電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制技術(shù)綜述(已修改)
2025-07-26 01:21 本頁(yè)面
【正文】 電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制技術(shù)綜述摘要：簡(jiǎn)述了電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)分析并比較了電動(dòng)車主要電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，著重介紹了一種深埋式永磁同步電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)，最后簡(jiǎn)要概述了電動(dòng)車電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向。 1概述 電動(dòng)車是一種安全、經(jīng)濟(jì)、清潔的綠色交通工具，不僅在能源、環(huán)境方面有其獨(dú)特的優(yōu)越性和競(jìng)爭(zhēng)力，而且能夠更方便地采用現(xiàn)代控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)其機(jī)電一體化的目標(biāo)，因而具有廣闊的發(fā)展前景。 現(xiàn)有電動(dòng)車大致可以分為以下幾個(gè)主要部分：蓄電池、電池管理、充電系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、整車管理系統(tǒng)及車體等。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為電動(dòng)車提供所需的動(dòng)力，負(fù)責(zé)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。無(wú)論何種電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，均具有基本相同的結(jié)構(gòu)，都可以分成能源供給子系統(tǒng)、電氣驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)、機(jī)械傳動(dòng)子系統(tǒng)三部分，其中電氣驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)是電動(dòng)車的心臟，主要包括電動(dòng)機(jī)、功率電子元器件及控制部分。如圖1所示。 其中，電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均具有相同或相似的功能模塊，如圖2所示。 2電動(dòng)車電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比較 電動(dòng)機(jī)的類型對(duì)電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及電動(dòng)車整體性能影響非常大，評(píng)價(jià)電動(dòng)車的電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上主要就是對(duì)不同電動(dòng)機(jī)及其控制方式進(jìn)行比較和分析。目前正在應(yīng)用或開發(fā)的電動(dòng)車電動(dòng)機(jī)主要有直流電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)四類。由這四類電動(dòng)機(jī)所組成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其總體比較如下表所示。 電動(dòng)車電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)用電動(dòng)機(jī)比較表 下面分別對(duì)這幾種電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行較為詳細(xì)地分析和闡述。 直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有優(yōu)良的電磁轉(zhuǎn)矩控制特性，所以直到20世紀(jì)80年代中期，它仍是國(guó)內(nèi)外的主要研發(fā)對(duì)象。而且，目前國(guó)內(nèi)用于電動(dòng)車的絕大多數(shù)是直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 但普通直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生電火花，不宜在多塵、潮濕、易燃易爆環(huán)境中使用，其換向器維護(hù)困難，很難向大容量、高速度發(fā)展。此外，電火花產(chǎn)生的電磁干擾，對(duì)高度電子化的電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)將是致命的。此外，直流電動(dòng)機(jī)價(jià)格高、體積和重量大。隨著控制理論和電力電子技術(shù)的發(fā)展，直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與其它驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，已大大處于劣勢(shì)。因此，目前國(guó)外各大公司研制的電動(dòng)車電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)已逐漸淘汰了直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)車感應(yīng)電動(dòng)機(jī)與一般感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比較具有以下特征： （1）穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，與一般感應(yīng)電動(dòng)機(jī)工況相似。 （2）驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有一般感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程，轉(zhuǎn)差率小，轉(zhuǎn)子上的集膚效應(yīng)不明顯。 （3）運(yùn)行頻率不是50hz，而是遠(yuǎn)遠(yuǎn)在此之上。 （4）采用變頻調(diào)速方式時(shí)，轉(zhuǎn)速與極數(shù)之間沒(méi)有嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系。 為此，電動(dòng)車感應(yīng)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方面如下特點(diǎn)： （1）盡力擴(kuò)大恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，使電動(dòng)機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也能有較高轉(zhuǎn)矩。而要提高轉(zhuǎn)矩，則需盡量減小定轉(zhuǎn)子之間的氣隙，同時(shí)減小漏抗。 （2）更注重電動(dòng)機(jī)的電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)，使轉(zhuǎn)矩、功率和效率等因素達(dá)到綜合最優(yōu)。 （3）減少重量、體積，以增加與車體的適配性。 控制技術(shù) 應(yīng)用于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的變頻控制技術(shù)主要有三種：v/f控制、轉(zhuǎn)差頻率控制、矢量控制。20世紀(jì)90年代以前主要以pwm方式實(shí)現(xiàn)v/f控制和轉(zhuǎn)差頻率控制，但這兩種控制技術(shù)因轉(zhuǎn)速控制范圍小，轉(zhuǎn)矩特性不理想，而對(duì)于需頻繁起動(dòng)、加減速的電動(dòng)車不太適宜。近幾年來(lái)，研制的電動(dòng)車感應(yīng)電動(dòng)機(jī)幾乎都采用矢量控制技術(shù)。矢量控制按其側(cè)重點(diǎn)不同，主要有兩種控制策略：提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率的最大效率控制與簡(jiǎn)化系統(tǒng)、降低成本的無(wú)速度傳感器矢量控制。 最大效率控制技術(shù)是通過(guò)使勵(lì)磁電流io隨電動(dòng)機(jī)參數(shù)和負(fù)載條件而變化來(lái)實(shí)現(xiàn)在任何負(fù)載條件下都使電動(dòng)機(jī)的損耗最小，效率最大的目標(biāo)。 矢量控制離不開速度的控制，而無(wú)速度傳感器是利用電動(dòng)機(jī)電壓、電流和電動(dòng)機(jī)參數(shù)來(lái)估算出速度，從而無(wú)需一般矢量控制中的速度傳感器，達(dá)到簡(jiǎn)化系統(tǒng)、降低成本、提高可靠性的目的。 永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī) 永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)可以分為兩類，一類是方波驅(qū)動(dòng)的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)（bdcm），另一類是永磁同步電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)（pmsm），也稱之為正弦波驅(qū)動(dòng)的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。bdcm系統(tǒng)不需要絕對(duì)位置傳感器，一般采用霍爾元件或增量式碼盤，也可以通過(guò)檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)波形換相。pmsm系統(tǒng)一般需要絕對(duì)式碼盤或旋轉(zhuǎn)變壓器等轉(zhuǎn)子位置傳感器。從磁鐵所處不同位置的結(jié)構(gòu)上看，永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)可以分成表面型、鑲嵌型、深埋式等結(jié)構(gòu)型式，在電動(dòng)汽車中也有采用盤式結(jié)構(gòu)或外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的。 深埋式永磁同步電動(dòng)機(jī)因其有高的功率密度、有效的弱磁控制及方便的最大效率控制而在電動(dòng)車應(yīng)用領(lǐng)域倍受青睞，是當(dāng)前電動(dòng)車電動(dòng)機(jī)研發(fā)的熱點(diǎn)。用在電動(dòng)車上的永磁同步電動(dòng)機(jī)是將磁鐵插入轉(zhuǎn)子內(nèi)部，得到同步旋轉(zhuǎn)的磁極深埋式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖3所示，這種電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面主要有兩個(gè)特征：①轉(zhuǎn)子磁鐵使用埋入式；②采用多極化設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)： （1）與將永
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