电动汽车电机驱动系统概述
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
❖(2) 电动机应具有瞬时功率大、带负载启动性能好、过载能 力强，加速性能好，使用寿命长的特点；
❖(3) 电动机应在整个运行范围内，具有很高的效率，以提高 一次充电的续驶里程；
第5页
❖(4) 电动机应能够在汽车减速时实现再生制动，将能量回收 并反馈给蓄电池，使得电动汽车具有最佳能量的利用率； (5) 电动机应可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作； (6) 电动机应体积小，重量轻，一般为工业用电动机的1/2~1/3； ❖(7) 电动机的结构要简单坚固，适合批量生产，便于使用和 维护； ❖(8) 价格便宜，从而能够减少整体电动汽车的价格，提高性 价比； ❖(9) 运行时噪声低，减少污染。
第2页
❖2．电动汽车电机驱动系统的类型 ❖电动汽车电机驱动系统按所选电动机的类型可分为: ❖(1)直流电动机; ❖(2)无刷直流电动机; ❖(3)异步电动机; ❖(4)永磁同步电动机; ❖(5)开关磁阻电动机等。
第3页
❖(1) 额定功率。额定功率是指额定运行情况下轴端输出的机 械功率(W或kW)。 ❖(2) 额定电压。额定电压是指外加于线端的电源线电压(V)。 ❖(3) 额定电流。额定电流是指电动机额定运行(额定电压、额 定输出功率)情况下电枢绕组(或定子绕组)的线电流(A)。 ❖(4) 额定频率。额定频率是指电动机额定运行情况下电枢(或 定子侧)的频率(Hz)。 ❖(5) 额定转速。额定转速是指电动机额定运行(额定电压、额 定频率、额定输出功率)的情况下，电动机转子的转速(r/min)。
❖ 3.1.1 电动汽车电机驱动系统的组成与类型 ❖ 3.1.2 电动机的额定指标 ❖ 3.1.3 电动汽车对电动机的要求 ❖ 3.1.4 电动汽车电机驱动系统的发展趋势
第1页
❖1．电动汽车电机驱动系统的组成 ❖电机驱动系统是电动汽车的心脏，它由电机、功率转化器、 控制器、各种检测传感器和电源（蓄电池）组成，其任务是 在驾驶员的控制下，高效率地将蓄电池的电量转化为车轮的 动能，或者将车轮的动能反馈到蓄电池中。
第 11 页
❖4．复励直流电动机
❖复励直流电动机有并励和串励两个励磁绕组，电动机的磁通 由两个绕组内的励磁电流产生。若串励绕组产生的磁通势与 并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若两个磁通势 方向相反，则称为差复励。
❖复励直流电动机的永磁励磁部分采用高磁性材料钕铁硼，运 行效率高。由于电动机永磁励磁部分有稳定的磁场，因此用 该类电动机构成驱动系统时易实现再生制动功能。同时由于 电动机增加了增磁绕组，通过控制励磁绕组的励磁电流或励 磁磁场的大小，能克服纯永磁他励直流电动机不能产生足够 的输出转矩来满足电动汽车低速或爬坡时的大转矩要求，而 电动机的重量或体积比串励电动机的小。
第6页
❖（1）电机的功率密度不断提高，永磁电机应用范围不断扩 大。 ❖（2）电机的工作转速不断提高，回馈制动的高效区不断拓 宽。 ❖（3）电驱动系统的集成化和一体化趋势更加明显。 ❖（4）电驱动系统的混合度与电功率比不断增加。 ❖（5）车用电驱动控制系统的集成化和数字化程度不断加大。
第7页
❖3.2.1 直流电动机的分类 ❖3.2.2 直流电动机的结构与特点 ❖3.2.3 直流电动机的工作原理 ❖3.2.4 直流电动机的控制
第8页
❖直流电动机分为绕组励磁式直流电动机和永磁式直流电动机。 在电动汽车所采用的直流电动机中，小功率电动机采用的是 永磁式直流电动机，大功率电动机采用的是绕组励磁式直流 电动机。 ❖绕组励磁式直流电动机根据励磁方式的不同，可分为他励式、 并励式、串励式和复励式四种类型。
第9页
❖1．他励式直流电动机 ❖他励式直流电动机的励磁绕组与电枢绕组无连接关系，而由 其它直流电源对励磁绕组供电。因此励磁电流不受电枢端电 压或电枢电流的影响。永磁直流电动机也可看作他励直流电 动机。 ❖他励直流电动机在运行过程中励磁磁场稳定而且容易控制， 容易实现电动汽车的再生制动要求。但当采用永磁激励时， 虽然电动机效率高，重量和体积较小，但由于励磁磁场固定， 电动机的机械特性不理想，驱动电动机产生不了足够大的输 出转矩来满足电动汽车起动和加速时的大转矩要求。
第4页
ຫໍສະໝຸດ Baidu
❖电动汽车在行驶过程中，经常频繁地启动/停车、加速/减速 等，这就要求电动汽车中的电动机比一般工业应用的电动机 性能更高，基本要求如下：
❖ (1) 电动机的运行特性要满足电动汽车的要求，在恒转矩区， 要求低速运行时具有大转矩，以满足电动汽车起动和爬坡的 要求；在恒功率区，要求低转矩时具有高的速度，以满足电 动汽车在平坦的路面能够高速行驶的要求；
第 12 页
❖各种励磁方式直流电动机的电路如图所示。
第 13 页
❖1．直流电动机的结构 ❖直流电动机由定子与转子两大部分构成，定子和转子之间的 间隙称为气隙。
第 14 页
❖2．直流电动机的特点 ❖(1) 调速性能好。直流电动机可以在重负载条件下，实现均 匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。
❖(2) 起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节，因此， 凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型 可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都可用直流电动 机拖动。
❖(3) 控制比较简单。一般用斩波器控制，它具有高效率、控 制灵活、重量轻、体积小、响应快等优点。
❖(4) 有易损件。由于存在电刷、换向器等易磨损器件，所以 必须进行定期维护或更换。
第 10 页
❖2．并励直流电动机 ❖并励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组相并联，共用同一电 源，性能与他励直流电动机基本相同。并励绕组两端电压就 是电枢两端电压，但是励磁绕组用细导线绕成，其匝数很多， 因此具有较大的电阻，使得通过它的励磁电流较小。 ❖3．串励直流电动机 ❖串励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流 电源，这种直流电动机的励磁电流就是电枢电流。这种电动 机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。为了使励磁绕 组中不致引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好， 所以串励直流电动机通常用较粗的导线绕成，它的匝数较少。
❖(3) 电动机应在整个运行范围内，具有很高的效率，以提高 一次充电的续驶里程；
第5页
❖(4) 电动机应能够在汽车减速时实现再生制动，将能量回收 并反馈给蓄电池，使得电动汽车具有最佳能量的利用率； (5) 电动机应可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作； (6) 电动机应体积小，重量轻，一般为工业用电动机的1/2~1/3； ❖(7) 电动机的结构要简单坚固，适合批量生产，便于使用和 维护； ❖(8) 价格便宜，从而能够减少整体电动汽车的价格，提高性 价比； ❖(9) 运行时噪声低，减少污染。
第2页
❖2．电动汽车电机驱动系统的类型 ❖电动汽车电机驱动系统按所选电动机的类型可分为: ❖(1)直流电动机; ❖(2)无刷直流电动机; ❖(3)异步电动机; ❖(4)永磁同步电动机; ❖(5)开关磁阻电动机等。
第3页
❖(1) 额定功率。额定功率是指额定运行情况下轴端输出的机 械功率(W或kW)。 ❖(2) 额定电压。额定电压是指外加于线端的电源线电压(V)。 ❖(3) 额定电流。额定电流是指电动机额定运行(额定电压、额 定输出功率)情况下电枢绕组(或定子绕组)的线电流(A)。 ❖(4) 额定频率。额定频率是指电动机额定运行情况下电枢(或 定子侧)的频率(Hz)。 ❖(5) 额定转速。额定转速是指电动机额定运行(额定电压、额 定频率、额定输出功率)的情况下，电动机转子的转速(r/min)。
❖ 3.1.1 电动汽车电机驱动系统的组成与类型 ❖ 3.1.2 电动机的额定指标 ❖ 3.1.3 电动汽车对电动机的要求 ❖ 3.1.4 电动汽车电机驱动系统的发展趋势
第1页
❖1．电动汽车电机驱动系统的组成 ❖电机驱动系统是电动汽车的心脏，它由电机、功率转化器、 控制器、各种检测传感器和电源（蓄电池）组成，其任务是 在驾驶员的控制下，高效率地将蓄电池的电量转化为车轮的 动能，或者将车轮的动能反馈到蓄电池中。
第 11 页
❖4．复励直流电动机
❖复励直流电动机有并励和串励两个励磁绕组，电动机的磁通 由两个绕组内的励磁电流产生。若串励绕组产生的磁通势与 并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若两个磁通势 方向相反，则称为差复励。
❖复励直流电动机的永磁励磁部分采用高磁性材料钕铁硼，运 行效率高。由于电动机永磁励磁部分有稳定的磁场，因此用 该类电动机构成驱动系统时易实现再生制动功能。同时由于 电动机增加了增磁绕组，通过控制励磁绕组的励磁电流或励 磁磁场的大小，能克服纯永磁他励直流电动机不能产生足够 的输出转矩来满足电动汽车低速或爬坡时的大转矩要求，而 电动机的重量或体积比串励电动机的小。
第6页
❖（1）电机的功率密度不断提高，永磁电机应用范围不断扩 大。 ❖（2）电机的工作转速不断提高，回馈制动的高效区不断拓 宽。 ❖（3）电驱动系统的集成化和一体化趋势更加明显。 ❖（4）电驱动系统的混合度与电功率比不断增加。 ❖（5）车用电驱动控制系统的集成化和数字化程度不断加大。
第7页
❖3.2.1 直流电动机的分类 ❖3.2.2 直流电动机的结构与特点 ❖3.2.3 直流电动机的工作原理 ❖3.2.4 直流电动机的控制
第8页
❖直流电动机分为绕组励磁式直流电动机和永磁式直流电动机。 在电动汽车所采用的直流电动机中，小功率电动机采用的是 永磁式直流电动机，大功率电动机采用的是绕组励磁式直流 电动机。 ❖绕组励磁式直流电动机根据励磁方式的不同，可分为他励式、 并励式、串励式和复励式四种类型。
第9页
❖1．他励式直流电动机 ❖他励式直流电动机的励磁绕组与电枢绕组无连接关系，而由 其它直流电源对励磁绕组供电。因此励磁电流不受电枢端电 压或电枢电流的影响。永磁直流电动机也可看作他励直流电 动机。 ❖他励直流电动机在运行过程中励磁磁场稳定而且容易控制， 容易实现电动汽车的再生制动要求。但当采用永磁激励时， 虽然电动机效率高，重量和体积较小，但由于励磁磁场固定， 电动机的机械特性不理想，驱动电动机产生不了足够大的输 出转矩来满足电动汽车起动和加速时的大转矩要求。
第4页
ຫໍສະໝຸດ Baidu
❖电动汽车在行驶过程中，经常频繁地启动/停车、加速/减速 等，这就要求电动汽车中的电动机比一般工业应用的电动机 性能更高，基本要求如下：
❖ (1) 电动机的运行特性要满足电动汽车的要求，在恒转矩区， 要求低速运行时具有大转矩，以满足电动汽车起动和爬坡的 要求；在恒功率区，要求低转矩时具有高的速度，以满足电 动汽车在平坦的路面能够高速行驶的要求；
第 12 页
❖各种励磁方式直流电动机的电路如图所示。
第 13 页
❖1．直流电动机的结构 ❖直流电动机由定子与转子两大部分构成，定子和转子之间的 间隙称为气隙。
第 14 页
❖2．直流电动机的特点 ❖(1) 调速性能好。直流电动机可以在重负载条件下，实现均 匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。
❖(2) 起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节，因此， 凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型 可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都可用直流电动 机拖动。
❖(3) 控制比较简单。一般用斩波器控制，它具有高效率、控 制灵活、重量轻、体积小、响应快等优点。
❖(4) 有易损件。由于存在电刷、换向器等易磨损器件，所以 必须进行定期维护或更换。
第 10 页
❖2．并励直流电动机 ❖并励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组相并联，共用同一电 源，性能与他励直流电动机基本相同。并励绕组两端电压就 是电枢两端电压，但是励磁绕组用细导线绕成，其匝数很多， 因此具有较大的电阻，使得通过它的励磁电流较小。 ❖3．串励直流电动机 ❖串励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流 电源，这种直流电动机的励磁电流就是电枢电流。这种电动 机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。为了使励磁绕 组中不致引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好， 所以串励直流电动机通常用较粗的导线绕成，它的匝数较少。