項(xiàng)繞組電機(jī)時(shí)，其中磁場的儲(chǔ)能為 ()?Tmi21W?式中： ??。TcbaBAi iii??按照能量守恒的基本原理，當(dāng)異步電機(jī)運(yùn)行的時(shí)候，異步電機(jī)的電磁力矩 等于eT電流不變時(shí)磁場儲(chǔ)能對(duì)角位移 的偏導(dǎo)。即m? ()cirmncieWpT????||?式中： ——磁極對(duì)數(shù)； 為電角位移， 。npr蘭州交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 （）)()([(?120sinii iiiMp21TrbCaBcAb rcbBasrnrsTsrTe ?????????????式中： ——定轉(zhuǎn)子之間的互感。srM（4）運(yùn)動(dòng)方程 （）rnr2nLrrepDdtJT tt???式中： ——負(fù)載阻力矩；LT J——機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； D——轉(zhuǎn)矩阻尼系數(shù)。 異步電機(jī)空間矢量等效電路在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中，所采用的參考坐標(biāo)系是放在定子繞組上的，一般采用的是 坐標(biāo)系，圖 為異步電機(jī)的空間矢量等效電路圖。???sR?LrRi ri?isu rj??r??? 異步電動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)子電流空間矢量；)(tr——定子磁鏈空間矢量； ??——轉(zhuǎn)子磁鏈空間矢量；)(tr蘭州交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 ——電角速度