新能源汽车3电动汽车动力驱动系统

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5.5 开关磁阻电动机的应用实例
东风混合动力城市公交车采用自主 开发的 11m 东风混合动力电动城市客车
专用底盘，驱动系统装载康明斯电控柴油
发动机，风冷式开关磁阻电动机和高性能 镍氢电池作为辅助动力，以并联方式参与
驱动；具备停车断油和制动能量回馈功能；
用户在使用过程中不需外接电源对车辆进 行充电，整车动力性能相当，减少温室气 体排放30%，降低燃油消耗30%。
矢量控制
直接转矩控制 调速控制方法 转速控制 变频恒压控制 自适应控制 效率优化控制
的综合控制。
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3.5 三相异步交流电动机的应用实例
山东中文沂星电动汽车有 限公司的中文牌纯电动客车， 电池使用的是磷酸铁锂电池，
其容量为 200A· h ，电池总电压
为 576V ， 3h 快速充电，额定载 客 88 人，一次充电续航里程高 达 371.9 km ， 百 千 米 能 耗 64.8 kW•h ， 0 ～ 50 km 加 速 时 间 为 13.2 s。
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第三章电动汽车电机驱动系统
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概 述
直流电动机
三相异步交流电动机 永磁同步电动机 开关磁阻电动机 轮毂电动机
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电动机模块常见故障及排除方法
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第四节 永磁同步交流电动机
4.1 永磁同步电动机的结构
根据永磁体在转子上位置的不同分类
按永磁体磁化方向的不同可分为径向式、切向式和混合式三种
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电动机模块常见故障及排除方法
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第二节 直流电动机
2.1 直流电动机的分类
绕组励磁式直 流电动机 直流电动机 永磁式直流电 动机 按照励磁方式分类 小功率电动机 大功率电动机
他励电动机
励磁电流是由独立 的直流电源供给， 仅取决于励磁电源 的电压和励磁回路 的电阻，与电枢端 电压无关。
控制简单
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有易损件
2.4 电动汽车用直流电动机
3）电动汽车用直流电动机的要求
抗振动性 免维护性 对环境的适应性
小型、轻量化
抗负荷波动性
低损耗性
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2.4 电动汽车用直流电动机
4）直流电动机的应用
电动汽车用直流电动机主要是他励式直流电动机（包括永磁直流
电动机）、串励式直流电动机、复励式直流电动机三种类型。 应用直流电动机 类型 小型高效的永磁 式直流电动机 他励、串励或复 励式直流电动机 串励式直流电动 机
n1 n s n1
式中， s——转差率；n1——定子旋转磁场的同步转速；n——转子转速。
三相异步交流电动机运行时，转差率s的取值范围为0<s<l。在额定负载 条件下运行时，一般额定转差率s为0.01～0.06。
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3.3 电动汽车用异步交流电动机的性能特点
性能特点 • 小型轻量化。 • 易实现转速超过1 000 r/min的高速旋转。 • 高速低转矩时运转效率 高。
三相异步交流电动机的转子转 速不等于定子旋转磁场的同步转速， 这是三相异步交流电动机的主要特点。
三相异步电动机的工作原理
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3.2 三相异步交流电动机的工作原理
转子转速与定子磁场的同步转速之间存在转速差，它的大小决定着转 子电动势及其频率的大小，直接影响三相异步交流电动机的工作状态。 通常将转速差与同步转速的比值用转差率表示，即
转矩公式
U Ra I a n Ce
调速方法
调节电枢端电压（U）
改变励磁回路电阻调速（调 节励磁电流改变主磁通 Φ）
1．旋转变流机组
可控直流电源
2．静止可控整流器
3．直流斩波器或脉宽调制转换器
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第三章电动汽车电机驱动系统
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概 述
直流电动机
三相异步交流电动机 永磁同步电动机 开关磁阻电动机 轮毂电动机
直流电动机的工作原理
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2.4 电动汽车用直流电动机
1）直流电动机的驱动特性
恒转矩区
N＞nb
在高速恒功率区，电枢电 压不变，改变励磁电流或 弱磁来控制转矩。 励磁电流保持不变，改变 电枢电压来控制转矩。
恒功率区
N＜nb
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2.4 电动汽车用直流电动机
2）直流电动机的特点
调速性能好
1
启动转矩大
2
直流电动 机的特点
要求 • 具有很高的 效率 • 应可靠性好 • 应体积小、 质量轻
要求 • 结构要简 单坚固 • 应价格便 宜 • 运行时应 噪声低， 减少污染
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1.3 电动汽车驱动电动机的种类
现代电动汽车所采用的各种电动机
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第三章电动汽车电机驱动系统
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概 述
直流电动机
三相异步交流电动机 永磁同步电动机 开关磁阻电动机 轮毂电动机
并励电动机
励磁绕 组与电 枢 绕组并 联 ，励 磁 电流与 励磁回 路 的电阻 有关 ， 还 受电枢 端电压 的 影响。
串励直流电动机
励磁绕组与电 枢绕组串联。
复励电动机
磁极上有两个励 磁绕组，一个与 电枢绕组并联， 另一个与电枢绕 组串联。
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2.2 直流电动机的构造
定子和转子之间的间隙称为气隙。
Hale Waihona Puke 254.2永磁同步电动机的应用实例
长城汽车最新电动车产品哈弗
M3纯电动汽车采用永磁同步电机，
最 大 功 率 55 kW ， 最 大 转 矩 150 N•m，最高时速可以达到130 km， 最高续航里程为160 km。
北汽集团 BE701 ，采用永磁同步电机进 行驱动，电机额定电压为336 V，最高功率为 110 kW，最高转矩为300 N·m。千米加速为
内置式永 磁同步电 动机 （a）径向式（b）切向式 外置式永 磁同步电 动机 （a）面贴式 （b）插入式
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（c）混合式
根据永磁体是否嵌入转子铁芯中可分为面贴式和插入式两种
4.2 永磁同步电动机的性能特点
优点 ������
• 功率因数大 • 效率高 • 功率密度大
缺点 ☹
• 电磁结构中转子励磁不能 随意改变，导致电动机弱 磁困难
机座
主磁极 定子部分 换相极 电枢装置 直流电动 机 端盖 电枢铁芯 转子部分 电枢绕组 换向器
1—风扇； 2—机座； 3—电枢； 4—主磁极； 5—电刷架； 6— 换向器；7—接线板；8—出线 盒；9—换向磁极；10—端盖
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2.3 直流电动机的工作原理
通过电刷与换向器，使得处于N极下的线圈边内的电流总是从电 刷向线圈流入，而处于S极下的线圈边内的电流总是从线圈向电刷流 出，从而使线圈总是获得逆时针转动的转矩，而保持转动方向不变。
一般使电动机的开通角和关断角 保持不变，而主要靠控制斩波电 流限的大小来调节电流的峰值， 从而调节电动机转矩和转速。实 现方式有2种： •限制电流上、下幅值的控制 •电流上限和关断时间恒定的控 制
电压控制法（VC）
某相绕组导通阶段，在主开关
的控制信号中加入 PWM 信号
，通过调节占空比来调节绕组 端电压的大小，从而改变相电 流值。
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5.3 开关磁阻电动机的性能特点
设计和控制较复杂 开关磁阻电动机设计和控制要求非常精细
噪声较大
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5.4 开关磁阻电动机的控制方法
角度控制法（APC）
电压保持不变而对开通角和关 断角进行控制，通过对它们的 控制来改变电流波形以及电流 波形与绕组电感波形的相对位 置。
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电流斩波控制法（CCC）
永磁同步电动机理论还不如直流电动机和异步电动机完善，还有许 多问题需要进一步研究，主要有以下两方面。
电动机效率 电动机的弱磁能力
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4.3 永磁同步电动机的控制
矢量控制（磁场定向控制）
控制原理是：以转子磁链旋转空间矢量 为参考坐标，将定子电流分解为相互正
恒压频比开环控制
控制变量为电压和频率。控制系统 将参考电压和频率输入实现控制策 略的调整，最后由逆变器产生一个
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电动机模块常见故障及排除方法
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第一节 概述
1.1 电动汽车电机驱动系统的组成及功能
电机驱动系统是新能源汽车车辆行驶中的主要执行结构，其驱动特 性决定了汽车行驶的主要性能指标。
电动机驱动系统的组成框图
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1.2 电动汽车对电动机的要求
要求 • 在恒转矩区，要求低速运行时具有 大转矩；在恒功率区，要求低转矩 时具有高的速度。 • 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。 • 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
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第五节 开关磁阻电动机
5.1 开关磁阻电动机系统的组成
开关磁阻电动机 驱动系统
开关磁阻 电动机
功率转换 器
传感器
控制器
开关磁阻电动机驱动系统的构成
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5.2 开关磁阻电动机的结构与工作原理
开关磁阻电动机由双凸极的定子和转子组成，其定子和转子的凸极均 由普通的硅钢片叠压而成。转子上既无绕组也无永磁体，一般装有位置检 测器；定子上绕有集中绕组，径向相对的两个绕组串联构成一相绕组。 根据相数和定子、转子极数的配比，开关磁阻电动机可以设计成不 同的结构
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电动机模块常见故障及排除方法
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第三节 三相异步交流电动机
3.1 三相异步交流电动机的结构
异步交流电动机 定子部分 机座 定子铁芯 转子部分 转子铁芯 端盖 轴承 机座 风扇 风罩
接线盒
吊环
转子绕组
定子绕组
三相异步电动机的主要结构部件
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3.2 三相异步交流电动机的工作原理
三相定子绕组通入三相交流电后将产生一个旋转磁场，该旋转磁场 切割转子绕组从而在转子绕组中产生感应电动势，电动势的方向由右手 定则来确定。由于转子绕组是闭合通路，转子中便有电流产生，电流方 向与电动势方向相同，而载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生 电磁力，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩， 驱动电动机旋转，并且电动机旋转方向与旋转磁场方向相同。
（a）6/4极
（b）8/6极
（c）12/8极
开关磁阻电动机的基本结构
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5.2 开关磁阻电动机的结构与工作原理
左图为四相8/6极开关磁阻电动机，图中仅画出其中一相绕组（A相） 的连接情况。由于定子、转子均为凸极结构，故每相绕组的电感i随转子的 位置改变而改变，如右图所示。
四相8/6极开关磁阻电动机
15 s左右，可使用民用220 V电源进行充电，
完全充电时间为10 h，而快速充电只需1 h左 右，在充满电后最远续航行驶距离为160 km。 26
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三相异步交流电动机 永磁同步电动机 开关磁阻电动机 轮毂电动机
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相电感、转矩与转子位置的关系曲线
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5.3 开关磁阻电动机的性能特点
调速范围宽、控制灵活 制造和维护方便 运转效率高
可四象限运行，具有较强的再生制动能力。
结构简单、成本低、制造工艺简单。 转矩方向与电流方向无关，从而减少功率转换器的开关器件数，降低
了成本。
损耗小。 可控参数多、调速性能好。 结构简单、成本低、制造工艺简单。
性能特点 • 低速时有高转矩，以及 有宽泛的速度控制范围。 • 可靠性高（坚固）。 • 制造成本低。 • 控制装置简单化。
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3.4 三相异步交流电动机的控制方法
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）分别 加以控制，并同时控制两分量间 的幅值和相位 以转矩为中心来进行磁链、转矩
应用功率 小功率（小于10 kW） 中等功率（10～100 kW）
具体应用 电动自行车、高尔夫球车、电 动叉车、警用巡逻车 结构简单、转矩较大的电动货 车 要求低速、高转矩的大型专用 电动汽车上，如电动矿石搬运 车、电动玻璃搬运车等。
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大功率（大于100 kW）
2.5 直流电动机的调速方法
电枢回路串电阻 （改变电枢回路总电阻Ra ）
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三相异步交流电动机 永磁同步电动机 开关磁阻电动机 轮毂电动机
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交的两个分量，一个与磁链同方向，代 表定子电流励磁分量，另一个与磁链方 向正交，代表定子电流转矩分量，分别 对其进行控制特性。
交变的正弦电压施加在电动机的定
子绕组上，使之运行在指定的电压 和参考频率下。
直接转矩控制
转矩取代电流成为受控对象，电压矢 量则是控制系统里唯一的输入，直接 控制转矩和磁链的增加或减小，
新能源汽车技术
第三章电动汽车电机驱动系统
本章目标
1、熟悉电动汽车电机驱动系统的组成、功能及种类
2、掌握电动汽车对电动机的要求
3、掌握异步电动机、永磁同步电动机、开关磁阻电动机、轮毂电 动机的结构和工作原理
4、熟悉电动机模块的常见故障及排除方法
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三相异步交流电动机 永磁同步电动机 开关磁阻电动机 轮毂电动机