【文章內容簡介】 的行駛需要，因此，從技術結構來看，變速箱不再是整個動力系統(tǒng)的必要裝置，但是，在變頻調速的性能方面，還是對電動機提出了較高的要求，另外，倒車也是日常駕駛時經常遇到的問題，所以，還需要電動機能夠自如的在正反轉狀態(tài)間切換。 異步電動機具備變頻調速的能力，其 效果相當于我們所理解的裝配有無級變速箱的車輛在加速時發(fā)動機轉速與車速較為線性的對應關系。而上面提到的倒車問題，異步電動機也可輕易通過自身正反轉的切換給予滿足。 永磁同步電動機 事實上，永磁同步電動機的結構與上面提到的直流電動機相似，這樣便可具備無刷直流電動機結構簡單、運行可靠、 功率 密度大、調速性能好等特點。與此同時，由于永磁同步電動機采 用的 驅動方式 不同于直流電動機，所以，在噪音以及控制精度環(huán)節(jié)，永磁同步電動機更勝一籌。 永磁同步電動機的使用對于電動車的乘坐舒適性也有幫助。通常情況下，我們把乘員艙的靜音性當做衡量一款汽車舒適性的因素之一，對于一般用戶而言，這樣的衡量標準電動車同樣適用。目前的電動車大多只提供一級減速器，所以，電動機的轉速較高，受電動機 驅動方式 、裝配精度以及各個部件間的匹配等因素影響，車輛行駛時電動機發(fā)出的噪音有可能影響到車內乘員的乘坐舒適性。當然，我們并不能否然整車隔音工程的作用，但僅評價對噪音源的控制，永磁同步電動機還是有一定優(yōu)勢，另外，它的體積也更小，換言之，布置更為靈活，更輕的自重對整車重量也有所貢獻。 寶馬 i3 所使用的正是永磁同步電動機。 從技術優(yōu)勢來看，永磁同步電動機應該成為高端電動車必用的一個類型，但事情也沒有這么絕對， 特斯拉 MODEL S 使用的則是上面介紹的異步電動機類型，盡管在重量和體 積方面，異步電動機并不占優(yōu)勢，但其轉速范圍廣泛以及高達 20xx0rpm電動機汽車交流調速系統(tǒng)仿真研究 4 左右的峰值轉速即使不匹配二級 差速器 也能夠滿足該 級別 車型高速巡航的轉速需求，至于重量對續(xù)航 里程 的影響，高能量密度的 18650 電池能夠“掩蓋”電機重量的劣勢。此外，異步電機穩(wěn)定性優(yōu)秀也是 特斯拉 選擇其的重要原因。 開關磁阻電動機 開關磁阻電動機是一個很具發(fā)展?jié)摿Φ碾妱訖C，在同樣具備結構簡單、堅固耐用、工作可靠、效率高等優(yōu)勢外，它的調速系統(tǒng)可 控參數(shù)多和經濟指標比上述電動機都要好。 功率 密度也更高，這意味著電動機在重量更輕且 功率 大，當電流達到額定電流的 15%時即可實現(xiàn) 100%的起動轉矩。另外，更小的體積也使得電動車的整車設計更 為靈活，可以將更大的空間貢獻給車內，更為重要的是，這種電動機的成本也不高。 電動汽車用電機的發(fā)展和現(xiàn) 狀 電動汽車電機是指以車載電源為動力，電動汽車電機用電機驅動車輪行駛，電動汽車電機符合道路交通、安全法規(guī)各項要求的車輛。由于對環(huán)境影響相對傳統(tǒng)汽車較小，其前景被廣泛看好，但當前技術尚不成熟。 電源為電動汽車的驅動電動機提供電能，電動汽車電機將電源的電能轉化為機械能，通過傳動裝置或直接驅動車輪和工作裝置。目前，電動汽車上應用最廣泛的電源是鉛酸蓄電池，但隨著電動汽車技術的發(fā)展，鉛酸蓄電池由于比能量較 低，充電速度較慢，壽命較短，逐漸被其他蓄電池所取代。 發(fā)展經歷： 永磁無刷直流電機通過改變永磁直流電機的定子和轉子的位置，就可以得到永磁無刷直流電機。需注意到是“直流”這個術語會引起誤解，因為它并不是指直流電機，實際上它采用交流方波供電，所以也稱為永磁無刷方波電機。它最大的優(yōu)點是無刷，消除了電刷帶來的許多問題。而且方波電流方波磁場相互作用可以產生更大的轉矩。 永磁無刷同步電機用永磁材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)同步電機的勵磁繞組，就能去掉傳統(tǒng)的電刷、滑環(huán)和勵磁繞組的銅損，由于采用正弦交流電及無刷結構 ，又叫永磁無刷交流電機。其優(yōu)點是高能量密度和高效率，其恒功率區(qū)域有更寬的轉速范圍，并可以以矢量控制方法來滿足電動汽車的高性能要求。 5 異步電機驅動系統(tǒng)：異步電機其特點是結構簡單、堅固耐用、成本低廉、運行可靠、低轉矩脈動、低噪聲、不需要位置傳感器、轉速極限高。 異步電機矢量控制調速技術比較成熟，使得異步電機驅動系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢，因此被較早應用于電動汽車的驅動系統(tǒng)，目前仍然是電動汽車驅動系統(tǒng)的主流產品，但已被其它新型無刷永磁牽引電機驅動系統(tǒng)逐步取代。電動汽車電機最大缺點是驅動電路復雜，成本高；相 對永磁電機而言，異步電機效率和功率密度偏低。 電動汽車的發(fā)展趨勢： 雖然各種各樣的驅動用電動機早已研究得很成熟 ,但它們并不能直接適用于電動車 ,因為電動車有其特有的運行特點 ,所以所用的電動機必須滿足這些特點才能獲得高性能。 電動車最顯著的特點是頻繁的起停、加減速，而不是運行于某一恒速下。近期電動車主要用于在污染比較嚴重的大中城市市區(qū)固定路線行駛和某些特殊場合 ,如機場、車站、碼頭、倉庫、遂道和旅游區(qū)域等地方。人們對電動車的 1 次充電行駛距離和最高時速有一定要求 ,但要求不是很高。一般 1 次充電行駛 50～ 100km,最高時速在 100kmh 以內就可滿足要求。從長遠看 ,電動車要取代燃油汽車 ,它的性能必須可與燃油汽車相比 ,所以它的 1 次充電行駛距離和最高時速都要大大提高。另外 ,可靠性和價格也是人們比較關注的問題。 本章小結 本章主要概括了電動汽車用電機的種類，有 無刷有齒輪減速用電機無刷直流電動機輪轂式無齒輪傳動有刷直流電動機。以及 電動汽車用電機的特點，和電動汽車的發(fā)展趨勢和現(xiàn)狀，電動汽車用電機研究水平逐漸成熟，同時也能在不斷提高其性能。 電動機汽車交流調速系統(tǒng)仿真研究 6 第二章 異步電動機變頻調速理論 隨著交流傳動 系統(tǒng)的飛速發(fā)展 ,交流調速系統(tǒng)正以良好的動態(tài)、靜態(tài)性能廣泛應用于業(yè)生產的各個領域，打破了過去傳動領域內直流調速系統(tǒng)所占的統(tǒng)治地位。二十二世紀將是交流調速占統(tǒng)治的時代。七十年代初，矢量控制技術提出以后，交流電機控制系統(tǒng)的性能不斷得到改善。目前， PWM供電的交流電機調速系統(tǒng)在中小功率電氣傳動領域中得到廣泛的應用。 異步電動機變頻調速系統(tǒng)的發(fā)展 由于控制理論上的突破和電力電子技術的迅猛發(fā)展，變頻調速裝置和交流調速的發(fā)展十分迅速。 大容量交流調速系統(tǒng) 齒 1980年 8月東芝公司為日本大同特殊鋼公 司星崎鋼廠二重式可軋機提供的晶閘管交一交變頻器供電的籠型異步電動機傳動系統(tǒng)投產，額定功率 180OkW，在世先采用矢量變換控制原理實現(xiàn)了大容量交流電動機傳動，揭開了大容量、高性能交流傳動系統(tǒng)工業(yè)應用的序幕。 15年來 ,大容量交流傳動系統(tǒng)的容量不斷擴大 ,性能不斷提高 ,其發(fā)展方向是多品種、數(shù)字化控制、提高性能指標和擴大單機容量。在控制技術方面，新的大容量交流傳動系統(tǒng)大都采用多微處理機 (CPU)全數(shù)字化控制。多 CPU及高速數(shù)字信號處理器 DSP的應用大大提高了計算和處理速度，不但能夠快速完成多任務，而且促使諸如狀態(tài)觀廁 器、參數(shù)估計器、仿真器、非線性解禍等現(xiàn)代控制理論和技術的實用化，大大提高了系統(tǒng)的控制性能。 中小容量變頻裝置 習慣上把 60k0w 以下的變頻調速系統(tǒng)劃分為中、小容量范圍。中、小容量變頻裝置發(fā)展的特點是通用化、系列化和規(guī)?；a?！?1 本是世界上變頻器產量最大的國家，中、小容量變頻器在中國的市場也最大。以富士、三肯公司最早 ,其后很多公司的產品也先后進入中國市場。歐美不少廠家的產品也進入了中國市場 ,如美國AB 公司，英國的 CT 公司，德國的 Siemens 公司，歐洲的 ABB 公司、 AEG 公司等。中、小容量 變頻器兒一乎全都采用一極管整流 `自關斷器件逆變的交一直一交電壓型變頻控制方式，輸出正弦波電流。一最新的產品全都采用微機全數(shù)字 化控制。通用化 7 是中、小容量變頻器最突出的特點，其表現(xiàn)為 :的頻日前 ,中、小容量變頻器 l 王朝著小型化、低噪聲、智能化和高性能的方向發(fā)展。IGBT 的開關頻率可以超過 20kHz，可以使變頻器輸出電流的諧波很小并實現(xiàn)靜音。專用集成電路、現(xiàn)場可編程門列陣以及計算機一電路一體化的智能功率模塊器件的應用，使變頻器的體積大大減小。已制成了將控制器、驅動電路、功率變流器 集成為一體的微型變頻器，如日本富士公司的 KST 系列和三菱公司的 FRZ 系列變頻器。美國一家公司最近推出的變頻調速電動機己將變頻器裝入電動機中，成為真正的智能電機。 異步電動機變頻調速系統(tǒng)理論 異步電機采用變頻調速技術后，調速范圍廣，調速時因滑差功率不變而附加能量損失，是一種性能優(yōu)良的高效調速方式，是交流電機調速傳動發(fā)展的主要方向。 電機控制方法 一變頻調速控制理論技術的發(fā)展主要由標量控制向高動態(tài)性能的矢量控制 與直接轉矩控制發(fā)展和無速度傳感器的矢量控制和直接轉矩控制方面發(fā)展 。 變頻調速出現(xiàn)的早期 ,電機控制技術主要是恒壓頻比控制 ,即電壓與頻率協(xié)調控制來實現(xiàn)調速 ， 對動態(tài)性能要求不高的場合 ,此種控制方式可以實現(xiàn)高效率的調速 。但是當異步電動機用于乳鋼機、數(shù)控機床、機器人、載客電梯等高性能調速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)時 ， 系統(tǒng)需要較高的動態(tài)性能 ,僅靠恒壓頻比控制不能達到要求 ,因此國內外學者針對這種情況進行了大量的學術 研究。 二十世紀八十年代中期 ， 德國魯爾大學的教授又提出一種稱為直接轉矩控制的交流電機控制理論 。 隨后日本的教授等人也提出了類似的控制理論并取得良好的控制效果 。 近十 多年 ,各國學者和研究部門致力于無速度傳感器控制系統(tǒng)的研究利用檢測的定子電壓、電流來對速度進行估量計算 ， 減少了速度傳感器的使用使整個控制系統(tǒng)更加可靠、經濟。目前已經研制出了無速度傳感器直接轉矩控制和矢量控制系統(tǒng)的實用產品。近幾年來 ， 智能控制研究比較活躍 ,并在很多領域得到了推廣和應用 ，典型的如模糊自尋優(yōu)控制、人工神經網絡 控制和基于專家系統(tǒng)的控制等。 隨著高頻化、大容量、綠色化的新型電力電子器件如雨后春 般涌現(xiàn) ,變頻技術電動機汽車交流調速系統(tǒng)仿真研究 8 也有了快速的飛躍。 二十世紀六十年代中期 ， 由普通晶鬧管、小功率晶體管構成的方波 形逆變器進入了實用化七十年代后 ， 全控型高頻率 關器件的發(fā)展為 PWM(脈寬調制 )控制技術做了鋪塾 ,此后 PWM 逆變器、 SPWM 逆變器的應用