【正文】 .................. 28 蘭州交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 0 1 緒論隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，更多的燃油汽車慢慢進(jìn)入了人們的日常生活。而目前世界面臨的兩大問題就是環(huán)境污染和能源枯竭。電動(dòng)汽車是指由車載電源為電動(dòng)汽車提供行駛動(dòng)力，由電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)汽車行駛，符合交通法規(guī)要求的汽車，目前，電動(dòng)汽車有三類，分別為混合動(dòng)力電動(dòng)汽車、純電動(dòng)汽車和燃料電池動(dòng)力汽車 [1]。因此，電動(dòng)汽車的研究已經(jīng)成為未來汽車研究領(lǐng)域的重中之重。經(jīng)過我國(guó)兩次五年計(jì)劃的的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車的發(fā)展從零到有，從剛開始的研究開發(fā)階段上升到產(chǎn)業(yè)化階段。因此，未來五年是我國(guó)電動(dòng)汽車項(xiàng)目發(fā)展的重要時(shí)期。例如，通用汽車公司開發(fā)的 E1 型電動(dòng)汽車，克萊斯勒公司重點(diǎn)研究和設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車；近幾年日本本田公司研發(fā)的電動(dòng)轎車，德國(guó)寶馬公司開發(fā)的El 電動(dòng)旅行車等。電動(dòng)汽車電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所需要的電能由車載蓄電池提供，并將車載蓄電池輸出的電能轉(zhuǎn)化為電動(dòng)汽車所需要的機(jī)械能，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸便連接至該電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)裝置，由傳動(dòng)裝置產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車正常行駛。(2) 電動(dòng)汽車電機(jī)達(dá)到規(guī)定速度以上時(shí)，要求以恒功率狀態(tài)運(yùn)行，是為了在高速運(yùn)行條件下，電動(dòng)汽車能夠正常行駛。 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分類與選擇電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按照電機(jī)類型不同可分為：交流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、開關(guān)阻尼電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及永磁無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。而直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所使用的變流器是斬波器，變流器的作用是將額定電壓轉(zhuǎn)換為可調(diào)電壓；直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所采用的調(diào)速方法有調(diào)壓調(diào)速與調(diào)磁調(diào)速。前者有勵(lì)磁繞組且磁場(chǎng)可由直流電流控制，而后者沒有勵(lì)磁繞組且永磁體的磁場(chǎng)是不可控制的。 交流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)逆變器和控制器組成了交流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)控制器。電動(dòng)機(jī)的輸入電壓、電流、轉(zhuǎn)速、頻率、波形、磁通、轉(zhuǎn)矩、開關(guān)方式、導(dǎo)通角和關(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)。交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)需要使用逆變器將直流電變?yōu)榻涣麟姟?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)。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)。因?yàn)榉讲ㄅc正弦波相比，其磁場(chǎng)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)磁阻電動(dòng)機(jī)是雙凸結(jié)構(gòu)。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)。 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。 存在電刷、容易出現(xiàn)電火花、維護(hù)不容易、價(jià)格昂貴。 控制裝置較復(fù)雜。 價(jià)格較貴。 轉(zhuǎn)矩波動(dòng)很大、噪聲較大。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(zhǎng)，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。 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。 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。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。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(cè)量，必要時(shí)進(jìn)行控制，然后按照磁場(chǎng)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。 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(chǎng)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]。 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。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。既直接又簡(jiǎn)單。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(chǎng)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]。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。ALBCaLb（3）轉(zhuǎn)矩方程電磁轉(zhuǎn)矩可由能量守恒定律導(dǎo)出。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(chǎng)儲(chǔ)能對(duì)角位移 的偏導(dǎo)。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。 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。???ABC)t(x?)t()t(? 空間矢量分量的定義并且旋轉(zhuǎn)空間矢量在 軸上的投影稱為 分量，如圖 所示，而在正交的 軸上???的投影便稱為 分量。 和aSbScaS、 和 、 和 每組之間互為反向，所以當(dāng)一個(gè)接通時(shí)，則另一個(gè)處于斷開狀aSbcS態(tài)。0+U ds as as b s cs b s ba b cEE 電壓型理想逆變器以 a 相為例，理想逆變器的輸出電壓和開關(guān)狀態(tài)存在公式 的對(duì)應(yīng)關(guān)系： （）????????),1S( 0 Euabaa0三個(gè)開關(guān)變量 、 、 共有八種組合，這些組合是 (000)，(001)，(111)，(011) ，Sbc(101)，(100)，(110)，(010)。其它六種組合為有效組合。 逆變器的開關(guān)狀態(tài)逆變器狀態(tài)編號(hào) 工作狀態(tài) 零狀態(tài)1 2 3 4 5 6 7 8（ 、 、aSbc）001 010 011 100 101 110 000 111 異步電機(jī)定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩與空間電壓矢量的關(guān)系磁鏈空間矢量與電壓空間矢量之間存在的關(guān)系如下圖 所示。所以只要定子電阻的壓降 比 足夠小，則這種平行關(guān)系也就可以)(tistus近似。但是若定子電壓為零矢量，那么磁鏈的增量為也就零，而這個(gè)作用是使磁鏈?zhǔn)噶康庙旤c(diǎn)停在原來的空間位置不動(dòng)。蘭州交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 六邊形磁鏈直接轉(zhuǎn)矩控制的原理如圖 所示，為六邊形磁鏈直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。（1）六邊形磁鏈的生成與電壓空間矢量的選擇如果要形成六邊形磁鏈，需要對(duì)六邊形磁鏈進(jìn)行分析，并且還要對(duì)電壓矢量對(duì)磁鏈的作用研究。它們分別被稱為定子磁鏈的 、 和 分量。圖 是三個(gè)異??步電機(jī)磁鏈分量對(duì)應(yīng)的時(shí)序圖。電磁開關(guān)信號(hào) 、 和 構(gòu)成與之相對(duì)應(yīng)的電壓開as?bcs關(guān)信號(hào) 、 和 。要是沒有力矩超出電壓開關(guān)信號(hào)，則逆變器的各相開關(guān)狀態(tài)按公式 所示；若是有力矩超出電壓開關(guān)信號(hào)，則按照公式 狀態(tài)給出開關(guān)變化最少所對(duì)應(yīng)的零電壓信號(hào)。（2）轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)對(duì)于直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)而言，如果需要達(dá)到較高的動(dòng)態(tài)性能，就要對(duì)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行最直接控制。轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器的輸入信號(hào)是轉(zhuǎn)矩給定值 和反饋值 比較所得的信號(hào)差 △ T，開關(guān)信號(hào) TQ 作為轉(zhuǎn)gTf矩調(diào)解器對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)，轉(zhuǎn)矩兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)器的容差為 ，運(yùn)用離散的兩點(diǎn)式調(diào)節(jié)m??方法，把轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)可以限制在已知所給定值的容差范圍之內(nèi)。當(dāng)實(shí)際測(cè)得的電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和給定轉(zhuǎn)矩之差大于允許偏差時(shí)，開關(guān)信號(hào) TQ=0，此時(shí)輸出的空間電