电动汽车电机控制与驱动技术课件 项目二 直流电机类型及其控制技术
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《电机控制》PPT课件(2024版)
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18
4.实验参考程序
/**************************************************************************
* 控制步进电机快速前进200步，降低速度再前进50步，再次降低速度前进5步，然后停止。
* 停止一段时间后，控制步进电机以相反的步调退回原地。
int
main (void)
{
uint32 i;
uint8 Direction=0,Speed=3;
PINSEL1 = PINSEL1 & 0x0FFFFFFF;
// 设置P0.30为GPIO功能，输入
IO0DIR = IO0DIR & 0xBFFFFFFF;
// 设置P0.21为PWM功能，通过控制PWM的占空比从而控制直流电机的速度
U
U
效t
t
8
1．PWM（Pulse Width Modulation）脉冲调宽式
一个PWM周期
20％占空比 一个PWM周期
50％占空比
2．PFM（Pulse Frequency Modulation）脉冲调频式
1个脉冲
25％占空比 2个脉冲
50％占空比
整理ppt
9
1.2 控制电路--驱动部分
PINSEL1 = PINSEL1 | 0x00000400;
//设置P1.21为GPIO，输出。通过控制P1.21的电平从而控制直流电机的方向
IO1DIR = IO1DIR | (1<<21);
ZLDJ_SET(Direction,Speed);
//电机以最快速度正转
while(1)
电动汽车驱动电机ppt课件
26
第三章
驱动电机系统控制策略简介
驱动电机系统下电流程
27
第三章
驱动电机系统控制策略简介
驱动电机系统驱动模式
整车控制器根据车辆运行的不同情况，包括车速、挡位、电池 SOC值来决定，电机输出扭矩/功率。
当电机控制器从整车控制器处得到扭矩输出命令时，将动力电池 提供的直流电，转化成三相正弦交流电,驱动电机输出扭矩，通过机械 传输来驱动车辆。
9
第二章
驱动电机系统关键部件简介
C33DB 驱动电机控制器结构
10
第二章
驱动电机系统关键部件简介
C33DB 驱动电机控制器结构
11
第二章
驱动电机系统关键部件简介
C33DB 驱动电机控制器主要零件
12
第二章
驱动电机系统关键部件简介
C33DB驱动电机系统工作原理
在驱动电机系统中，驱动电机的输出动作主要是靠控制单元给定命令执 行，即控制器输出命令。控制器主要是将输入的直流电逆变成电压、频 率可调的三相交流电，供给配套的三相交流永磁同步电机使用。
CAN总线接口
29 CAN_SHIELD
10
TH
9
TL
电机温度传感器接口
28
屏蔽层
8
485+
7
485-
RS485总线接口
15 HVIL1(+L1) 26 HVIL2(+L2)
高低压互锁接口
19
第二章
驱动电机系统关键部件简介
检修——驱动电机控制器低压插件
建议检修时先确认插件是否连接到位，是否有“退针”现象。
20
第二章
驱动电机系统关键部件简介
检修——确认高压动力线束连接
电动汽车电机控制与驱动技术课件-项目二 直流电机类型及其控制技术
(2)转矩方程 驱动转矩Te必须与机械负载转矩TL乃及空载损耗
转矩Tf相平衡，平衡方程式为Te=TL +Tf。
(3)电磁功率 负载运行时，电磁绕组的感应电动势与电枢电流的乘积，称为 电磁功率，用Pe表示：
Pe= Eα*Iα 根据能量守恒定律，对于电动机，电磁功率应等于输出的机械 功率，即
Pe= Eα*Iα=T2*2兀n/60=Tω
2）直流电机工作原理
工作原理：直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生
安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转动受到的磁场方向将改变， 因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变， 产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。
通电线圈在磁场中要受到磁场力的作用。假设电刷A与电源的正极相连，电 刷B与电源的负极相连，电流经A→d→c→b→a→B形成回路。根据左手定则， 线圈ab受力向右，线圈cd受力向左。这样就形成 一个转矩，使电枢逆时针旋转 。当电枢转过90°时，此时通电线圈虽然受到电磁力的作用，但转矩为零。由 于电枢机械惯性的作用，电枢也能转动一定的角度，这时线圈中电流的方向也 发生了改变。当电枢转过180°时，这时电流经过A→a→b→c→d→B形成回路 ，线圈内电流的方向发生了改变，根据左手定则，线圈ab受力向左，线圈cd受 力向右，仍然形成一个逆时针转动的转矩，电枢按同一方向继续旋转，这样电
动机就可以连续旋转。
第三节 直流电机的性能特性及特点
1)直流电动机的机械特性 (1）并励电动机机械特性及应用 ①并励电动机具有硬的机械特性，即转速随负载变化较小，负载增大时， 转速下降不多； ②具有恒转速特性； ③可以空载或轻载运行； ④主磁通很小时可以造成飞车，并且主磁极绕组不允许开路。 ⑤与他励电动机性能相近，并励电动机适用于负载变化时要求转速比较稳 定的场合。 (2）串励电动机机械特性 ①串励电动机具有软的机械特性，负载较小时，转速较高，负载增大时， 转速迅速下降； ②具有恒功率特性； ③空载或轻载时转速很高，会造成换向困难或离心力过大而使电枢绕组损 坏，不允许空载起动及皮带传动。 ④串励电动机适用于恒功率负载和速度变化大的负载。而复励电动机性能 介于串励与并励之间。
转矩Tf相平衡，平衡方程式为Te=TL +Tf。
(3)电磁功率 负载运行时，电磁绕组的感应电动势与电枢电流的乘积，称为 电磁功率，用Pe表示：
Pe= Eα*Iα 根据能量守恒定律，对于电动机，电磁功率应等于输出的机械 功率，即
Pe= Eα*Iα=T2*2兀n/60=Tω
2）直流电机工作原理
工作原理：直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生
安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转动受到的磁场方向将改变， 因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变， 产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。
通电线圈在磁场中要受到磁场力的作用。假设电刷A与电源的正极相连，电 刷B与电源的负极相连，电流经A→d→c→b→a→B形成回路。根据左手定则， 线圈ab受力向右，线圈cd受力向左。这样就形成 一个转矩，使电枢逆时针旋转 。当电枢转过90°时，此时通电线圈虽然受到电磁力的作用，但转矩为零。由 于电枢机械惯性的作用，电枢也能转动一定的角度，这时线圈中电流的方向也 发生了改变。当电枢转过180°时，这时电流经过A→a→b→c→d→B形成回路 ，线圈内电流的方向发生了改变，根据左手定则，线圈ab受力向左，线圈cd受 力向右，仍然形成一个逆时针转动的转矩，电枢按同一方向继续旋转，这样电
动机就可以连续旋转。
第三节 直流电机的性能特性及特点
1)直流电动机的机械特性 (1）并励电动机机械特性及应用 ①并励电动机具有硬的机械特性，即转速随负载变化较小，负载增大时， 转速下降不多； ②具有恒转速特性； ③可以空载或轻载运行； ④主磁通很小时可以造成飞车，并且主磁极绕组不允许开路。 ⑤与他励电动机性能相近，并励电动机适用于负载变化时要求转速比较稳 定的场合。 (2）串励电动机机械特性 ①串励电动机具有软的机械特性，负载较小时，转速较高，负载增大时， 转速迅速下降； ②具有恒功率特性； ③空载或轻载时转速很高，会造成换向困难或离心力过大而使电枢绕组损 坏，不允许空载起动及皮带传动。 ④串励电动机适用于恒功率负载和速度变化大的负载。而复励电动机性能 介于串励与并励之间。
电动汽车电机控制与驱动技术课件 项目十二 电动汽车电机控制和驱动系统试验标准
绝缘性能的影响。
4）电机性能 电机性能测试是电机及控制器试验中最需要的，也是仪器设备投入最大的项目。项目需要 在电机测试台架上进行，试验中大半的准备工作都是为了电机和台架的匹配安装。
（1）试验设备 目前常用的测功机主要有直流电力测功机、交流电力测功机、电涡流测功机和
水力测功机。直流电力测功机由直流电机、测力计和测速发电机组合而成。直流电 机的定子由独立的轴承座支承，它可以在某一角度范围内自由摆动。
(l)电动汽车测试评价技术
作为国家“十五”863计划电动汽车重大专项重要组成部分，由中国汽车工 程研究院等单位在“十五”期间承担的“电动汽车检测试验技术研究”课题的“电 动汽车整车运行检测实验研究”开展对电动汽车整车道路运行工况的研究工 作，实际测量汕头、广州、武汉、北京、上海、重庆等典型城市的电动汽车 整车道路运行工况，并制定出可用于指导电动汽车动力性、经济性以及排放 性能等研究开发和模拟试验用的“电动汽车整车道路运行工况”，制定出以汕 头南澳岛环岛公路和沙石泥土路为基础、能够反映电动汽车在我国典型城市 实际运行道路状况的“电动汽车整车运行道路可靠性考核试验用载荷谱、典型 路段及其里程分配”动汽车测试评价
美国先进车辆测试项目在美国，为了建立起电动汽车等先进车辆 技术研发与产业化的桥梁，在美国能源部(Department of Energy，以下 简称DOE)自由车辆技术项目(Freedom CAR and Vehicle Technologies Program)的支持下。开展了先进车辆测试项目(Advanced Vehicle Testing Activity, AVTA)，旨在提供国家级综合性公正的先进车辆技术测试评价 服务，该项目是美国国内最主要的由国家主导的测试评价活动，包括进 行轻型车、先进动力总成、蓄电池及充电基础设施的测试评价，AVTA 建立了电动汽车比较完整的测试评价体系与规程，包括基准测试 (baseline performance Testing)、快速可靠性测试(accelerated reliability Testing )及车队运行测试（fleet testing）。
4）电机性能 电机性能测试是电机及控制器试验中最需要的，也是仪器设备投入最大的项目。项目需要 在电机测试台架上进行，试验中大半的准备工作都是为了电机和台架的匹配安装。
（1）试验设备 目前常用的测功机主要有直流电力测功机、交流电力测功机、电涡流测功机和
水力测功机。直流电力测功机由直流电机、测力计和测速发电机组合而成。直流电 机的定子由独立的轴承座支承，它可以在某一角度范围内自由摆动。
(l)电动汽车测试评价技术
作为国家“十五”863计划电动汽车重大专项重要组成部分，由中国汽车工 程研究院等单位在“十五”期间承担的“电动汽车检测试验技术研究”课题的“电 动汽车整车运行检测实验研究”开展对电动汽车整车道路运行工况的研究工 作，实际测量汕头、广州、武汉、北京、上海、重庆等典型城市的电动汽车 整车道路运行工况，并制定出可用于指导电动汽车动力性、经济性以及排放 性能等研究开发和模拟试验用的“电动汽车整车道路运行工况”，制定出以汕 头南澳岛环岛公路和沙石泥土路为基础、能够反映电动汽车在我国典型城市 实际运行道路状况的“电动汽车整车运行道路可靠性考核试验用载荷谱、典型 路段及其里程分配”动汽车测试评价
美国先进车辆测试项目在美国，为了建立起电动汽车等先进车辆 技术研发与产业化的桥梁，在美国能源部(Department of Energy，以下 简称DOE)自由车辆技术项目(Freedom CAR and Vehicle Technologies Program)的支持下。开展了先进车辆测试项目(Advanced Vehicle Testing Activity, AVTA)，旨在提供国家级综合性公正的先进车辆技术测试评价 服务，该项目是美国国内最主要的由国家主导的测试评价活动，包括进 行轻型车、先进动力总成、蓄电池及充电基础设施的测试评价，AVTA 建立了电动汽车比较完整的测试评价体系与规程，包括基准测试 (baseline performance Testing)、快速可靠性测试(accelerated reliability Testing )及车队运行测试（fleet testing）。
电动汽车电机控制与驱动技术课件 项目四 永磁同步电动机类型及其控制技术
电动汽车电机控制和驱动技术
项目一 电动汽车控制与驱动技术 项目二 直流电机类型及其控制技术 项目三 交流电机类型及其控制技术 项目四 永磁同步电动机类型及其控制技术 项目五 开关磁阻电机类型及其控制技术 项目六 续流增磁电机类型及其控制技术 项目七 电动汽车能量系统的电源变换装置 项目八 轮毂电机类型及其控制技术 项目九 电动汽车控制系统 项目十 电动汽车再生制动控制技术 项目十一 电动汽车电机控制和驱动系统的测试 项目十二 电动汽车电机控制和驱动系统试验标准
(2)电机的弱磁能力 永磁同步电机由于转子是 永磁体励磁，随着转速的升高，电动机电压会逐 渐达到逆变器所能输出的电压极限，这时要想继 续升高转速只有靠调节定子电流的大小和相位增 加直轴去磁电流来等效弱磁提高转速。
图4-3永磁同步电机的驱动特性
(1)高的短时功率、转矩密度和宽调速范围。低速(恒转矩区)运 行应能够提供大转矩，以满足起动、爬坡等要求；能够提供高 转速，以满足汽车高速行驶及超车的要求； (2)在整个运行范围内具有高效率。目的是增加电动汽车一次充 电的行驶距离； (3)有较强的过载能力、快速的动态响应及良好的加速性能。目 的是适应路面变化及频繁起动和刹车等复杂运行工况； (4)可靠性高，重量轻，体积小，成本合理。电动汽车的性能指 标主要包括：静加速度、经济车速、最高车速、爬坡度、续驶 里程。
采用id =0的转子磁链定向矢量控制具有以下的特点： (1)转子磁链ψf与定子电流q轴转矩分量iq解耦，互相独立； (2)定子电流d轴的励磁分量为0，永磁同步电机的数学模型进一步化简； (3)随着负荷增加，定子电流增大这样会造成同步电机功率因素的降低。
3）弱磁控制 通过以上对id=0控制策略的分析可知，它主要是针对转矩的控制，因此若 需要改善电机在其他工作区间内的调速性能时，就需要进行弱磁控制。
项目一 电动汽车控制与驱动技术 项目二 直流电机类型及其控制技术 项目三 交流电机类型及其控制技术 项目四 永磁同步电动机类型及其控制技术 项目五 开关磁阻电机类型及其控制技术 项目六 续流增磁电机类型及其控制技术 项目七 电动汽车能量系统的电源变换装置 项目八 轮毂电机类型及其控制技术 项目九 电动汽车控制系统 项目十 电动汽车再生制动控制技术 项目十一 电动汽车电机控制和驱动系统的测试 项目十二 电动汽车电机控制和驱动系统试验标准
(2)电机的弱磁能力 永磁同步电机由于转子是 永磁体励磁，随着转速的升高，电动机电压会逐 渐达到逆变器所能输出的电压极限，这时要想继 续升高转速只有靠调节定子电流的大小和相位增 加直轴去磁电流来等效弱磁提高转速。
图4-3永磁同步电机的驱动特性
(1)高的短时功率、转矩密度和宽调速范围。低速(恒转矩区)运 行应能够提供大转矩，以满足起动、爬坡等要求；能够提供高 转速，以满足汽车高速行驶及超车的要求； (2)在整个运行范围内具有高效率。目的是增加电动汽车一次充 电的行驶距离； (3)有较强的过载能力、快速的动态响应及良好的加速性能。目 的是适应路面变化及频繁起动和刹车等复杂运行工况； (4)可靠性高，重量轻，体积小，成本合理。电动汽车的性能指 标主要包括：静加速度、经济车速、最高车速、爬坡度、续驶 里程。
采用id =0的转子磁链定向矢量控制具有以下的特点： (1)转子磁链ψf与定子电流q轴转矩分量iq解耦，互相独立； (2)定子电流d轴的励磁分量为0，永磁同步电机的数学模型进一步化简； (3)随着负荷增加，定子电流增大这样会造成同步电机功率因素的降低。
3）弱磁控制 通过以上对id=0控制策略的分析可知，它主要是针对转矩的控制，因此若 需要改善电机在其他工作区间内的调速性能时，就需要进行弱磁控制。
直流电机及其控制系统ppt课件
外，对大、中容量的电动机不能直接起 动。
• ⒉降压起动
• 起动瞬间，把加于电枢两端的电源电压 降低，以减少起动电流Ist的起动方法。 为了获得足够的起动转矩Tst，普通将起 动电流限制在〔2~2.5〕IN以内。
• 因此，在起动时，把电源电压降低到
• U=〔2~2.5〕 IN ×Ra。
• 随着转速的上升，电枢电势Ea逐渐加大， 电枢电流Ia相应减小。此时，再将电源电 压不断升高。
• Δn=〔Ra+R〕T/ 〔 KE KTΦ2 〕为转速降。
• 上式为机械特性的普通方程。从该式可看 出：
• 当磁通Φ为常数时，机械特性是一条随着 T的添加 n 略有下降的直线。
• 电机空载运转时，机械负载转矩为零， 但作用于电动机轴上的空载转矩不为零 而应为T0，将T0带入，可得到电机的实 践空载转速为：
• ⒊效率特性：当U=UN、If=IfN时， • η=f〔Ia〕的关系曲线——效率特性
• 电动机总损耗PΣ中，可以分为不变损耗 和可变损耗两部分。
• 不变损耗Pm + PFe =Po
• 可变损耗Pcua与Ia的平方成正比
• 所以：当Ia从零开场添加时，效率η逐渐 添加，但当Ia添加到一定程度后，效率η 又逐渐减小。直流电动机的效率约在 0.75~0.94之间。
• ⒊ 电枢回路串电阻起动 • 电枢回路串电阻R，起动电流为：
• 为了坚持起动过程的平稳性，希望串入 电阻平滑调理，普通采用分段切除的方 法。
• ㈡ 他励直流电动机的调速特性 • ⒈调速方法 • 他励直流电动机的电枢电路电压平衡方
• ③特性斜率为βN=Ra/〔 KE KTΦN2 〕， 由于Ra很小，因此βN较小。阐明他励直 流电机的固有机械特性较硬。
• ⒉降压起动
• 起动瞬间，把加于电枢两端的电源电压 降低，以减少起动电流Ist的起动方法。 为了获得足够的起动转矩Tst，普通将起 动电流限制在〔2~2.5〕IN以内。
• 因此，在起动时，把电源电压降低到
• U=〔2~2.5〕 IN ×Ra。
• 随着转速的上升，电枢电势Ea逐渐加大， 电枢电流Ia相应减小。此时，再将电源电 压不断升高。
• Δn=〔Ra+R〕T/ 〔 KE KTΦ2 〕为转速降。
• 上式为机械特性的普通方程。从该式可看 出：
• 当磁通Φ为常数时，机械特性是一条随着 T的添加 n 略有下降的直线。
• 电机空载运转时，机械负载转矩为零， 但作用于电动机轴上的空载转矩不为零 而应为T0，将T0带入，可得到电机的实 践空载转速为：
• ⒊效率特性：当U=UN、If=IfN时， • η=f〔Ia〕的关系曲线——效率特性
• 电动机总损耗PΣ中，可以分为不变损耗 和可变损耗两部分。
• 不变损耗Pm + PFe =Po
• 可变损耗Pcua与Ia的平方成正比
• 所以：当Ia从零开场添加时，效率η逐渐 添加，但当Ia添加到一定程度后，效率η 又逐渐减小。直流电动机的效率约在 0.75~0.94之间。
• ⒊ 电枢回路串电阻起动 • 电枢回路串电阻R，起动电流为：
• 为了坚持起动过程的平稳性，希望串入 电阻平滑调理，普通采用分段切除的方 法。
• ㈡ 他励直流电动机的调速特性 • ⒈调速方法 • 他励直流电动机的电枢电路电压平衡方
• ③特性斜率为βN=Ra/〔 KE KTΦN2 〕， 由于Ra很小，因此βN较小。阐明他励直 流电机的固有机械特性较硬。
纯电动汽车-电机及控制器ppt课件
小结 操纵：在操纵装置和操纵方法上继承或沿用内燃机汽车主 要的操纵装置和操纵方法，适应驾驶员的操作习惯，使操 作简单化和规范化。 控制：在EV控制系统中，采用全自动或半自动的机电一体 化控制系统，达到安全、可靠、节能、环保和灵活的目的。 电池：提高电池的比能量和比功率，实现电池的高能化。 电机：采用高效率的电能转换系统和高效率的驱动电动机， 提高电动机和驱动系统的效率。 车身和底盘：采用流线型车身，降低迎风面积和空气阻力 系数。采用轻金属材料、高强度复合材料和新型EV专用车 身和底盘结构，实现车身和底盘的轻量化，减轻整备质量。 采用低滚动阻力轮胎，降低行驶阻力。 再生制动：回收再生制动能量，延长行驶里程。
.
2.0.3 基本组成
6. 安全保护系统 高压安全 动力电池组具有高压直流电，必须设置安全保护系 统，确保驾驶员、乘员和维修人员在驾驶、乘坐和 维修时的安全。 故障处理 必须配备电气装置的故障自检系统和故障报警系统， 在电气系统发生故障时自动控制EV不能起动等，及 时防止事故的发生。
.
2.0.3 基本组成
电动机替代发动机。 仍然采用内燃机汽车的传动系统，包括离合器、变 速器、传动轴和驱动桥等总成。 有电动机前置、驱动桥前置(F-F)，电动机前置、驱 动桥后置(F-R)等各种驱动模式。 结构复杂，效率低，不能充分发挥电动机的性能。
M—电动机 C—离合器 GB—变速器 D—差速器
.
.
经典汽车设计理论推导车辆行驶平 衡方程
.
2.0.4 关键技术
2. 动力电池组的选择与特性 3. 减速器传动比的确定
由于电动机的转速高，不能直接驱动车辆的车轮， 通常在驱动系统中采用大速比的减速器或2档变速器。 作用：减速、增扭 减速器或变速器中不设置倒档齿轮，倒车是靠电动 机的反转来实现。
.
2.0.3 基本组成
6. 安全保护系统 高压安全 动力电池组具有高压直流电，必须设置安全保护系 统，确保驾驶员、乘员和维修人员在驾驶、乘坐和 维修时的安全。 故障处理 必须配备电气装置的故障自检系统和故障报警系统， 在电气系统发生故障时自动控制EV不能起动等，及 时防止事故的发生。
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2.0.3 基本组成
电动机替代发动机。 仍然采用内燃机汽车的传动系统，包括离合器、变 速器、传动轴和驱动桥等总成。 有电动机前置、驱动桥前置(F-F)，电动机前置、驱 动桥后置(F-R)等各种驱动模式。 结构复杂，效率低，不能充分发挥电动机的性能。
M—电动机 C—离合器 GB—变速器 D—差速器
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经典汽车设计理论推导车辆行驶平 衡方程
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2.0.4 关键技术
2. 动力电池组的选择与特性 3. 减速器传动比的确定
由于电动机的转速高，不能直接驱动车辆的车轮， 通常在驱动系统中采用大速比的减速器或2档变速器。 作用：减速、增扭 减速器或变速器中不设置倒档齿轮，倒车是靠电动 机的反转来实现。
新能源汽车驱动电机及其控制(PPT 54页)
驱动电机的结构原理-三相异步电机原理
小结
• 本节讲述了永磁同步电动机的结构和原理，需要注 意的是电机的不同运行状态。
2020/5/30
33
驱动电机的结构原理-直流电机
2020/5/30
34
驱动电机的结构原理-开关磁阻电机
2020/5/30
35
分组演练、测试
第1、2组按照工单完成电机控制台架的认识和测试任务； 第3、4组使用实车操作。操作内容： 1、举升比亚迪e5轿车，观察电机及电机控制器的安装 位置； 2、举升车辆，分别变换前进、倒档，加速，松开加速踏 板，踩下制动踏板，观察电机的各种运行状态。
2020/5/30
40
逆变器的结构原理
2020/5/30
41
逆变器的结构原理
2020/5/30
42
逆变器的结构原理
2020/5/30
43
逆变器的结构原理
2020/5/30
44
逆变器的结构原理
2020/5/30
45
驱动电机的结构原理-三相异步电机原理
小结
• 本节讲述了使用IGBT进行逆变的原理，需要注意的 是了其基本原理。
6
汽车驱动电机概述—电机分类
1、直流电机
优点：调速性能良好；起动性能好；具有较宽的恒功率范围；控制较为简单； 价格便宜。缺点：效率低；维护工作量大；转速低；质量和体积大
应用：巡逻车、电动观光车、电动叉车等
2、交流异步电机：
优点：效率高、成本低 、结构简单、制造方便、可靠性好；缺点：体积大、质 量大、功率密度低
目前电动汽车基本上使用交流异步电机和永磁同步电机两种。
2020/5/30
7
汽车驱动电机概述—电机控制系统
相关主题
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2)直流电动机的工作特性
在电源电压U为额定电压和励磁电路的电阻Rf为常数的条件下，改变 负载后，n，T, η分别随P2变化的关系称之为工作特性。其曲线如图213所示。 其中还包括转速特性、转矩特性和效率特性等。
3.直流电机的驱动特性
电动汽车直流电机驱动系统中的直流电机通常采用串励电机和他励电 机。电动汽车驱动电机在很多情况下使用的驱动特性。
(2)转矩方程 驱动转矩Te必须与机械负载转矩TL乃及空载损耗
转矩Tf相平衡，平衡方程式为Te=TL +Tf。
(3)电磁功率 负载运行时，电磁绕组的感应电动势与电枢电流的乘积，称为 电磁功率，用Pe表示：
Pe= Eα*Iα 根据能量守恒定律，对于电动机，电磁功率应等于输出的机械 功率，即
Pe= Eα*Iα=T2*2兀n/60=Tω
电动汽车电机控制和驱动技术
项目一 电动汽车控制与驱动技术 项目二 直流电机类型及其控制技术 项目三 交流电机类型及其控制技术 项目四 永磁同步电动机类型及其控制技术 项目五 开关磁阻电机类型及其控制技术 项目六 续流增磁电机类型及其控制技术 项目七 电动汽车能量系统的电源变换装置 项目八 轮毂电机类型及其控制技术 项目九 电动汽车控制系统 项目十 电动汽车再生制动控制技术 项目十一 电动汽车电机控制和驱动系统的测试 项目十二 电动汽车电机控制和驱动系统试验标准
(4)串励电动机工作特性和机械特性
机械特性是指在额定电压和电磁绕组不变情况下，转矩与转速之间的关
系。
由转矩公式可知： （1）产生转矩的条件，必须有励磁磁通和电枢电流，而且与两者的乘积成正比 （2）磁通不变时，转矩与电流成正比，只要控制了电枢电流，就可以控制转矩的大 小； （3）改变电机旋转的方向可以通过改变电枢电流的方向或者改变磁通的方向来实现 。
4.直流电机的特点 (1)电枢轴要延长，以便安装用于速度检测的脉冲发生器和推力轴接头。
(2)转子直径要设计得小些，轴长要设计得长些以适应高速旋转。 (3)为了便于散热，电枢槽要设计得多些。 (4)为了换向器片、电刷等的定期检查和维护，检查窥视窗口应制造得大 些。 (5)由于振动，为了防止电刷的误动作，应提高电刷的预压紧力。 (6)和其他电动汽车用电机相同，最大功率值和额定功率记录在铭牌上。
动机就可以连续旋转。
第三节 直流电机的性能特性及特点
1)直流电动机的机械特性 (1）并励电动机机械特性及应用 ①并励电动机具有硬的机械特性，即转速随负载变化较小，负载增大时， 转速下降不多； ②具有恒转速特性； ③可以空载或轻载运行； ④主磁通很小时可以造成飞车，并且主磁极绕组不允许开路。 ⑤与他励电动机性能相近，并励电动机适用于负载变化时要求转速比较稳 定的场合。 (2）串励电动机机械特性 ①串励电动机具有软的机械特性，负载较小时，转速较高，负载增大时， 转速迅速下降； ②具有恒功率特性； ③空载或轻载时转速很高，会造成换向困难或离心力过大而使电枢绕组损 坏，不允许空载起动及皮带传动。 ④串励电动机适用于恒功率负载和速度变化大的负载。而复励电动机性能 介于串励与并励之间。
用恒定直流电源或不控整流电源供电，利用直流斩波器或脉 宽调制的方法产生可调的直流平均电压。直流斩波器亦称直流调 压器，是利用开关器件来实现通断控制，将直流电源电压断续加 到负荷上，通过通、断时间的变化来改变负荷上的直流电压平均 值，将固定电压的直流电源变成平均值可调的直流电源。
3）直流电机转速、电流双闭环调速系统
4）直流电机的制动控制ຫໍສະໝຸດ 直流电动机的电气制动法主要有以下三种： （1）能耗制动
把电枢绕组从电网断开并立即换接到制动电阻上，这时
电机作发电机运行，把转子动能转换成电能并消耗在制动 电阻和电枢电阻上。因此能耗制动也称为电阻制动。直流 电动机的类型不同，制动电路的接线方法也不相同。 （2）反接制动
反接制动是把正向运行中电动机的直流电源反极性切 换而实行的快速制动方法。图2-22为反接制动的控制电路 （3)回馈制动
项目二 直流电机类型及其控制技术
第一节 直流电机的类型 直流电动机按结构及工作原理可划分：无刷直流
电动机和有刷直流电动机。 有刷直流电动机可划分：永磁直流电动机和电磁
直流电动机。 永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁
氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 直流电机一般是根据励磁方式进行分类：串励直
常用的可控直流电源有以下三种
（1)旋转变流机组
用交流电机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压 。由交流电机（原动机）拖动直流发电机G来实现变流，由G给 需要调速的直流电机M供电，调节发电机的励磁电流if的大小， 就能够方便地改变其输出电压V，从而调节电机的转速。
（2)静止可控整流器 用静止的可控整流器，如晶闸管整流装置产生可调的直流电 压和旋转变流机组装置相比，晶闸管整流装置不仅在经济性和可 靠性上有很大提高，而且在技术性能上也显示出很大的优越性 （3)直流斩波器或脉宽调制变换器
第二节 直流电机的构造及工作原理
1）直流电机的基本构造。直流电机主要由转子、定子、端盖 和电刷架四部分组成。 (1）定子 定子主要由主磁极、换向磁极、电刷和机座等部分组成。定子 的功能是用来产生磁通和进行机械固定。 (2）转子 转子主要由电枢铁芯、电枢绕组及换向器等部分组成。端盖上 装有轴承以支撑电机转子旋转，端盖固定在机座两端。 （3）换向器：换向器是由许多换向片组成的整体，装在转子 的一端，与换向片间相互绝缘，转动的换向器与固定的电刷滑 动接触，使转动的电枢绕组与静止的外电路相连接。 （4）电枢绕组：转子绕组是按规律地绕在转子铁芯槽内，与 换向器连接，形成闭合回路。其作用是运动中切割磁力线。
电动机接线保持不变，当电动机运行的转速超过空载
转速时，电动机变为发电机运行状态，这时电动机的电流 与电动机的方向相反，电动机把机械能转换成电能回馈给 电网，并产生制动转矩。
第四节 直流电机的控制技术
1）直流电机的调速控制 直流电机的物理模型如图2-15所示。直流电机运行过程中符合以下公式。
直流电机电磁转矩：
Te=KmΦIa
式中 Te ——电机的电磁转矩，(Nm)； Φ——励磁磁通( Wb)； Ia——电枢电流(A)； Km——由电机结构参数决定的转矩常数。
(2-1)
2）直流电机工作原理
工作原理：直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生
安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转动受到的磁场方向将改变， 因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变， 产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。
通电线圈在磁场中要受到磁场力的作用。假设电刷A与电源的正极相连，电 刷B与电源的负极相连，电流经A→d→c→b→a→B形成回路。根据左手定则， 线圈ab受力向右，线圈cd受力向左。这样就形成 一个转矩，使电枢逆时针旋转 。当电枢转过90°时，此时通电线圈虽然受到电磁力的作用，但转矩为零。由 于电枢机械惯性的作用，电枢也能转动一定的角度，这时线圈中电流的方向也 发生了改变。当电枢转过180°时，这时电流经过A→a→b→c→d→B形成回路 ，线圈内电流的方向发生了改变，根据左手定则，线圈ab受力向左，线圈cd受 力向右，仍然形成一个逆时针转动的转矩，电枢按同一方向继续旋转，这样电
1)他励电动机 他励电机的励磁方式是励磁绕组与电枢绕组分开，外加两个直流电源进行励 磁。
2)并励电机 并励电机的励磁方式，是采用励磁绕组与电枢绕组共用同一直流电源，并且励磁绕组 与电枢绕组呈并联关系。
3)串励电机 串励电机励磁方式是将励磁绕组与电枢绕组串联到同一共用电源上，励磁电 流即电枢电流。串励电机的转速随负载的大小变化较大，转矩几乎与电枢电 流的平方成正比。 4)复励电机 复励电机有两个励磁绕组，其中一组为与电枢并联的并励绕组，另外一组为 与电枢串联的串励绕组。
直流电动机的转速、电流双闭环调速系统，如图2-19的所示。当车辆处于加 速行驶时，蓄电池提供电能，经DC/DC变换器后输出直流电机运行所需的合适 的直流电压；当汽车处于减速行驶时，直流电机将机械能转化为电能，经 DC/DC变换器后可向车载蓄电池或超级电容器等储能系统充电，所以DC/DC为 功率双向的变换器。
流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复 励直流电动机。
按照直流电动机的磁场与电枢绕组的联结关系 不同，电动机的励磁方式可分为他励、串励、并励 和复励四种。
根据不同励磁方式，直流电动机稳定运行时的基本方程
(l)电压方程 他励电动机Iα= lf, Eα=U-Iα*Rα 并励电动机Iα=l-lf, Eα=U-Iα*Rα 串励电动机Iα=l=lf， Eα=U-Iα*(Rα+Rf)