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
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项目四 永磁同步电动机类型及其控制技术
(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。
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。
1）最大转矩／电流控制 一般采用最大转矩／电流比的控制方法实现电机的恒转矩控制。 在恒转矩控制的控制过程中，随着电机转速的增大，电枢绕组反电动势也 有所增加。当增大到逆变器的允许最大输出电压Uslim时，电动机的转速也 就达到恒转矩控制时的最高转速。
2）id =0控制 从本质上id =0控制也属于最大转矩／电流比控
第二节 永磁同步电机的结构和工作原理
三相永磁同步电动机具有定子三相分布的绕组和永磁转 子，在磁路结构和绕组分布上保证反电动势波形为正弦波， 为了进行磁场定向控制，输入到定子的电压和电流也为正弦 波。
(1)内置式永磁同步电机 内置式永磁同步电机按永磁体磁化方向可分为径向式、 切向式和混合式，在有阻尼绕组情况下，如图4-1所示。内置 式永磁同步电机转子由于内部嵌入永磁体，导致转子机械结 构上的凸极特性。
(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。
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。
1）最大转矩／电流控制 一般采用最大转矩／电流比的控制方法实现电机的恒转矩控制。 在恒转矩控制的控制过程中，随着电机转速的增大，电枢绕组反电动势也 有所增加。当增大到逆变器的允许最大输出电压Uslim时，电动机的转速也 就达到恒转矩控制时的最高转速。
2）id =0控制 从本质上id =0控制也属于最大转矩／电流比控
第二节 永磁同步电机的结构和工作原理
三相永磁同步电动机具有定子三相分布的绕组和永磁转 子，在磁路结构和绕组分布上保证反电动势波形为正弦波， 为了进行磁场定向控制，输入到定子的电压和电流也为正弦 波。
(1)内置式永磁同步电机 内置式永磁同步电机按永磁体磁化方向可分为径向式、 切向式和混合式，在有阻尼绕组情况下，如图4-1所示。内置 式永磁同步电机转子由于内部嵌入永磁体，导致转子机械结 构上的凸极特性。
《新能源汽车驱动电机及控制技术》课件——2.驱动电机
此外，直流电机运转时电刷冒出的火花，不仅造 成转子发热、能量浪费、散热难度增加等，还会 造成高频电磁干扰，影响整车性能。目前，新能 源汽车已经基本不再使用直流电机。
相关知识
2.1.2 驱动电机的特点及应用
三相异步电机运行可靠，且相对永磁同步电机具有价格 优势。与同功率的直流电机相比，三相异步电机的效率 更高，质量减少了二分之一左右。如果采用矢量控制， 三相异步电机可以获得与直流电机相媲美的可控性和更 宽的调速范围。
达成目标
（1）了解驱动电机的分类与特点。 （2）熟悉驱动电机的技术参数与性能要求。 （3）掌握永磁同步电机的结构与工作原理。 （4）掌握三相异步电机的结构与工作原理。
（1）弘扬科学严谨、精益求精、追求卓越的工 匠精神。 （2）养成好学上进、开拓创新的工作作风，具 备良好的人文素养和职业道德。 （3）增强规范操作、安全操作的意识。
（1）会对永磁同步电机进行性能检测、故障诊断。 （2）会对三相异步电机进行故障诊断、拆装。
相关知识
驱动电机认知 永磁同步电机检修 三相异步电机检修
任务引入——打破固论，新能源SUV 征服沙漠
传统SUV
每年秋季的沙漠都不寂寞，越野爱好者们 会来到这里一展身手。在沙漠越野的赛道 上，当传统SUV还在纠结如何取舍适时四 驱和全时四驱时，曾经只能在各大城市道 路上活跃的新能源SUV已经凭借双电机全 时四驱技术成为新的沙漠英雄，如比亚迪 唐DM和宋Pro DM。
相关知识
按运转速度划分
低速电机 中速电机 高速电机
按转速能否调 节划分
恒速电机 调速电机
按结构和工作 原理划分
直流电机 交流电机
相关知识
2.1.1 驱动电机的分类
01 低速电机
转速通常为3 000～6 000 r/min。低速电机的缺点是尺寸大、控制器 尺寸较大、内部损耗大等，优点是其变速器的速比较小，结构简单。 低速电机因转动惯量较大、反应较慢，而不太适用于新能源汽车。
相关知识
2.1.2 驱动电机的特点及应用
三相异步电机运行可靠，且相对永磁同步电机具有价格 优势。与同功率的直流电机相比，三相异步电机的效率 更高，质量减少了二分之一左右。如果采用矢量控制， 三相异步电机可以获得与直流电机相媲美的可控性和更 宽的调速范围。
达成目标
（1）了解驱动电机的分类与特点。 （2）熟悉驱动电机的技术参数与性能要求。 （3）掌握永磁同步电机的结构与工作原理。 （4）掌握三相异步电机的结构与工作原理。
（1）弘扬科学严谨、精益求精、追求卓越的工 匠精神。 （2）养成好学上进、开拓创新的工作作风，具 备良好的人文素养和职业道德。 （3）增强规范操作、安全操作的意识。
（1）会对永磁同步电机进行性能检测、故障诊断。 （2）会对三相异步电机进行故障诊断、拆装。
相关知识
驱动电机认知 永磁同步电机检修 三相异步电机检修
任务引入——打破固论，新能源SUV 征服沙漠
传统SUV
每年秋季的沙漠都不寂寞，越野爱好者们 会来到这里一展身手。在沙漠越野的赛道 上，当传统SUV还在纠结如何取舍适时四 驱和全时四驱时，曾经只能在各大城市道 路上活跃的新能源SUV已经凭借双电机全 时四驱技术成为新的沙漠英雄，如比亚迪 唐DM和宋Pro DM。
相关知识
按运转速度划分
低速电机 中速电机 高速电机
按转速能否调 节划分
恒速电机 调速电机
按结构和工作 原理划分
直流电机 交流电机
相关知识
2.1.1 驱动电机的分类
01 低速电机
转速通常为3 000～6 000 r/min。低速电机的缺点是尺寸大、控制器 尺寸较大、内部损耗大等，优点是其变速器的速比较小，结构简单。 低速电机因转动惯量较大、反应较慢，而不太适用于新能源汽车。
《永磁同步电动机》课件
面临的挑战与解决方案
成本问题
随着高性能永磁材料价格的上涨，永磁同步电动机的成本 也随之增加。解决方案包括采用替代性材料、优化设计等 降低成本。
控制精度问题
在某些高精度应用场景中，永磁同步电动机的控制精度仍 需提高。解决方案包括采用先进的控制算法和传感器技术 提高控制精度。
可靠性问题
在高温、高湿等恶劣环境下，永磁同步电动机的可靠性可 能会受到影响。解决方案包括加强散热设计、提高材料耐 久性等提高可靠性。
总结词
风力发电系统中应用永磁同步电动机，具有 高效、可靠、低噪音等优点。
详细描述
风力发电系统需要能够在风能不稳定的情况 下高效、可靠运行的电机，永磁同步电动机 能够满足这些要求。其高效、可靠、低噪音 的特性使得风力发电系统在能源利用效率和
可靠性方面具有显著优势。
THANKS
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工作原理
永磁同步电动机通过控制器调节电机电流，使电机转子与定子磁场保持同步， 从而实现电机的运转。其工作原理基于磁场定向控制和矢量控制技术。
种类与特点
种类
永磁同步电动机根据结构可分为 表面贴装式、内置式和无铁心式 等类型。
特点
永磁同步电动机具有效率高、节 能效果好、运行稳定、维护方便 等优点，广泛应用于工业自动化 、新能源、电动汽车等领域。
05
CATALOGUE
永磁同步电动机的发展趋势与挑战
技术发展趋势
高效能化
随着技术的不断进步，永磁同步电动机的效率和性能不断提升， 能够满足更多高效率、高负载的应用需求。
智能化
随着物联网、传感器等技术的发展，永磁同步电动机的智能化水平 不断提高，可以实现远程监控、故障诊断等功能。
紧凑化
为了适应空间受限的应用场景，永磁同步电动机的尺寸和重量不断 减小，同时保持高性能。
电动汽车电机控制和驱动技术全套课件全文编辑修改
二、电动汽车电机要求
1)恒功率负载特性。 即转速n变化时，负载功率P2基本为一恒定值。 2)通风机负载特性。是指水泵、油泵、通风机和螺旋桨等一 类机械的负载特性。 3)反抗性恒转矩负载特性。 此类负载也称为摩擦转矩负载，其特点是负载转矩作用的方 向总是与运动方向相反，即总是阻碍运动的制动动性转矩。 当转速方向改变时，负载转矩大小不变，但作用方向也随之 改变。 4）位能性恒转矩负载特性。该类负载的特点是负 载转矩TL与转速n的方向无关，并保持大小恒定不变。
二、电动汽车电机结构
1）永磁式直流电机 由定子磁极、转子、电刷、外壳等组成。 定子磁极采用永磁体（永久磁钢），有铁氧体、铝镍钴、钕铁硼等材料。按其结构 形式可分为圆筒型和瓦块型等几种。 转子一般采用硅钢片叠压而成，漆包线绕在转子铁心的两槽之间（三槽即有三个绕 组），其各接头分别焊在换向器的金属片上。 电刷是连接电源与转子绕组的导电部件，具备导电与耐磨两种性能。永磁电机的电 刷使用弹性金属片或金属石墨电刷、电化石墨电刷。 2）无刷直流电机 由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成。 3）交流电机 三相异步电动机的结构分定子和转子两部分，定、转子之间有空气隙。
“不确定性”是指描述被控对象及其环境的数学模型不是完全确定的，其 中包含一些未知因素和随机因素。 6）变结构控制是一种控制系统的设计方法，适用线线性及非线性系统。 7）模糊控制
利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。 8）神经网络控制
神经网络控制是（人工）神经网络理论与控制理论相结合的产物，是 发展中的学科。 9）闭环控制 这是一种自动控制系统，其中包括功率放大和反馈，使输出变量的值响应 输入变量的值。 10）鲁棒控制 所谓“鲁棒性”，是指控制系统在一定（结构，大小）的参数摄动下，维 持某些性能的特性。
新能源汽车驱动电机及其控制培训课件(ppt 54页)
应用：大功率、低速车辆，尤其是驱动系统功率需求较大的大型电动客车、特 斯拉等（矢量变频控制，缩小与同步电机差距），调速范围大
3、永磁同步电机
优点：小体积、轻量化、功率密度高，能耗小20%；缺点：成本高。应用广泛
4、开关磁阻电机
优点：结构简单，效率高（>85%）,成本低，调速灵活（可以通过改变电压， 导通和关断角度，拥有很好的调速范围和能力）；缺点：转矩脉动较大，噪音 大。在电动汽车上在试验阶段
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。
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7
汽车驱动电机概述—电机控制系统
2020/4/20
8
汽车驱动电机概述—电机控制系统
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9
汽车驱动电机概述—电机控制系统
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10
汽车驱动电机概述—电机控制系统
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11
汽车驱动电机概述—电机控制系统
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4
汽车驱动电机概述—驱动电机的特性 （1）体积小，质量轻，功率密度大； （2）效率高，高效区广； （3）恒功率范围广； （4）高安全性、舒适性； （5）可有效回收能量
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5
汽车驱动电机概述—电机分类
正弦波无刷直流电机（BLAC）=三相交流永磁同步电机（PMSM）
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小结
•本节讲述了驱动电机的类型及电机控制系统的总 体结构，本节需要注意的是电机控制系统总体构造。
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12
主要内容
1
汽车驱动电机概述
2
驱动电机的结构原理
3
逆变器的结构原理
4
电机检测与故障分析
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
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34
驱动电机的结构原理-开关磁阻电机
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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。
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40
逆变器的结构原理
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41
逆变器的结构原理
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42
逆变器的结构原理
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逆变器的结构原理
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44
逆变器的结构原理
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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。
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7
汽车驱动电机概述—电机控制系统
(完整PPT)新能源汽车驱动电机及其控制
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逆变器的结构原理
2020/2/6
41
逆变器的结构原理
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42
逆变器的结构原理
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逆变器的结构原理
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逆变器的结构原理
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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
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主要内容
1
汽车驱动电机概述
2
驱动电机的结构原理
3
逆变器的结构原理
4
电机检测与故障分析
2020/2/6
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电机检测与故障分析（比亚迪e5）
2020/2/6
48
电机检测与故障分析（知豆D2）
2020/2/6
49
电机检测与故障分析（知豆D2）
2020/2/6
50
电机检测与故障分析（EV200）
2020/2/6
18
驱动电机的结构原理-三相异步电机原理
2020/2/6
19
驱动电机的结构原理-三相异步电机原理
2020/2/6
20
驱动电机的结构原理-三相异步电机原理
2020/2/6
永磁同步电机控制技术PPT.
一搞卫生时要注意安全 2、了解常用头部受的急救知识。
如工作某方面有安全要求（譬如银行工作），需要尽早核实应聘者的背景信息。 1、如果乘船过程中遇到事故不幸溺水，应学会现场急救知识。 虽然客户跟你谈了，但是他对你没有好感。在汽车销售公司经常有这样的工作安排，就是男客户进来以后，销售经理会安排女销售人 员上去接待，其目的就是想在最短的时间里让客户对销售人员产生好感，尽快促成交易。 绕车介绍（下） 上述情况目前在我们国内并不常见，原因有两个： 三、课堂小结 出示投影片。（"看一看"中的图） 注意力不集中
52
弱磁控制
• 电压与电流限制
id2s
iq2s
d 永磁体和交、直轴电流共同 44 激励时的磁力线分布
基于Ansoft的电机电感计算
Ld
Lmq
Lmd Lq
CT
Luvw
C
N PB
2
a
l
600kW电机电感随交轴电流变化图
45
电感变化对IPMSM控制的影响分析
永磁同步电机转矩闭环控制
Te* +
-
Te
Calculation
id iq
电感变化对输出转矩影响
Te (N m)
电磁转矩 励磁转矩
励磁转矩
磁阻转矩
设计转矩 设计转矩
1500N·m
Te p直f轴iq电流p Ld -9L9q.7i4d8iqA
实际转矩 交轴电流
164.785A
Te' p固定f iq电感p Ld 15L.3q8'miHdiq
实际电感 10.5655mH
额定电流
143.882A
铁心长度
225mm
查看各参数结果
如工作某方面有安全要求（譬如银行工作），需要尽早核实应聘者的背景信息。 1、如果乘船过程中遇到事故不幸溺水，应学会现场急救知识。 虽然客户跟你谈了，但是他对你没有好感。在汽车销售公司经常有这样的工作安排，就是男客户进来以后，销售经理会安排女销售人 员上去接待，其目的就是想在最短的时间里让客户对销售人员产生好感，尽快促成交易。 绕车介绍（下） 上述情况目前在我们国内并不常见，原因有两个： 三、课堂小结 出示投影片。（"看一看"中的图） 注意力不集中
52
弱磁控制
• 电压与电流限制
id2s
iq2s
d 永磁体和交、直轴电流共同 44 激励时的磁力线分布
基于Ansoft的电机电感计算
Ld
Lmq
Lmd Lq
CT
Luvw
C
N PB
2
a
l
600kW电机电感随交轴电流变化图
45
电感变化对IPMSM控制的影响分析
永磁同步电机转矩闭环控制
Te* +
-
Te
Calculation
id iq
电感变化对输出转矩影响
Te (N m)
电磁转矩 励磁转矩
励磁转矩
磁阻转矩
设计转矩 设计转矩
1500N·m
Te p直f轴iq电流p Ld -9L9q.7i4d8iqA
实际转矩 交轴电流
164.785A
Te' p固定f iq电感p Ld 15L.3q8'miHdiq
实际电感 10.5655mH
额定电流
143.882A
铁心长度
225mm
查看各参数结果
《新能源汽车驱动电机及控制技术》课件——4.能量传递和冷却系统
（2）控制器局域网络（CAN）是一 种用于汽车电子控制装置之间交换 信息的串行通信网络，它属于现场 总线的范畴，是国际上应用最广泛 的现场总线之一。
（3）本地互联网络（local interconnect network，简称LIN） 是一种低成本的串行通信网络， 用于实现分布式电子系统控制， 是对现有汽车网络（如CAN）的 一种补充。
相关知识
4.1.1 能量传递系统的组成
2）变速器控制单元（TCU）
变速器控制单元（transmission control unit，简称TCU）是用 于控制变速器工作方式的电子装置。TCU是以单片机为核心，由 电源电路、检测电路、通信电路、驱动电路等组成。电源电路 为TCU提供电源，检测电路用于接收传感器的信号，通信电路负 责与VCU保持信息交流，驱动电路直接控制变速器运行，而单片 机负责调控所有电路。
相关知识
4.1.1 能量传递系统的组成
1）变速器 变速器介于驱动电机和驱动半轴之间，主要由主轴、副轴、差速器、箱体等组成。
又称输入轴，是动力进齿轮传递给副轴，带动副轴运动。
又称中间轴，是连接主轴与差速器，将能量从主轴传递给变速器的轴。
相关知识
• 驱动电机、发动机等发挥产生转矩 的作用;
• 变速器、驱动半轴、传动轴等发挥 传递转矩的作用。
• 相较于传统汽车的能量传递系统， 新能源汽车的能量传递系统具有 以下特点： 一是在组件的连接方式方面， 电气连接，部分地取代了机械 连接； 二是驱动电机输出的转矩、转 速之间具有特定的关系，非常 符合车辆驱动的需求，因此新 能源汽车对变速器功能的要求 降低。
相关知识
4.1.1 能量传递系统的组成
驻车电机：在P挡下可将差速器的输出轴锁定在 变速器箱体上的机构。退出P挡后，驻车电机通 电并转动，可解除对变速器的锁止。
第4章电动汽车的驱动电动机及其调速控制方式(PPT38页)
图4-13 混合励磁式同步电动机
4.1 电动汽车的驱动电动机
4. PM电动机的特点 5. 永磁磁阻同步电动机的机械特性 6. 应用举例 7. 数学模型
4.1 电动汽车的驱动电动机
图4-15 SPM的等效电路
4.1 电动汽车的驱动电动机
图4-16 IPM的等效电路
4.1 电动汽车的驱动电动机
4.1.5 开关磁阻电动机
中 重
10
大 一般 最好 低
感应电动机 宽 中
90~95 90~92 较宽
中 中
8~10
中 好 好 高
永磁电动机 窄 高
95~97 85~97
宽 高 轻
10~15
小 优秀 好 高
开关磁阻电动机 很宽 较高 <90 78~86 很宽 高 轻
8~10
小 好 好 一般
4.1 电动汽车的驱动电动机
4.1.2 直流电动机
1. 分类 2. 性能特点 3. 三相异步感应电动机的转矩与机械特性
4.1 电动汽车的驱动电动机
图4-5 三相异步电动机的机械特性
4.1 电动汽车的驱动电动机
图4-6 相电压U1对转矩与转速的关系曲线的影响
4.1 电动汽车的驱动电动机
图4-9 不同的电压幅值和频率下的转矩与转速的关系曲线
4.1 电动汽车的驱动电动机
图4-1 电动汽车驱动电动机的分类
4.1 电动汽车的驱动电动机
3. 驱动系统电动机的选择
表4-3 电动汽车常用驱动电动机性能比较
项目
功率范围 功率密度 峰值效率/% 负荷效率/% 转速范围 转矩/电流比
质量 成本/ （美元/kW） 外形尺寸 可靠性 调速控制性能
控制器成本
直流电动机 宽 低
4.1 电动汽车的驱动电动机
4. PM电动机的特点 5. 永磁磁阻同步电动机的机械特性 6. 应用举例 7. 数学模型
4.1 电动汽车的驱动电动机
图4-15 SPM的等效电路
4.1 电动汽车的驱动电动机
图4-16 IPM的等效电路
4.1 电动汽车的驱动电动机
4.1.5 开关磁阻电动机
中 重
10
大 一般 最好 低
感应电动机 宽 中
90~95 90~92 较宽
中 中
8~10
中 好 好 高
永磁电动机 窄 高
95~97 85~97
宽 高 轻
10~15
小 优秀 好 高
开关磁阻电动机 很宽 较高 <90 78~86 很宽 高 轻
8~10
小 好 好 一般
4.1 电动汽车的驱动电动机
4.1.2 直流电动机
1. 分类 2. 性能特点 3. 三相异步感应电动机的转矩与机械特性
4.1 电动汽车的驱动电动机
图4-5 三相异步电动机的机械特性
4.1 电动汽车的驱动电动机
图4-6 相电压U1对转矩与转速的关系曲线的影响
4.1 电动汽车的驱动电动机
图4-9 不同的电压幅值和频率下的转矩与转速的关系曲线
4.1 电动汽车的驱动电动机
图4-1 电动汽车驱动电动机的分类
4.1 电动汽车的驱动电动机
3. 驱动系统电动机的选择
表4-3 电动汽车常用驱动电动机性能比较
项目
功率范围 功率密度 峰值效率/% 负荷效率/% 转速范围 转矩/电流比
质量 成本/ （美元/kW） 外形尺寸 可靠性 调速控制性能
控制器成本
直流电动机 宽 低
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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。
(2)外置式永磁同步电机 外置式永磁同步电机根据永磁体是否嵌入转
子铁心中，可以分为面贴式和插入式两种电机， 如图4-2所示。
第三节 永磁同步电机的性能特点 永磁同步电机的功率因数大、效率高、功率密
度大，是一种比较理想的驱动电机。 (1)电机效率 永磁同步电机低速效率较低，如
何通过设计降低低速损耗，减小低速额定电流是 目前研究的热点之一。
项目四 永磁同步电动机类型及其控制技术
第一节 永磁同步电机类型 永磁电机有多种分类方法，根据输入电机接线端的电
流种类可分为，永磁直流电机和永磁交流电机。由于永 磁交流驱动电机没有电刷、换向器或集电环，因此也可 称为永磁无刷电机。
根据输入电机接线端的交流波形，永磁无刷电机可 分为永磁同步电机和永磁无刷直流电机。输入永磁同步 电机的是交流正弦或者近似正弦波，采用连续转子位置 反馈信号来控制换向；而输入永磁无刷直流电机的是交 流方波，采用离散转子位置反馈信号控制转向。
1）最大转矩／电流控制
一般采用最大转矩／电流比的控制方法实现电机的恒转矩控制。
在恒转矩控制的控制过程中，随着电机转速的增大，电枢绕组反电动势也
有所增加。当增大到逆变器的允许最大输出电压Uslim时，电动机的转速也就
达到恒转矩控制时的最高转速。它相
第四节 永磁同步电机控制技术
控制策略方面，永磁同步电机控制系统可以采用矢量 控制（磁场定向控制）或直接转矩控制等的先进控制策略 。采用矢量控制的策略，通过三闭环电流闭环、磁极位置 闭环和转速闭环对电机进行控制。 矢量控制最初是应用于异步电机，基本原理是检测和
控制异步电机定子电流矢量，根据磁场定向原理，对 异步电机的励磁电流和转矩电流进行控制，以达到控制异 步电机转矩为目的。具体原理是将异步电机的定子电流矢 量分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转矩的 电流分量（转矩电流），并分别加以控制，主要是控制两 分量的幅值和相位，也就是控制定子电流矢量，因此称这 种控制方式为矢量控制方式。
对于面贴式永磁同步电机来说的。由于其dq轴的电感基本 相等，其d轴上的电流为0。因此，采用id =0控制策略时， 定子电流中只有交流分量，而且定子磁动势空间矢量与转 子永磁体产生的磁场空间矢量正交，定子电流只有转矩分 量。
如果在永磁同步电机的整个运行过程中保证id =0，转 矩将只受到电子电流q轴分量iq的作用。这样，产生相同转 矩的条件下，所需的定子电流最小，可以大大降低铜耗， 从而提高电机系统的效率。
第二节 永磁同步电机的结构和工作原理
三相永磁同步电动机具有定子三相分布的绕组和永磁转 子，在磁路结构和绕组分布上保证反电动势波形为正弦波， 为了进行磁场定向控制，输入到定子的电压和电流也为正弦 波。
(1)内置式永磁同步电机 内置式永磁同步电机按永磁体磁化方向可分为径向式、 切向式和混合式，在有阻尼绕组情况下，如图4-1所示。内置 式永磁同步电机转子由于内部嵌入永磁体，导致转子机械结 构上的凸极特性。
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。
(2)外置式永磁同步电机 外置式永磁同步电机根据永磁体是否嵌入转
子铁心中，可以分为面贴式和插入式两种电机， 如图4-2所示。
第三节 永磁同步电机的性能特点 永磁同步电机的功率因数大、效率高、功率密
度大，是一种比较理想的驱动电机。 (1)电机效率 永磁同步电机低速效率较低，如
何通过设计降低低速损耗，减小低速额定电流是 目前研究的热点之一。
项目四 永磁同步电动机类型及其控制技术
第一节 永磁同步电机类型 永磁电机有多种分类方法，根据输入电机接线端的电
流种类可分为，永磁直流电机和永磁交流电机。由于永 磁交流驱动电机没有电刷、换向器或集电环，因此也可 称为永磁无刷电机。
根据输入电机接线端的交流波形，永磁无刷电机可 分为永磁同步电机和永磁无刷直流电机。输入永磁同步 电机的是交流正弦或者近似正弦波，采用连续转子位置 反馈信号来控制换向；而输入永磁无刷直流电机的是交 流方波，采用离散转子位置反馈信号控制转向。
1）最大转矩／电流控制
一般采用最大转矩／电流比的控制方法实现电机的恒转矩控制。
在恒转矩控制的控制过程中，随着电机转速的增大，电枢绕组反电动势也
有所增加。当增大到逆变器的允许最大输出电压Uslim时，电动机的转速也就
达到恒转矩控制时的最高转速。它相
第四节 永磁同步电机控制技术
控制策略方面，永磁同步电机控制系统可以采用矢量 控制（磁场定向控制）或直接转矩控制等的先进控制策略 。采用矢量控制的策略，通过三闭环电流闭环、磁极位置 闭环和转速闭环对电机进行控制。 矢量控制最初是应用于异步电机，基本原理是检测和
控制异步电机定子电流矢量，根据磁场定向原理，对 异步电机的励磁电流和转矩电流进行控制，以达到控制异 步电机转矩为目的。具体原理是将异步电机的定子电流矢 量分解为产生磁场的电流分量（励磁电流）和产生转矩的 电流分量（转矩电流），并分别加以控制，主要是控制两 分量的幅值和相位，也就是控制定子电流矢量，因此称这 种控制方式为矢量控制方式。
对于面贴式永磁同步电机来说的。由于其dq轴的电感基本 相等，其d轴上的电流为0。因此，采用id =0控制策略时， 定子电流中只有交流分量，而且定子磁动势空间矢量与转 子永磁体产生的磁场空间矢量正交，定子电流只有转矩分 量。
如果在永磁同步电机的整个运行过程中保证id =0，转 矩将只受到电子电流q轴分量iq的作用。这样，产生相同转 矩的条件下，所需的定子电流最小，可以大大降低铜耗， 从而提高电机系统的效率。
第二节 永磁同步电机的结构和工作原理
三相永磁同步电动机具有定子三相分布的绕组和永磁转 子，在磁路结构和绕组分布上保证反电动势波形为正弦波， 为了进行磁场定向控制，输入到定子的电压和电流也为正弦 波。
(1)内置式永磁同步电机 内置式永磁同步电机按永磁体磁化方向可分为径向式、 切向式和混合式，在有阻尼绕组情况下，如图4-1所示。内置 式永磁同步电机转子由于内部嵌入永磁体，导致转子机械结 构上的凸极特性。