电动汽车交流电传动系统设计
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由于受安装空间和运行条件的限制，对电动汽车 电传动系统提出了非常苛刻的要求。与传统电机系统 的主要区别见表 １。 表 １ 工业用电机系统与电动汽车电传动系统的主要区别 Ｔａｂ．１ Ｍａｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｍｏｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ
ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ
电传动系统将各种电能转变成机械能驱动整车运 行，同时也可以将整车的机械能转变成电能，实现能量 的再生。
以中大型公交车为例，为了满足运行要求，城市公交 车需达到如下主要技术指标：最高速度不低于 ７０ ｋｍ／ｈ （持续路程不低于１ ｋｍ）；最大爬坡度不低于１２％；加速 能力：２５ ｓ（０～５０ ｋｍ／ｈ）；假设采用后桥驱动，后桥的主 减速比ｉ０＝６．２０。
从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出发，汽 车的动力性能主要可由三方面的指标来评定，即： （１） 汽车的最高速度；（２）汽车的加速时间；（３）汽车的爬 坡能力。
电动汽车对牵引电机系统的要求主要包括： （１ ）基 速 以 下 输 出 大 转 矩 ，以 适 应 车 辆 的 启 动 ，加
Baidu Nhomakorabea ５４
电动汽车交流电传动系统设计
（３）
式中： ——总阻力；Ｆｆ＝Ｗｆ＝Ｗ（０．００７ ６＋０．０００ ０５６ｕａ）——
滚动阻力（其中 ｕａ ——速度（ｋｍ／ｈ））；
——
信号控制电机工作在牵引（电动）状态或制动（发电）状 态，“前进”或“后退”信号控制电机正转或反转（图 １）。
空气阻力，（ 其中ＣＤ为空气阻力系数（客车 ０．５～０．８），Ａ为 迎风面积（客车 ４～７））；Ｆｉ＝Ｇｓｉｎａ——坡度阻力（，其中 Ｇ为重力（Ｎ）＝ ｍｇ（ｍ为汽车质量，ｇ 为重力加速度），α
直 流 电 机 交流异步电机 永 磁 电 机 开 关 磁 阻 电 机
功率密度 差
一般
好
一般
转矩转速特性 一 般
好
好
好
转速 ／ｒ·ｍｉｎ－１ ４ ０００￣６ ０００ ９ ０００￣１５ ０００ ４０００￣１５０００ ＞１５ ０００
操作性
最好
好
好
好
结构坚固性 差
好
一般
好
尺寸及质量 大，重 一般，一般 小，轻 小，轻
图 １ 电传动系统运行模式
Ｆｉｇ． １ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ
向前牵引时ωｓｌ 为＋，ωｒ为＋；向前制动时ωｓｌ为 －，ω ｒ 为＋；向后牵引时ω ｓｌ 为－，ω ｒ 为－；向后制动 时ω ｓｌ 为＋，ω ｒ 为－。
３ 电动汽车电传动系统参数计算方法
极高（耐电晕绝缘结构）
控制器主要器件 工 业 级
牵引级
近 １０ 年来，主要发展交流异步电机和无刷永磁电
图 ４ 电动汽车电传动系统组成 Ｆｉｇ．４ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｒｉｖｅ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ
该 ３个组成部分是一个有机的整体，每一个又是一 个复杂的系统工程，图 ５中列举了纯电动车电传动系统 中各组成部分的各自相关技术。 ４．１ 牵引变流器
靠性高； （５ ）低 成 本 及 大 批 量 生 产 能 力 。
２ 电动汽车电传动系统运行模式
电动汽车电机控制器存在以下几种运行模式组 合：“向前／向后”、“牵引 ／制动”，其中“牵引”或“制动”
（２）
式中：Ｆｔ—— 驱动力Ｎ ；ｒ——车轮半径（Ｍ） ；Ｔｌｑ——牵 引电 机 输 出 转 矩（Ｎ·ｍ）；ｉｇ ——变速器的传动比；ｉ０ — —主加速器的传动比；ηＴ ——传动系的机械效率。 汽车总阻力 是汽车收到的各种阻力之和：
６／２００７
速，负荷爬坡，频繁启停等复杂工况； （２ ）基 速 以 上 为 恒 功 率 运 行 ，以 适 应 最 高 车 速 ，超
式（１）中的驱动力 Ｆｔ也可以由式（２）根据传动参数和电 机转矩 Ｔｌｑ 进行计算：
车等要求； （３）全转速运行范围内的效率最优化，以提高车辆
的续驶里程； （４）结构坚固，体积小，质量轻，环境适应性好和可
４．２ 牵引电机
牵引电机可实现电能与机械能的转换，即：牵引时
将电能转换成机械能；再生制动时将机械能转换成电
能。
交 流 电 机 ，特 别 是 鼠 笼 式 异 步 电 机 ，具 有 结 构 简
单、制造容易、价格便宜、坚固耐用、转动惯量小、运行
图 ５ 纯电动车各部件基本结构框图
可靠、维修少、使用环境及结构发展不受限制等优点，
电力电子器件的蓬勃发展和更新换代促进了变流 技术的迅速发展和变流装置的现代化；矢量控制技术 的诞生和发展为现代交流调速系统高性能化奠定了基 础；微型计算机控制技术与大规模集成电路的发展和 广泛应用为现代交流调速系统的成功应用提供了重要
收稿日期：２ ０ ０ ７ － ０ ７ － ２ ０ 作者简介：伍理勋（１ ９ ７ １ －），男，硕士，高级工程师，主要从事 变 流 产 品 的 技 术 研 发 ，其 中 以 电 动 汽 车 电 传 动 系 统 的 研 发 为 主 。
Key words: electric vehicle; ac drive; traction converter; traction motor; converter technology; ac drive control
０ 引言
电动汽车是以自载电池为电源，依靠大功率电动 机提供动力的新型交通工具。电动汽车具有清洁无污 染，动力源多样、能量转换效率高、结构简单、使用维 护方便等优点，被称为“２１ 世纪的绿色环保汽车”。驱动 电机及其控制器技术是电动汽车的三大关键技术（电 池技术；驱动电机及其控制器技术；电动汽车能量管 理系统）之一。
关键词：电动汽车；交流传动；牵引变流器；牵引电机；变流技术；交流传动控制
中图分类号：Ｕ４６９．７２
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７１－８４１０（２００７）０６－００５３－０５
Design of AC Electric Drive System for Electric Vehicle
控制器（－４０ ～＋ ６０℃）
可 靠 性 要 求 较高以保证生产效率 很高以保障乘车者安全
冷却方式
通常为风冷（体积大） 通 常 为 水 冷 （ 体 积 小 ）
控制性能
多为变频调速控制 需要精确的力矩控制，
动态性能较好
功率密度
较低（０．２ ｋＷ／ｋｇ） 较高（１￣１．５ ｋＷ／ｋｇ）
性价比
一般
极高
电机绝缘等级 一 般
６／２００７
电动汽车交流电传动系统设计
５５
机 系 统 。与 原 有 的 直 流 牵 引 电 机 系 统 相 比 ，具 有 明 显 优势，其突出优点是体积小，质量轻（其功率质量比为 ０．５￣１．０ ｋｇ／ｋＷ）、效率高、基本免维护、调速范围广。
目前电动汽车牵引电机主要有：直流电机（ＤＣ），异 步电机（Ｉ Ｍ ），永磁电机（Ｂ Ｄ Ｃ Ｍ 和 Ｐ Ｍ Ｓ Ｍ ）和开关磁阻 电机（ＳＲＭ）。其各自特点见表 ２。
的技术手段和保证。
１ 电动汽车对电传动系统的要求
电动汽车包括混合动力电动汽车（ＨＥＶ），纯电动汽 车（ＥＶ），燃料电池汽车（ＦＣＥＶ）。尽管电力驱动在各种类 型的电动汽车中的布置及结构稍有区别，但均包括以 下几个部分：电机驱动装置，机械传动装置和车轮，其 中机械减速器有时可省略。不论电动汽车的驱动系统 采用哪种布置方式，其电机驱动装置的结构基本上都 相同，主要由三部分组成：牵引电机、功率变换器和电 子控制器，它们是电动汽车驱动系统的核心。
６／２００７
５３
变流技术与电力牵引
电力传动
电动汽车交流电传动系统设计
伍理勋
（中国南车集团 株洲电力机车研究所，湖南 株洲 ４ １ ２ ０ ０ １ ）
摘 要：电传动是电动汽车的关键技术之一，它由牵引电机、牵引变流器、控制系统三部分组成。文章详细介
绍了电动汽车电传动系统的特点，设计原则、交流调速原理，电传动系统的控制方式，以及交流调速的发展方向。
ＷＵ Ｌｉ－ｘｕｎ (Zhuzhou Electric Locomotive Research Institute, CSR, Zhuzhou, Hunan 412001, China)
Abstract:Electric drive, consists of traction motor, traction converter and control system, is one of the key technologies of electric vehicle. The characteristics, design principles, ac speed-regulation theories, electric system control and development trend of ac speed- regulation of electric drive for electric vehicle are introduced in detail.
Ｆｉｇ．５ Ｂａｓｉｃ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｕｒｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ
现在已经广泛的应用到我们生活的各个方面。
表 ３ 变流技术的分类
由电机学可知，异步电机转速为：
Ｔａｂ． ３ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ
根据汽车的行驶方程：
（１）
图 ２ 满足 １２ ｍ 整车需求的电传动系统外特性 Ｆｉｇ．２ Ｅｘｔｅｒｎａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｒｉｖｅ ｆｏｒ １２ ｍ ｗｈｏｌｅ
ｖｅｈｉｃｌｅ ｄｅｓｉｒｅｓ 其中：最大转速为２ ４００ ｒ／ｍｉｎ； 最大力矩为２ １８０ Ｎ·ｍ ； 最大功率为１５０ ｋＷ。 为了发挥交流传动的优点，需要提高电机的输出 转速，可以在电机的输出端和后桥之间增加一级减速 器，用以提高电机的输出转速，降低输出力矩。如增加 一级减速比为 ２．３４：１的减速器后对电机的性能要求变 为（不考虑减速器的效率损失）：最大转速为５ ６１６ ｒ／ｍｉｎ ； 最大力矩为 ９３２ Ｎ·ｍ ；最大功率为 １５０ ｋＷ 。常见的一种 后桥驱动方式如图 ３ 所示。
为 侧 倾 角 ，与 坡 度 ｉ 的 关 系 为
）；
——加速阻力，（其中δ为汽车旋转质量换 算系数，ｍ 为汽车质量（ｋｇ），ｄｕ／ｄｔ 为加速度）
按照汽车的行驶方程可知，为了满足整车动力性 的要求，需要电传动系统有如图 ２中所示的牵引电动机 外特性。
ω ——转差角频率，ω ——同步角频率，
ｓｌ
ｓ
ω ——转子角频率，ｓ——转差率 ｒ
根据输入输出电量的不同，变流技术主要分为 ４ 种 类型（表 ３），牵引变流器用于实现直流与交流电量的转 换，即：牵引时将输入的直流电逆变成交流电（逆变）； 再生制动时将电机输出的交流电整流成直流电（整流）。
电力电子技术是一门新兴技术，它是由电力学、电
５６
电动汽车交流电传动系统设计
６／２００７
式中：Ｐｅ ——电机输出功率；Ｕｅ ——电机输入电压（有 效值）；Ｉｅ ——电机输入电流（有效值）；ｃｏｓ θ——功 率因数；η——电机转换效率。
表２ 各种类型电机的特点 Ｔａｂ．２ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍｏｔｏｒｓ
图 ３ 一种电动后桥布置方案 Ｆｉｇ ．３ Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂａｃｋ ａｘｌｅ
４ 电动汽车交流电传动系统
高密度、高效率、宽调速的电动汽车牵引电机及其 控制系统既是电动汽车的心脏，又是电动汽车研制的 关键技术之一， ２０世纪８０年代前，几乎所有车辆的牵引 电机均为直流电机，这是因为直流牵引电机具有起步 加速牵引力大，控制系统较简单等优点。直流电机的缺 点是有机械换向器，在高速大负载工况下，换向器表面 会产生火花，所以电机的运转不能太高。由于直流电机 的换向器需保养，又不适合高速运转，除小型车外，目 前一般已不采用。
成本
高
低
高
低于异步电机
控制器成本 低
高
高
一般
无论采用哪种交流电机，交流传动系统的组成基 本相似，即由牵引变流器、牵引电机、控制系统 ３ 部分组 成（图 ４）。
项目
工业用系统
汽车用系统
封装尺寸
空间不受限制， 布置空间有限，
可用标准封装配套 必须针对具体产品进行
的各种配件
特殊的设计
工作环境
（－ ２０ ～＋ ４０℃） 电机：（－４０ ～＋ １０５℃）
ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ
电传动系统将各种电能转变成机械能驱动整车运 行，同时也可以将整车的机械能转变成电能，实现能量 的再生。
以中大型公交车为例，为了满足运行要求，城市公交 车需达到如下主要技术指标：最高速度不低于 ７０ ｋｍ／ｈ （持续路程不低于１ ｋｍ）；最大爬坡度不低于１２％；加速 能力：２５ ｓ（０～５０ ｋｍ／ｈ）；假设采用后桥驱动，后桥的主 减速比ｉ０＝６．２０。
从获得尽可能高的平均行驶速度的观点出发，汽 车的动力性能主要可由三方面的指标来评定，即： （１） 汽车的最高速度；（２）汽车的加速时间；（３）汽车的爬 坡能力。
电动汽车对牵引电机系统的要求主要包括： （１ ）基 速 以 下 输 出 大 转 矩 ，以 适 应 车 辆 的 启 动 ，加
Baidu Nhomakorabea ５４
电动汽车交流电传动系统设计
（３）
式中： ——总阻力；Ｆｆ＝Ｗｆ＝Ｗ（０．００７ ６＋０．０００ ０５６ｕａ）——
滚动阻力（其中 ｕａ ——速度（ｋｍ／ｈ））；
——
信号控制电机工作在牵引（电动）状态或制动（发电）状 态，“前进”或“后退”信号控制电机正转或反转（图 １）。
空气阻力，（ 其中ＣＤ为空气阻力系数（客车 ０．５～０．８），Ａ为 迎风面积（客车 ４～７））；Ｆｉ＝Ｇｓｉｎａ——坡度阻力（，其中 Ｇ为重力（Ｎ）＝ ｍｇ（ｍ为汽车质量，ｇ 为重力加速度），α
直 流 电 机 交流异步电机 永 磁 电 机 开 关 磁 阻 电 机
功率密度 差
一般
好
一般
转矩转速特性 一 般
好
好
好
转速 ／ｒ·ｍｉｎ－１ ４ ０００￣６ ０００ ９ ０００￣１５ ０００ ４０００￣１５０００ ＞１５ ０００
操作性
最好
好
好
好
结构坚固性 差
好
一般
好
尺寸及质量 大，重 一般，一般 小，轻 小，轻
图 １ 电传动系统运行模式
Ｆｉｇ． １ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ
向前牵引时ωｓｌ 为＋，ωｒ为＋；向前制动时ωｓｌ为 －，ω ｒ 为＋；向后牵引时ω ｓｌ 为－，ω ｒ 为－；向后制动 时ω ｓｌ 为＋，ω ｒ 为－。
３ 电动汽车电传动系统参数计算方法
极高（耐电晕绝缘结构）
控制器主要器件 工 业 级
牵引级
近 １０ 年来，主要发展交流异步电机和无刷永磁电
图 ４ 电动汽车电传动系统组成 Ｆｉｇ．４ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｒｉｖｅ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ
该 ３个组成部分是一个有机的整体，每一个又是一 个复杂的系统工程，图 ５中列举了纯电动车电传动系统 中各组成部分的各自相关技术。 ４．１ 牵引变流器
靠性高； （５ ）低 成 本 及 大 批 量 生 产 能 力 。
２ 电动汽车电传动系统运行模式
电动汽车电机控制器存在以下几种运行模式组 合：“向前／向后”、“牵引 ／制动”，其中“牵引”或“制动”
（２）
式中：Ｆｔ—— 驱动力Ｎ ；ｒ——车轮半径（Ｍ） ；Ｔｌｑ——牵 引电 机 输 出 转 矩（Ｎ·ｍ）；ｉｇ ——变速器的传动比；ｉ０ — —主加速器的传动比；ηＴ ——传动系的机械效率。 汽车总阻力 是汽车收到的各种阻力之和：
６／２００７
速，负荷爬坡，频繁启停等复杂工况； （２ ）基 速 以 上 为 恒 功 率 运 行 ，以 适 应 最 高 车 速 ，超
式（１）中的驱动力 Ｆｔ也可以由式（２）根据传动参数和电 机转矩 Ｔｌｑ 进行计算：
车等要求； （３）全转速运行范围内的效率最优化，以提高车辆
的续驶里程； （４）结构坚固，体积小，质量轻，环境适应性好和可
４．２ 牵引电机
牵引电机可实现电能与机械能的转换，即：牵引时
将电能转换成机械能；再生制动时将机械能转换成电
能。
交 流 电 机 ，特 别 是 鼠 笼 式 异 步 电 机 ，具 有 结 构 简
单、制造容易、价格便宜、坚固耐用、转动惯量小、运行
图 ５ 纯电动车各部件基本结构框图
可靠、维修少、使用环境及结构发展不受限制等优点，
电力电子器件的蓬勃发展和更新换代促进了变流 技术的迅速发展和变流装置的现代化；矢量控制技术 的诞生和发展为现代交流调速系统高性能化奠定了基 础；微型计算机控制技术与大规模集成电路的发展和 广泛应用为现代交流调速系统的成功应用提供了重要
收稿日期：２ ０ ０ ７ － ０ ７ － ２ ０ 作者简介：伍理勋（１ ９ ７ １ －），男，硕士，高级工程师，主要从事 变 流 产 品 的 技 术 研 发 ，其 中 以 电 动 汽 车 电 传 动 系 统 的 研 发 为 主 。
Key words: electric vehicle; ac drive; traction converter; traction motor; converter technology; ac drive control
０ 引言
电动汽车是以自载电池为电源，依靠大功率电动 机提供动力的新型交通工具。电动汽车具有清洁无污 染，动力源多样、能量转换效率高、结构简单、使用维 护方便等优点，被称为“２１ 世纪的绿色环保汽车”。驱动 电机及其控制器技术是电动汽车的三大关键技术（电 池技术；驱动电机及其控制器技术；电动汽车能量管 理系统）之一。
关键词：电动汽车；交流传动；牵引变流器；牵引电机；变流技术；交流传动控制
中图分类号：Ｕ４６９．７２
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７１－８４１０（２００７）０６－００５３－０５
Design of AC Electric Drive System for Electric Vehicle
控制器（－４０ ～＋ ６０℃）
可 靠 性 要 求 较高以保证生产效率 很高以保障乘车者安全
冷却方式
通常为风冷（体积大） 通 常 为 水 冷 （ 体 积 小 ）
控制性能
多为变频调速控制 需要精确的力矩控制，
动态性能较好
功率密度
较低（０．２ ｋＷ／ｋｇ） 较高（１￣１．５ ｋＷ／ｋｇ）
性价比
一般
极高
电机绝缘等级 一 般
６／２００７
电动汽车交流电传动系统设计
５５
机 系 统 。与 原 有 的 直 流 牵 引 电 机 系 统 相 比 ，具 有 明 显 优势，其突出优点是体积小，质量轻（其功率质量比为 ０．５￣１．０ ｋｇ／ｋＷ）、效率高、基本免维护、调速范围广。
目前电动汽车牵引电机主要有：直流电机（ＤＣ），异 步电机（Ｉ Ｍ ），永磁电机（Ｂ Ｄ Ｃ Ｍ 和 Ｐ Ｍ Ｓ Ｍ ）和开关磁阻 电机（ＳＲＭ）。其各自特点见表 ２。
的技术手段和保证。
１ 电动汽车对电传动系统的要求
电动汽车包括混合动力电动汽车（ＨＥＶ），纯电动汽 车（ＥＶ），燃料电池汽车（ＦＣＥＶ）。尽管电力驱动在各种类 型的电动汽车中的布置及结构稍有区别，但均包括以 下几个部分：电机驱动装置，机械传动装置和车轮，其 中机械减速器有时可省略。不论电动汽车的驱动系统 采用哪种布置方式，其电机驱动装置的结构基本上都 相同，主要由三部分组成：牵引电机、功率变换器和电 子控制器，它们是电动汽车驱动系统的核心。
６／２００７
５３
变流技术与电力牵引
电力传动
电动汽车交流电传动系统设计
伍理勋
（中国南车集团 株洲电力机车研究所，湖南 株洲 ４ １ ２ ０ ０ １ ）
摘 要：电传动是电动汽车的关键技术之一，它由牵引电机、牵引变流器、控制系统三部分组成。文章详细介
绍了电动汽车电传动系统的特点，设计原则、交流调速原理，电传动系统的控制方式，以及交流调速的发展方向。
ＷＵ Ｌｉ－ｘｕｎ (Zhuzhou Electric Locomotive Research Institute, CSR, Zhuzhou, Hunan 412001, China)
Abstract:Electric drive, consists of traction motor, traction converter and control system, is one of the key technologies of electric vehicle. The characteristics, design principles, ac speed-regulation theories, electric system control and development trend of ac speed- regulation of electric drive for electric vehicle are introduced in detail.
Ｆｉｇ．５ Ｂａｓｉｃ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｕｒｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ
现在已经广泛的应用到我们生活的各个方面。
表 ３ 变流技术的分类
由电机学可知，异步电机转速为：
Ｔａｂ． ３ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ
根据汽车的行驶方程：
（１）
图 ２ 满足 １２ ｍ 整车需求的电传动系统外特性 Ｆｉｇ．２ Ｅｘｔｅｒｎａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｒｉｖｅ ｆｏｒ １２ ｍ ｗｈｏｌｅ
ｖｅｈｉｃｌｅ ｄｅｓｉｒｅｓ 其中：最大转速为２ ４００ ｒ／ｍｉｎ； 最大力矩为２ １８０ Ｎ·ｍ ； 最大功率为１５０ ｋＷ。 为了发挥交流传动的优点，需要提高电机的输出 转速，可以在电机的输出端和后桥之间增加一级减速 器，用以提高电机的输出转速，降低输出力矩。如增加 一级减速比为 ２．３４：１的减速器后对电机的性能要求变 为（不考虑减速器的效率损失）：最大转速为５ ６１６ ｒ／ｍｉｎ ； 最大力矩为 ９３２ Ｎ·ｍ ；最大功率为 １５０ ｋＷ 。常见的一种 后桥驱动方式如图 ３ 所示。
为 侧 倾 角 ，与 坡 度 ｉ 的 关 系 为
）；
——加速阻力，（其中δ为汽车旋转质量换 算系数，ｍ 为汽车质量（ｋｇ），ｄｕ／ｄｔ 为加速度）
按照汽车的行驶方程可知，为了满足整车动力性 的要求，需要电传动系统有如图 ２中所示的牵引电动机 外特性。
ω ——转差角频率，ω ——同步角频率，
ｓｌ
ｓ
ω ——转子角频率，ｓ——转差率 ｒ
根据输入输出电量的不同，变流技术主要分为 ４ 种 类型（表 ３），牵引变流器用于实现直流与交流电量的转 换，即：牵引时将输入的直流电逆变成交流电（逆变）； 再生制动时将电机输出的交流电整流成直流电（整流）。
电力电子技术是一门新兴技术，它是由电力学、电
５６
电动汽车交流电传动系统设计
６／２００７
式中：Ｐｅ ——电机输出功率；Ｕｅ ——电机输入电压（有 效值）；Ｉｅ ——电机输入电流（有效值）；ｃｏｓ θ——功 率因数；η——电机转换效率。
表２ 各种类型电机的特点 Ｔａｂ．２ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍｏｔｏｒｓ
图 ３ 一种电动后桥布置方案 Ｆｉｇ ．３ Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂａｃｋ ａｘｌｅ
４ 电动汽车交流电传动系统
高密度、高效率、宽调速的电动汽车牵引电机及其 控制系统既是电动汽车的心脏，又是电动汽车研制的 关键技术之一， ２０世纪８０年代前，几乎所有车辆的牵引 电机均为直流电机，这是因为直流牵引电机具有起步 加速牵引力大，控制系统较简单等优点。直流电机的缺 点是有机械换向器，在高速大负载工况下，换向器表面 会产生火花，所以电机的运转不能太高。由于直流电机 的换向器需保养，又不适合高速运转，除小型车外，目 前一般已不采用。
成本
高
低
高
低于异步电机
控制器成本 低
高
高
一般
无论采用哪种交流电机，交流传动系统的组成基 本相似，即由牵引变流器、牵引电机、控制系统 ３ 部分组 成（图 ４）。
项目
工业用系统
汽车用系统
封装尺寸
空间不受限制， 布置空间有限，
可用标准封装配套 必须针对具体产品进行
的各种配件
特殊的设计
工作环境
（－ ２０ ～＋ ４０℃） 电机：（－４０ ～＋ １０５℃）