电机驱动系统

电机驱动系统

班级：汽电091

学号：091603118

姓名：支双双

日期：2011年10月25日

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电机驱动系统综述

驱动电机系统是新能源车三大核心部件之一。电机驱动控制系统是新能源汽车车辆行使中的主要执行结构,其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标,它是电动汽车的重要部件。电机驱动系统主要由电动机、功率转换器、控制器、各种检测传感器以及电源等部分构成。

一. 电动机

电动汽车电机的三种主要形式是异步电动机、永磁同步电动机和开关磁阻电动机。其中,异步电机主要应用在纯电动汽车,永磁同步电机主要应用在混合动力汽车中,开关磁阻电机目前主要应用在客车中。车用电机的独特要求:与一般工业用电机不同,用于汽车的驱动电机应具有调速范围宽、起动转矩大、后备功率高、效率高的特性,此外,还要求可靠性高、耐高温及耐潮、结构简单、成本低、维护简单、适合大规模生产等。未来我国电动汽车用驱动电机系统将朝着永磁化、数字化和集成化方向发展。

在电动汽车上主要用得电动机是无刷直流电动机.其工作原理：无刷直流电动机由同步电动机和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。同步电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。而转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等

主电路是一个典型的电压型交—直—交电路，逆变器提供等幅等宽5-26khz调制波的对称交变矩形波。

永磁体n-s交替交换，使位置传感器产生相位差1200的u、v、w方波，结合正/反转信号产生有效的6状态编码信号：101、100、110、010、011、001，通过逻辑组件处理产生t1—t4导通、t1—t6导通、t3—t6导通、t3—t2导通、t5—t2导通、t5—t4导通，也就是说将直流母线电压依次加在a+b-、a+c-、b+c-、b+a-、c+a-、c+b-上，这样转子每转过一对n-s极，t1—t6功率管即按固定组合成6种状态的依次导通。每种状态下，仅有两相绕组通电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动600电角度，转子跟随定子磁场转动相当于600电角度空间位置，转子在新位置上，使位置传感器u、v、w按约定产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使定子绕组产生的磁场轴再前进600电角度，如此循环，无刷直流电动机将产生连续转矩，拖动负载作连续旋转。正因为无刷直流电动机的换向是自身产生的，而不是由逆变器强制换向的，所以也称作自控式同步电动机。

二. 直流有刷电动机系统

直流有刷电机的基本构造的组件包括定子、转子、电刷和换向器。定子和转子磁场相互作用驱动电机旋转。有刷直流电机的类型根据电机定子或外壳中磁场的产生方式来划分。根据有刷直流电机的类型，定子磁场可以由永磁铁或定子中的绕组产生。对于后一种情况，定子绕组与转子绕组可以是并行、串行、或

混合方式连接。这三种有刷直流电机分别称为并激电动机、串激电动机和复激电动机。定子产生静止磁场。这一静止磁场围绕在电枢（或称转子）的周围。外加电源激发出电枢磁场。直流有刷电机电机轴上还有两个圆弧形的铜片，称为换向片。电机转动时，碳质的电刷在换向器上滑动。这样就可以产生一个与定子的静止磁场相吸引的旋转磁场。电枢和定子绕组中的电流由电池或其它直流电源供给（永磁直流有刷电机电机没有定子绕组）。电池（或直流电源）提供恒定的直流电压。电压幅度决定了电机的转速，因此是电池或直流电源是一个线性激励源。改变直流有刷电机电机速度的最有效方式是采用脉宽调制（PWM）技术。PWM技术是以固定的频率开关恒压源。改变PWM信号的脉冲宽度可以调节电机的速度。脉冲高低电平间的比例称为PWM信号的占空比。直流电池电平的幅度等于PWM 信号的平均幅度

三．直线感应电动机系统

如果将笼型转子感应电动机沿径向剖开，并将电机的圆周展开成直线，就得到扁平型直线感应电动机．其中定子与初级对应，转子与次级对应图的直线电机，其初级和次级的长度是相等的。由于初级和次级之间要做相对运动，因此为保证初级与次级之间的磁耦台保持不变，实际应用中初级和次级的长度是不相等其原理直线感应电动机分为平板形单边式、平板形双边式、圆筒形，短定子方式和短转子方式，电源可以是单相或三相。以单边式直线感应电动机为例，它由定子和动体组成。定子也称为初级，它由冲上齿槽的电工钢片叠压而成，槽里嵌有绕组。动体也称为次级导体，一般是用铜或铝制成的金属板。定子和动体之间有一定的距离，也就是气隙。当定于绕组通入单相或三相交流电时，就产生由下式表达的磁通密度B，即B=B0cos(ωt－πx/τ), ω=2πf，x定子表面上的距离，τ极距。极矩是磁通密度的半波长，也就是等于半个周期长度，磁通密度是t 的函数也是距离x的函数。这种用t和x作为函数的磁通密度称行波磁场，这与旋转感应电动机的旋转磁场是同一个原理。如上所述，通入交流电后在定子中产生的磁通，根据楞次定律，在动体的金属板上感应出涡流。设引起涡流的感应电压为E，金属板上有电感L和电阻R，则金属板上的涡流电流为I=E/z，涡流电流和磁通密度将按费来明法则产生连续的推力F。有正负推力，但正推力远大于负推力，作用于动体的力主要是正推力，这就是直线感应电动机的工作原理。直线感应电动机的驱动装置可以采用变频器。变频器的输出频率可在控制信号的作用下得到控制，可以进行逻辑控制或闭环控制。变频器输出不同的频率，产生的推力将作相应的变化。由于定子的两个线圈中的频率不同，导致了行波磁场的同步变化，从而使电动机的推力从0到最大值作周期性变化。

四.结论

电动汽车上的电动机应具有较高的转矩和惯量比，尽可能宽广的高效率去，以及良好的转矩转速特性，在目前汽车中所使用的转矩转速特性，直流电动机虽具有良好的控制特性，但由于本身所具有的缺点，在电动汽车中的应用也越来越少，虽然目前没有那种电动机最优尚可无明确定论，但可以看到无刷花明显。此外以上电动机均可用于弱磁控制以及效率效率调节来改善性能。

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