电动汽车驱动控制原理

95～97
94～95
开关磁阻电 机
< 90
效率（10％负载） 80～87
90～92
79～85
78～86
最高转速（rpm) 4000~6000 4000~10000 9000~15000 15000
电机费用/kW($) 10
10~15
8~12
6~10
控制器成本 1
2.5
3.5
4.5
坚固性
良
良
优
良
信赖性
电控原理 LOGO
电动汽车电机控制系统的主要类型
• 直流电机控制系统（内容略）； • 无刷直流电机控制系统； • 异步电机控制系统； • 开关磁阻电机控制系统（内容略）。
电机LO特GO 性比较
交流电机的主要类型
交流 电机
1. 同步电机
转子永磁 转子励磁
2. 异步电机（感应电机）
永磁同步电机
(自控式）
+
+A
+B
+C
Ud
C
-A
-B
-C
功率变换器主电路
A
B C
交流电机电枢绕组
LOGO
无刷直流电机控制系统
1. 系统构成
三相功率 变换器
控制电路 控制器
转子位置 传感器
无刷直流电机
LOGO
2.无刷直流电机与永磁同步电机差别
B0(e0)
永磁同步电机
0
无刷直流电机
2π ωt
一对极下不同的气隙磁密分布图
LOGO
• 基本原理：在机械特性的线性段，电磁转矩 正比于滑差频率。
ωr* + ωr
P I ωs* I1=f ω( s) I1*
ia* +
PI
ωs* +
+
ω1
FG
cosω1t cos(ω1t -120o)
cos(ω1t -24o0)
乘 法
i
*
b+
器
ic* +
ia ib
ωr
PI PI
ic
PWM
a
驱
动 -a
PWM 信 b
0
T
不同频率下的异步电机机械特性
n n0 (1 s)
变频调速的主要控制方法 LOGO
基于稳态的控制
• 变压变频控制（Variable Voltage Variable Frequency) 简称VVVF控制；
• 脉宽调节控制（Pulse Width Modulation) 简称PWM控制。 1. SPWM; 2. 电压空间矢量PWM； 3. 优化PWM; 4. 随机PWM; 5. • • • •
三相无刷直流电机的无载电势
eA
eB
eC
1
3
5
t 0
6
2
4
6
LOGO
无刷直流电机工作原理
• 有6个定子空间磁势。 • 根据转子位置传感器检
测到的转子位置和要求 转向来决定产生哪一个
磁势。 • 产生的平均转矩最大。
A iA
FBA
FBC
iC C
S Z
FAC
FCA X
F0
N
Y
FAB
FCB
iB B
LOGO
LOGO动力总成研究报告
第二部分：
电控原理及电机特性
拟制：朱堂群
主要内容
一、电控原理 二、电机特性比较 三、控制器控制方式
电控原理图 LOGO
动力 电池
充
Fra Baidu bibliotek
～
电
器
控
制
器
电机
主减速器
齿轮箱
电控原理之示意图 LOGO
电控原理 LOGO
电动汽车对电机控制系统的要求
1、优良的转矩控制性能； 2、宽广的调速范围； 3、宽范围的高效率运行区域； 4、高功率密度； 5. 优良的环境适应性和环保性； 6. 高可靠性； 7. 有竞争力的价格。
• 定子磁势拉转子磁势旋转，为了使平均转矩最大。 两者的平均空间电角度为900。
S FAC
N
F0
60o n
60o FAB
LOGO
无刷直流电机控制框图
I REF
ia
ia
ib
ib
ic
ic
三相反馈电流
+
PI PWM
IF
∑ ÷2
+A
逻
-A
PS
辑 +B
变
-B
换 +C
-C
Position Sensor
输出6路驱动信号
电LO动GO状态：
+
转子位置传感器状态：
+A、－B相导通。
Ud
＋A管导通，－B管PWM。
－B管导通时电流上升，
－B管关断时电流下降。
+A
+B
+C
C
-A
-B
-C
电流产生拖动转矩
回馈状态：
+
+A
+B
+C
转子位置传感器状态：
+A、－B相导通。
Ud
C
+A管、－B管均关断，
-A
-B
-C
＋B管子PWM。
电流产生制动转矩
• 缺点： 1. 由于永磁材料贵，电机价格较贵。 2. 过热容易导致永久性失磁。 3. 弱磁运行较困难。 4. 需要转子位置传感器。
LOGO
异步电机及其控制系统
1. 异步电机变频调速原理
• 转子绕组中的电压、电流靠感应产生。 • 正常运行时，电机转速接近旋转磁场转速。
n
n 01
A
•
n02
•
B
n0
60 f p
LOGO 无刷直流电机的电动、 回馈制动控制逻辑控制
+
PS
转子位置
逻
+a -a
辑 +b
变 换
-b +c -c
+
传感器
+
PWM 输入
电动 “1” 回馈制动 “0”
+A -A +B -B
+C -C
驱动信号 输出
LOGO
无刷直流电机及其控制系统的优缺点
• 优点： 1. 具有直流电机的控制特性。 2. 控制相对简单。 3. 电机效率高，体积小。
号 -b
产 PWM 生
c
-c
函数发生器
三角波
异步电机矢量控制 LOGO
矢量控制原理
• 经3/2变化、旋转变换后，异步电机变成了直流电机模型。 • 将M-T坐标的M轴定在异步电机转子磁链的方向上，可得
到最简单的方程形式。
T
ω1
I 2T
++
ψ2 M
+
I 1T
I 2M
+
I 1M
(a ) 直流电机 模型
F1
普通
良
优
良
永磁同步电机与异步电机的特性比较 LOGO
适性容量 尺寸、重量 结构 环境适应性 维护 生产性 位置传感器 速度传感器
永磁同步电机
数十W～数十kW
小
☆
相当简单 ◎
相当好 ◎
有点必要 △
好
△
要
△
不要
◎
异步电机
数百W以上
中～小 ◎
非常简单 ☆
非常好 ☆
不要
☆
非常好 ◎
不要
◎
要
△
LOGO
三相交流电机功率变换器主电路构成
无刷直流电机
转子绕线式
转子笼型
电机LO特GO 性比较
要求异步电机的输出特性： 1、低速大扭矩； 2、高速大功率。
T f (n) PT
恒转矩区
P f (n)
恒功率区
降功区
n
0
电机LO的GO 特性比较
（摘自日本电气学会技术报告）
电机 直流电机
性能
最大效率（％） 85～89
永磁同步电 异步电机 机
I1
I 1T
β F0
ψ2
I 1M I 2T
F2
(b )电流、磁势向量图
LOGO
• 等效直流机模型的方程
转子磁链方程 转子电压方程
高性能的控制方法 LOGO
• 转子磁场定向矢量控制（等效直流电机控制）
（20世纪70年代，由德国西门子公司的F.Blaschke提出。）
1. 直接矢量控制； 2. 间接矢量控制。
• 直接转矩控制 直接对转矩和磁链闭环控制。 （1985年德国学者 M.Depenbrock 首次提出。）
异步电机滑差频率控制框图 LOGO