电动汽车电机驱动系统

(7) 无机械换向器，采用全封闭式结构，防止尘土进入电动机 内部，可靠性高； (8) 控制系统比异步电动机简单。 缺点是电动机本身比交流电动机复杂，控制器比有刷直流电 动机复杂。
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3.3.3 无刷直流电动机的工作原理
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3.2.4 直流电动机的控制
磁场控制是指通过调节直流电动机的励磁电流改变每极磁通量，从而调 节电动机的转速，这种控制只适合电动机基数以上的控制。当电枢电流不 变时，具有恒功率调速特性。磁场控制效率高，但调速范围小，一般不超 过1:3，而且响应速度较慢。磁场控制可采用可变电阻器，也可采用可控 整流电源作为励磁电源。
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3.1.3 电动汽车对电动机的要求
电动汽车在行驶过程中，经常频繁地启动/停车、加速/减速 等，这就要求电动汽车中的电动机比一般工业应用的电动机 性能更高，基本要求如下：
(1) 电动机的运行特性要满足电动汽车的要求，在恒转矩区， 要求低速运行时具有大转矩，以满足电动汽车起动和爬坡的 要求；在恒功率区，要求低转矩时具有高的速度，以满足电 动汽车在平坦的路面能够高速行驶的要求； (2) 电动机应具有瞬时功率大、带负载启动性能好、过载能 力强，加速性能好，使用寿命长的特点； (3) 电动机应在整个运行范围内，具有很高的效率，以提高 一次充电的续驶里程；
电枢调压控制是指通过改变电枢的端电压来控制电动机的转速。这种控 制只适合电动机基速以下的转速控制，它可保持电动机的负载转矩不变， 电动机转速近似与电枢端电压成比例变化，所以称为恒转矩调速。直流电 动机采用电枢调压控制可实现在宽广范围内的连续平滑的速度控制，调速 比一般可达1:10，如果与磁场控制配合使用，调速比可达1:30。电枢调压 控制的调速过程：当磁通保持不变时，减小电压，由于转速不立即发生变 化，反电动势也暂时不变化，由于电枢电流减小了，转矩也减小了。如果 阻转矩未变，则转速下降。随着转速的降低，反电动势减小，电枢电流和 转矩就随着增大，直到转矩与阻转矩再次平衡为止，但这时转速已经较原 来降低了。
(3) 效率高，尤其是在轻载车况下，仍能保持较高的效率， 这对珍贵的电池能量是很重要的；
(4) 过载能力强，比Y系列电动机可提高过载能力2倍以上， 满足电动汽车的突起堵转需要；
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3.3.2 无刷直流电动机结构与特点
(5) 再生制动效果好，因无刷直流电动机转子具有很高的永久 磁场，在汽车下坡或制动时电动机可完全进入发电机状态，给 电池充电，同时起到电制动作用，减轻机械刹车负担； (6) 体积小、重量轻、比功率大，可有效地减轻重量、节省空 间；
第3章 电动汽车电机驱动系统
3.1 概述
3.2 直流电动机 3.3 无刷直流电动机
3.4 异步电动机
3.5 永磁同步电动机 3.6 开关磁阻电动机 3.7 轮毂电机
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3.1 概述
3.1.1 电动汽车电机驱动系统的组成与类型 3.1.2 电动机的额定指标 3.1.3 电动汽车对电动机的要求 3.1.4 电动汽车电机驱动系统的发展趋势
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3.3.2 无刷直流电动机结构与特点
1．无刷直流电动机的结构 无刷直流电动机主要由电动机本体、电子换相器和转子位置 传感器三部分组成。 (1) 电动机本体。无刷直流电动机的电动机本体由定子和转 子两部分组成。 (2) 电子换相器。电子换相器是由功率开关和位置信号处理 电路构成，主要用来控制定子各绕组通电的顺序和时间。 (3) 位置传感器。位置传感器在无刷直流电动机中起着检测 转子磁极位置的作用，为功率开关电路提供正确的换相信息， 即将转子磁极的位置信号转换成电信号，经位置信号处理电 路处理后控制定子绕组换相。
2．电动汽车电机驱动系统的类型
电动汽车电机驱动系统按所选电动机的类型可分为: (1)直流电动机;
(2)无刷直流电动机;
(3)异步电动机; (4)永磁同步电动机; (
(1) 额定功率。额定功率是指额定运行情况下轴端输出的机 械功率(W或kW)。 (2) 额定电压。额定电压是指外加于线端的电源线电压(V)。 (3) 额定电流。额定电流是指电动机额定运行(额定电压、额 定输出功率)情况下电枢绕组(或定子绕组)的线电流(A)。 (4) 额定频率。额定频率是指电动机额定运行情况下电枢(或 定子侧)的频率(Hz)。 (5) 额定转速。额定转速是指电动机额定运行(额定电压、额 定频率、额定输出功率)的情况下，电动机转子的转速(r/min)。
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3.2.1 直流电动机的分类
2．并励直流电动机 并励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组相并联，共用同一电 源，性能与他励直流电动机基本相同。并励绕组两端电压就 是电枢两端电压，但是励磁绕组用细导线绕成，其匝数很多， 因此具有较大的电阻，使得通过它的励磁电流较小。 3．串励直流电动机 串励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流 电源，这种直流电动机的励磁电流就是电枢电流。这种电动 机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。为了使励磁绕 组中不致引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好， 所以串励直流电动机通常用较粗的导线绕成，它的匝数较少。
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3.1.1 电动汽车电机驱动系统的组成与类型
1．电动汽车电机驱动系统的组成 电机驱动系统是电动汽车的心脏，它由电机、功率转化器、 控制器、各种检测传感器和电源（蓄电池）组成，其任务是 在驾驶员的控制下，高效率地将蓄电池的电量转化为车轮的 动能，或者将车轮的动能反馈到蓄电池中。
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3.1.1 电动汽车电机驱动系统的组成与类型
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3.1.3 电动汽车对电动机的要求
(4) 电动机应能够在汽车减速时实现再生制动，将能量回收 并反馈给蓄电池，使得电动汽车具有最佳能量的利用率； (5) 电动机应可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作； (6) 电动机应体积小，重量轻，一般为工业用电动机的1/2~1/3；
(7) 电动机的结构要简单坚固，适合批量生产，便于使用和 维护；
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3.2.1 直流电动机的分类
各种励磁方式直流电动机的电路如图所示。
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3.2.2 直流电动机的结构与特点
1．直流电动机的结构
直流电动机由定子与转子两大部分构成，定子和转子之间的 间隙称为气隙。
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3.2.2 直流电动机的结构与特点
2．直流电动机的特点
(1) 调速性能好。直流电动机可以在重负载条件下，实现均 匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。 (2) 起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节，因此， 凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型 可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都可用直流电动 机拖动。 (3) 控制比较简单。一般用斩波器控制，它具有高效率、控 制灵活、重量轻、体积小、响应快等优点。 (4) 有易损件。由于存在电刷、换向器等易磨损器件，所以 必须进行定期维护或更换。
磁场控制的调速过程：当电压保持恒定时，减小磁通，由于机械惯性， 转速不立即发生变化，于是反电动势减小，电枢电流随之增加。由于电枢 电流增加的影响超过磁通减小的影响，所以转矩也就增加。如果阻转矩未 变，则转速上升。随着转速的升高，反电动势增大，电枢电流和转矩也随 着减小，直到转矩和阻转矩再次平衡为止，但这时转速已经较原来升高了。
绕组励磁式直流电动机根据励磁方式的不同，可分为他励式、 并励式、串励式和复励式四种类型。
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3.2.1 直流电动机的分类
1．他励式直流电动机
他励式直流电动机的励磁绕组与电枢绕组无连接关系，而由 其它直流电源对励磁绕组供电。因此励磁电流不受电枢端电 压或电枢电流的影响。永磁直流电动机也可看作他励直流电 动机。 他励直流电动机在运行过程中励磁磁场稳定而且容易控制， 容易实现电动汽车的再生制动要求。但当采用永磁激励时， 虽然电动机效率高，重量和体积较小，但由于励磁磁场固定， 电动机的机械特性不理想，驱动电动机产生不了足够大的输 出转矩来满足电动汽车起动和加速时的大转矩要求。
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3.2.1 直流电动机的分类
4．复励直流电动机 复励直流电动机有并励和串励两个励磁绕组，电动机的磁通 由两个绕组内的励磁电流产生。若串励绕组产生的磁通势与 并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若两个磁通势 方向相反，则称为差复励。 复励直流电动机的永磁励磁部分采用高磁性材料钕铁硼，运 行效率高。由于电动机永磁励磁部分有稳定的磁场，因此用 该类电动机构成驱动系统时易实现再生制动功能。同时由于 电动机增加了增磁绕组，通过控制励磁绕组的励磁电流或励 磁磁场的大小，能克服纯永磁他励直流电动机不能产生足够 的输出转矩来满足电动汽车低速或爬坡时的大转矩要求，而 电动机的重量或体积比串励电动机的小。
3.3.2 无刷直流电动机的结构与特点 3.3.3 无刷直流电动机的工作原理
3.3.4 无刷直流电动机的控制
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3.3.1 无刷直流电动机的分类
无刷直流电动机按照工作特性，可以分为具有直流电动机特性的无刷直 流电动机和具有交流电动机特性的无刷直流电动机。
具有直流电动机特性的无刷直流电动机，反电动势波形和供电电流波形 都是矩形波，所以又称为矩形波同步电动机。这类电动机由直流电源供电， 借助位置传感器来检测主转子的位置，由所检测出的信号去触发相应的电 子换相线路以实现无接触式换相。显然，这种无刷直流电动机具有有刷直 流电动机的各种运行特性。 具有交流电动机特性的无刷直流电动机，反电动势波形和供电电流波形 都是正弦波，所以又称为正弦波同步电动机。这类电动机也由直流电源供 电，但通过逆变器将直流电变换成交流电，然后去驱动一般的同步电动机。 因此，它们具有同步电动机的各种运行特性。
(8) 价格便宜，从而能够减少整体电动汽车的价格，提高性 价比；
(9) 运行时噪声低，减少污染。
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3.1.4 电动汽车电机驱动系统的发展趋势
（1）电机的功率密度不断提高，永磁电机应用范围不断扩 大。