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1、第 1 頁,第3章 電動汽車電機驅動系統(tǒng),3.1 概述3.2 直流電動機3.3 無刷直流電動機3.4 異步電動機3.5 永磁同步電動機3.6 開關磁阻電動機3.7 輪轂電機,第 2 頁,3.1 概述,3.1.1 電動汽車電機驅動系統(tǒng)的組成與類型3.1.2 電動機的額定指標3.1.3 電動汽車對電動機的要求3.1.4 電動汽車電機驅動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,第 3 頁,3.1.1 電動汽車電機驅動系統(tǒng)的組成與類型,1電動汽車電機驅動系統(tǒng)的組成電機驅動系統(tǒng)是電動汽車的心臟，它由電機、功率轉化器、控制器、各種檢測傳感器和電源（蓄電池）組成，其任務是在駕駛員的控制下，高效率地將蓄電池的電量轉化為車輪的動能，或

2、者將車輪的動能反饋到蓄電池中。,第 4 頁,3.1.1 電動汽車電機驅動系統(tǒng)的組成與類型,2電動汽車電機驅動系統(tǒng)的類型電動汽車電機驅動系統(tǒng)按所選電動機的類型可分為:(1)直流電動機;(2)無刷直流電動機;(3)異步電動機;(4)永磁同步電動機;(5)開關磁阻電動機等。,第 5 頁,3.1.2 電動機的額定指標,(1) 額定功率。額定功率是指額定運行情況下軸端輸出的機械功率(W或kW)。(2) 額定電壓。額定電壓是指外加于線端的電源線電壓(V)。(3) 額定電流。額定電流是指電動機額定運行(額定電壓、額定輸出功率)情況下電樞繞組(或定子繞組)的線電流(A)。(4) 額定頻率。額定頻率是指電動機額

3、定運行情況下電樞(或定子側)的頻率(Hz)。(5) 額定轉速。額定轉速是指電動機額定運行(額定電壓、額定頻率、額定輸出功率)的情況下，電動機轉子的轉速(r/min)。,第 6 頁,3.1.3 電動汽車對電動機的要求,電動汽車在行駛過程中，經常頻繁地啟動/停車、加速/減速等，這就要求電動汽車中的電動機比一般工業(yè)應用的電動機性能更高，基本要求如下： (1) 電動機的運行特性要滿足電動汽車的要求，在恒轉矩區(qū)，要求低速運行時具有大轉矩，以滿足電動汽車起動和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉矩時具有高的速度，以滿足電動汽車在平坦的路面能夠高速行駛的要求；(2) 電動機應具有瞬時功率大、帶負載啟動性能好、過

4、載能力強，加速性能好，使用壽命長的特點；(3) 電動機應在整個運行范圍內，具有很高的效率，以提高一次充電的續(xù)駛里程；,第 7 頁,3.1.3 電動汽車對電動機的要求,(4) 電動機應能夠在汽車減速時實現(xiàn)再生制動，將能量回收并反饋給蓄電池，使得電動汽車具有最佳能量的利用率； (5) 電動機應可靠性好，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作； (6) 電動機應體積小，重量輕，一般為工業(yè)用電動機的1/21/3；(7) 電動機的結構要簡單堅固，適合批量生產，便于使用和維護；(8) 價格便宜，從而能夠減少整體電動汽車的價格，提高性價比；(9) 運行時噪聲低，減少污染。,第 8 頁,3.1.4 電動汽車電機驅動系統(tǒng)

5、的發(fā)展趨勢,（1）電機的功率密度不斷提高，永磁電機應用范圍不斷擴大。（2）電機的工作轉速不斷提高，回饋制動的高效區(qū)不斷拓寬。 （3）電驅動系統(tǒng)的集成化和一體化趨勢更加明顯。（4）電驅動系統(tǒng)的混合度與電功率比不斷增加。（5）車用電驅動控制系統(tǒng)的集成化和數字化程度不斷加大。,第 9 頁,3.2 直流電動機,3.2.1 直流電動機的分類3.2.2 直流電動機的結構與特點3.2.3 直流電動機的工作原理3.2.4 直流電動機的控制,第 10 頁,3.2.1 直流電動機的分類,直流電動機分為繞組勵磁式直流電動機和永磁式直流電動機。在電動汽車所采用的直流電動機中，小功率電動機采用的是永磁式直流電動機，大功

6、率電動機采用的是繞組勵磁式直流電動機。繞組勵磁式直流電動機根據勵磁方式的不同，可分為他勵式、并勵式、串勵式和復勵式四種類型。,第 11 頁,3.2.1 直流電動機的分類,1他勵式直流電動機他勵式直流電動機的勵磁繞組與電樞繞組無連接關系，而由其它直流電源對勵磁繞組供電。因此勵磁電流不受電樞端電壓或電樞電流的影響。永磁直流電動機也可看作他勵直流電動機。他勵直流電動機在運行過程中勵磁磁場穩(wěn)定而且容易控制，容易實現(xiàn)電動汽車的再生制動要求。但當采用永磁激勵時，雖然電動機效率高，重量和體積較小，但由于勵磁磁場固定，電動機的機械特性不理想，驅動電動機產生不了足夠大的輸出轉矩來滿足電動汽車起動和加速時的大轉矩

7、要求。,第 12 頁,3.2.1 直流電動機的分類,2并勵直流電動機并勵直流電動機的勵磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，共用同一電源，性能與他勵直流電動機基本相同。并勵繞組兩端電壓就是電樞兩端電壓，但是勵磁繞組用細導線繞成，其匝數很多，因此具有較大的電阻，使得通過它的勵磁電流較小。3串勵直流電動機串勵直流電動機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源，這種直流電動機的勵磁電流就是電樞電流。這種電動機內磁場隨著電樞電流的改變有顯著的變化。為了使勵磁繞組中不致引起大的損耗和電壓降，勵磁繞組的電阻越小越好，所以串勵直流電動機通常用較粗的導線繞成，它的匝數較少。,第 13 頁,3.2.1 直流電動機的分類,4

8、復勵直流電動機復勵直流電動機有并勵和串勵兩個勵磁繞組，電動機的磁通由兩個繞組內的勵磁電流產生。若串勵繞組產生的磁通勢與并勵繞組產生的磁通勢方向相同稱為積復勵。若兩個磁通勢方向相反，則稱為差復勵。復勵直流電動機的永磁勵磁部分采用高磁性材料釹鐵硼，運行效率高。由于電動機永磁勵磁部分有穩(wěn)定的磁場，因此用該類電動機構成驅動系統(tǒng)時易實現(xiàn)再生制動功能。同時由于電動機增加了增磁繞組，通過控制勵磁繞組的勵磁電流或勵磁磁場的大小，能克服純永磁他勵直流電動機不能產生足夠的輸出轉矩來滿足電動汽車低速或爬坡時的大轉矩要求，而電動機的重量或體積比串勵電動機的小。,第 14 頁,3.2.1 直流電動機的分類,各種勵磁方式

9、直流電動機的電路如圖所示。,第 15 頁,3.2.2 直流電動機的結構與特點,1直流電動機的結構直流電動機由定子與轉子兩大部分構成，定子和轉子之間的間隙稱為氣隙。,第 16 頁,3.2.2 直流電動機的結構與特點,2直流電動機的特點(1) 調速性能好。直流電動機可以在重負載條件下，實現(xiàn)均勻、平滑的無級調速，而且調速范圍較寬。(2) 起動力矩大。可以均勻而經濟地實現(xiàn)轉速調節(jié)，因此，凡是在重負載下起動或要求均勻調節(jié)轉速的機械，例如大型可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等，都可用直流電動機拖動。(3) 控制比較簡單。一般用斬波器控制，它具有高效率、控制靈活、重量輕、體積小、響應快等優(yōu)點。(4) 有易

10、損件。由于存在電刷、換向器等易磨損器件，所以必須進行定期維護或更換。,第 17 頁,3.2.3 直流電動機的工作原理,直流電動機的工作原理圖所示。圖中，定子有一對N、S極，電樞繞組的末端分別接到兩個換向片上，正、負電刷A和B分別與兩個換向片接觸。,第 18 頁,3.2.4 直流電動機的控制,直流電動機轉速控制方法主要有電樞調壓控制、磁場控制和電樞回路電阻控制。電樞調壓控制是指通過改變電樞的端電壓來控制電動機的轉速。這種控制只適合電動機基速以下的轉速控制，它可保持電動機的負載轉矩不變，電動機轉速近似與電樞端電壓成比例變化，所以稱為恒轉矩調速。直流電動機采用電樞調壓控制可實現(xiàn)在寬廣范圍內的連續(xù)平滑

11、的速度控制，調速比一般可達1:10，如果與磁場控制配合使用，調速比可達1:30。電樞調壓控制的調速過程：當磁通保持不變時，減小電壓，由于轉速不立即發(fā)生變化，反電動勢也暫時不變化，由于電樞電流減小了，轉矩也減小了。如果阻轉矩未變，則轉速下降。隨著轉速的降低，反電動勢減小，電樞電流和轉矩就隨著增大，直到轉矩與阻轉矩再次平衡為止，但這時轉速已經較原來降低了。,第 19 頁,3.2.4 直流電動機的控制,磁場控制是指通過調節(jié)直流電動機的勵磁電流改變每極磁通量，從而調節(jié)電動機的轉速，這種控制只適合電動機基數以上的控制。當電樞電流不變時，具有恒功率調速特性。磁場控制效率高，但調速范圍小，一般不超過1:3，

12、而且響應速度較慢。磁場控制可采用可變電阻器，也可采用可控整流電源作為勵磁電源。磁場控制的調速過程：當電壓保持恒定時，減小磁通，由于機械慣性，轉速不立即發(fā)生變化，于是反電動勢減小，電樞電流隨之增加。由于電樞電流增加的影響超過磁通減小的影響，所以轉矩也就增加。如果阻轉矩未變，則轉速上升。隨著轉速的升高，反電動勢增大，電樞電流和轉矩也隨著減小，直到轉矩和阻轉矩再次平衡為止，但這時轉速已經較原來升高了。,第 20 頁,3.2.4 直流電動機的控制,電樞回路串電阻控制是指當電動機的勵磁電流不變時，通過改變電樞回路電阻來調節(jié)電動機的轉速。這種控制方法的機械特性較軟，而且電動機運行不穩(wěn)定，一般很少應用。對于

13、小型串勵電動機，常采用電樞回路串電阻控制方式。,第 21 頁,3.3 無刷直流電動機,3.3.1 無刷直流電動機的分類3.3.2 無刷直流電動機的結構與特點3.3.3 無刷直流電動機的工作原理3.3.4 無刷直流電動機的控制,第 22 頁,3.3.1 無刷直流電動機的分類,無刷直流電動機按照工作特性，可以分為具有直流電動機特性的無刷直流電動機和具有交流電動機特性的無刷直流電動機。具有直流電動機特性的無刷直流電動機，反電動勢波形和供電電流波形都是矩形波，所以又稱為矩形波同步電動機。這類電動機由直流電源供電，借助位置傳感器來檢測主轉子的位置，由所檢測出的信號去觸發(fā)相應的電子換相線路以實現(xiàn)無接觸式換

14、相。顯然，這種無刷直流電動機具有有刷直流電動機的各種運行特性。具有交流電動機特性的無刷直流電動機，反電動勢波形和供電電流波形都是正弦波，所以又稱為正弦波同步電動機。這類電動機也由直流電源供電，但通過逆變器將直流電變換成交流電，然后去驅動一般的同步電動機。因此，它們具有同步電動機的各種運行特性。,第 23 頁,3.3.2 無刷直流電動機結構與特點,1無刷直流電動機的結構無刷直流電動機主要由電動機本體、電子換相器和轉子位置傳感器三部分組成。(1) 電動機本體。無刷直流電動機的電動機本體由定子和轉子兩部分組成。 (2) 電子換相器。電子換相器是由功率開關和位置信號處理電路構成，主要用來控制定子各繞組

15、通電的順序和時間。 (3) 位置傳感器。位置傳感器在無刷直流電動機中起著檢測轉子磁極位置的作用，為功率開關電路提供正確的換相信息，即將轉子磁極的位置信號轉換成電信號，經位置信號處理電路處理后控制定子繞組換相。,第 24 頁,3.3.2 無刷直流電動機結構與特點,無刷直流電動機實物圖。,第 25 頁,3.3.2 無刷直流電動機結構與特點,無刷直流電動機作為電動汽車用電動機，具有以下優(yōu)點：(1) 外特性好，非常符合電動汽車的負載特性，尤其是具有低速大轉矩特性，能夠提供大的起動轉矩，滿足電動汽車的加速要求；(2) 可以在低、中、高寬速度范圍內運行，而有刷電動機由于受機械換向的影響，只能在中低速下運行

16、；(3) 效率高，尤其是在輕載車況下，仍能保持較高的效率，這對珍貴的電池能量是很重要的；(4) 過載能力強，比Y系列電動機可提高過載能力2倍以上，滿足電動汽車的突起堵轉需要；,第 26 頁,3.3.2 無刷直流電動機結構與特點,(5) 再生制動效果好，因無刷直流電動機轉子具有很高的永久磁場，在汽車下坡或制動時電動機可完全進入發(fā)電機狀態(tài)，給電池充電，同時起到電制動作用，減輕機械剎車負擔；(6) 體積小、重量輕、比功率大，可有效地減輕重量、節(jié)省空間；(7) 無機械換向器，采用全封閉式結構，防止塵土進入電動機內部，可靠性高；(8) 控制系統(tǒng)比異步電動機簡單。缺點是電動機本身比交流電動機復雜，控制器比有刷直流電動機復雜。,第 27 頁,3.3.3 無刷直流電動機的工作原理,無刷直流電動機的工作原理與有刷直流電動機的工作原理基本相同。它是利用電動機轉子位置傳感器輸出信號控制電子換向線路去驅動逆變器的功率開關器件，使電樞繞組依次饋電，從而在定子上產生跳躍式的旋轉磁場，拖動電動機轉子旋轉。同時，隨著電動機轉子的轉動，轉子位置傳感器又不斷送出位置信號，以不斷的改變電樞繞組的通電狀態(tài)，使得在某一磁極下導