第4章電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

1、4.1 4.1 概述概述4.2 4.2 直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)4.3 4.3 無刷直流電動(dòng)機(jī)無刷直流電動(dòng)機(jī)4.4 4.4 異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)4.5 4.5 永磁同步電動(dòng)機(jī)永磁同步電動(dòng)機(jī)4.6 4.6 開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)4.7 4.7 輪轂電機(jī)輪轂電機(jī)4.1.1 4.1.1 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成與類型電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成與類型4.1.2 4.1.2 電動(dòng)機(jī)的額定指標(biāo)電動(dòng)機(jī)的額定指標(biāo)4.1.3 4.1.3 電動(dòng)汽車對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求電動(dòng)汽車對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求4.1.4 4.1.4 電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 1 1電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成電動(dòng)汽車電

2、機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組成電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的心臟，它由電機(jī)、功率轉(zhuǎn)化器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是電動(dòng)汽車的心臟，它由電機(jī)、功率轉(zhuǎn)化器、控制器、各種檢測(cè)傳感器和電源（蓄電池）組成，其任務(wù)是控制器、各種檢測(cè)傳感器和電源（蓄電池）組成，其任務(wù)是在駕駛員的控制下，高效率地將蓄電池的電量轉(zhuǎn)化為車輪的在駕駛員的控制下，高效率地將蓄電池的電量轉(zhuǎn)化為車輪的動(dòng)能，或者將車輪的動(dòng)能反饋到蓄電池中。動(dòng)能，或者將車輪的動(dòng)能反饋到蓄電池中。 2 2電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的類型電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按所選電動(dòng)機(jī)的類型可分為電動(dòng)汽車電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按所選電動(dòng)機(jī)的類型可分為: :(1)(1)直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī); ;(2

3、)(2)無刷直流電動(dòng)機(jī)無刷直流電動(dòng)機(jī); ;(3)(3)異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī); ;(4)(4)永磁同步電動(dòng)機(jī)永磁同步電動(dòng)機(jī); ;(5)(5)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等。開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等。(1) (1) 額定功率。額定功率是指額定運(yùn)行情況下軸端輸出的機(jī)額定功率。額定功率是指額定運(yùn)行情況下軸端輸出的機(jī)械功率械功率(W(W或或kW)kW)。(2) (2) 額定電壓。額定電壓是指外加于線端的電源線電壓額定電壓。額定電壓是指外加于線端的電源線電壓(V)(V)。(3) (3) 額定電流。額定電流是指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行額定電流。額定電流是指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行( (額定電壓、額定電壓、額定輸出功率額定輸出功率) )情況下電樞繞組

4、情況下電樞繞組( (或定子繞組或定子繞組) )的線電流的線電流(A)(A)。(4) (4) 額定頻率。額定頻率是指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行情況下電樞額定頻率。額定頻率是指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行情況下電樞( (或定子側(cè)或定子側(cè)) )的頻率的頻率(Hz)(Hz)。(5) (5) 額定轉(zhuǎn)速。額定轉(zhuǎn)速是指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行額定轉(zhuǎn)速。額定轉(zhuǎn)速是指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行( (額定電壓、額定電壓、額定頻率、額定輸出功率額定頻率、額定輸出功率) )的情況下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的情況下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(r/min)(r/min)。電動(dòng)汽車在行駛過程中，經(jīng)常頻繁地啟動(dòng)電動(dòng)汽車在行駛過程中，經(jīng)常頻繁地啟動(dòng)/ /停車、加速停車、加速/ /減速減速

5、等，這就要求電動(dòng)汽車中的電動(dòng)機(jī)比一般工業(yè)應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)等，這就要求電動(dòng)汽車中的電動(dòng)機(jī)比一般工業(yè)應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)性能更高，基本要求如下：性能更高，基本要求如下： (1) (1) 電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性要滿足電動(dòng)汽車的要求，在恒轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性要滿足電動(dòng)汽車的要求，在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運(yùn)行時(shí)具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足電動(dòng)汽車起動(dòng)和爬區(qū)，要求低速運(yùn)行時(shí)具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足電動(dòng)汽車起動(dòng)和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時(shí)具有高的速度，以滿坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時(shí)具有高的速度，以滿足電動(dòng)汽車在平坦的路面能夠高速行駛的要求；足電動(dòng)汽車在平坦的路面能夠高速行駛的要求；(2) (2) 電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有瞬時(shí)功率大、帶負(fù)載

6、啟動(dòng)性能好、過載能電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有瞬時(shí)功率大、帶負(fù)載啟動(dòng)性能好、過載能力強(qiáng)，加速性能好，使用壽命長的特點(diǎn)；力強(qiáng)，加速性能好，使用壽命長的特點(diǎn)；(3) (3) 電動(dòng)機(jī)應(yīng)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，具有很高的效率，以提高電動(dòng)機(jī)應(yīng)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，具有很高的效率，以提高一次充電的續(xù)駛里程；一次充電的續(xù)駛里程；(4) (4) 電動(dòng)機(jī)應(yīng)能夠在汽車減速時(shí)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，將能量回收電動(dòng)機(jī)應(yīng)能夠在汽車減速時(shí)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，將能量回收并反饋給蓄電池，使得電動(dòng)汽車具有最佳能量的利用率；并反饋給蓄電池，使得電動(dòng)汽車具有最佳能量的利用率； (5) (5) 電動(dòng)機(jī)應(yīng)可靠性好，能夠在較惡劣的環(huán)境下長期工作；電動(dòng)機(jī)應(yīng)可靠性好，能夠在較惡劣的

7、環(huán)境下長期工作； (6) (6) 電動(dòng)機(jī)應(yīng)體積小，重量輕，一般為工業(yè)用電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)應(yīng)體積小，重量輕，一般為工業(yè)用電動(dòng)機(jī)的1/21/31/21/3；(7) (7) 電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單堅(jiān)固，適合批量生產(chǎn)，便于使用和電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單堅(jiān)固，適合批量生產(chǎn)，便于使用和維護(hù)；維護(hù)；(8) (8) 價(jià)格便宜，從而能夠減少整體電動(dòng)汽車的價(jià)格，提高性價(jià)格便宜，從而能夠減少整體電動(dòng)汽車的價(jià)格，提高性價(jià)比；價(jià)比；(9) (9) 運(yùn)行時(shí)噪聲低，減少污染。運(yùn)行時(shí)噪聲低，減少污染。（1 1）電機(jī)的功率密度不斷提高，永磁電機(jī)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)）電機(jī)的功率密度不斷提高，永磁電機(jī)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。大。（2 2）電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速不斷

8、提高，回饋制動(dòng)的高效區(qū)不斷拓）電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速不斷提高，回饋制動(dòng)的高效區(qū)不斷拓寬。寬。 （3 3）電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成化和一體化趨勢(shì)更加明顯。）電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的集成化和一體化趨勢(shì)更加明顯。（4 4）電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的混合度與電功率比不斷增加。）電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的混合度與電功率比不斷增加。（5 5）車用電驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的集成化和數(shù)字化程度不斷加大。）車用電驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的集成化和數(shù)字化程度不斷加大。4.2.1 4.2.1 直流電動(dòng)機(jī)的分類直流電動(dòng)機(jī)的分類4.2.2 4.2.2 直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)4.2.3 4.2.3 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理4.2.4 4.2.4 直流電動(dòng)機(jī)的控

9、制直流電動(dòng)機(jī)的控制直流電動(dòng)機(jī)分為繞組勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)和永磁式直流電動(dòng)機(jī)。直流電動(dòng)機(jī)分為繞組勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)和永磁式直流電動(dòng)機(jī)。在電動(dòng)汽車所采用的直流電動(dòng)機(jī)中，小功率電動(dòng)機(jī)采用的是在電動(dòng)汽車所采用的直流電動(dòng)機(jī)中，小功率電動(dòng)機(jī)采用的是永磁式直流電動(dòng)機(jī)，大功率電動(dòng)機(jī)采用的是繞組勵(lì)磁式直流永磁式直流電動(dòng)機(jī)，大功率電動(dòng)機(jī)采用的是繞組勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)。繞組勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，可分為他勵(lì)式、繞組勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，可分為他勵(lì)式、并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式四種類型。并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式四種類型。1 1他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組無連

10、接關(guān)系，而由他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組無連接關(guān)系，而由其它直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電。因此勵(lì)磁電流不受電樞端電其它直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電。因此勵(lì)磁電流不受電樞端電壓或電樞電流的影響。永磁直流電動(dòng)機(jī)也可看作他勵(lì)直流電壓或電樞電流的影響。永磁直流電動(dòng)機(jī)也可看作他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。動(dòng)機(jī)。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中勵(lì)磁磁場(chǎng)穩(wěn)定而且容易控制，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中勵(lì)磁磁場(chǎng)穩(wěn)定而且容易控制，容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)要求。但當(dāng)采用永磁激勵(lì)時(shí)，容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)要求。但當(dāng)采用永磁激勵(lì)時(shí)，雖然電動(dòng)機(jī)效率高，重量和體積較小，但由于勵(lì)磁磁場(chǎng)固定，雖然電動(dòng)機(jī)效率高，重量和體積較小，但由于勵(lì)磁磁場(chǎng)固定，

11、電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性不理想，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不了足夠大的輸電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性不理想，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生不了足夠大的輸出轉(zhuǎn)矩來滿足電動(dòng)汽車起動(dòng)和加速時(shí)的大轉(zhuǎn)矩要求。出轉(zhuǎn)矩來滿足電動(dòng)汽車起動(dòng)和加速時(shí)的大轉(zhuǎn)矩要求。2 2并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，共用同一電并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，共用同一電源，性能與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)基本相同。并勵(lì)繞組兩端電壓就源，性能與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)基本相同。并勵(lì)繞組兩端電壓就是電樞兩端電壓，但是勵(lì)磁繞組用細(xì)導(dǎo)線繞成，其匝數(shù)很多，是電樞兩端電壓，但是勵(lì)磁繞組用細(xì)導(dǎo)線繞成，其匝數(shù)很多，因此具有較大的電阻，使得通過它的勵(lì)磁電流較小。因此具有

12、較大的電阻，使得通過它的勵(lì)磁電流較小。3 3串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)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(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流就是電樞電流。這種電動(dòng)電源，這種直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流就是電樞電流。這種電動(dòng)機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)隨著電樞電流的改變有顯著的變化。為了使勵(lì)磁繞機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)隨著電樞電流的改變有顯著的變化。為了使勵(lì)磁繞組中不致引起大的損耗和電壓降，勵(lì)磁繞組的電阻越小越好，組中不致引起大的損耗和電壓降，勵(lì)磁繞組的電阻越小越好，所以串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)通常用較粗的導(dǎo)線繞成，它的匝數(shù)較少。所以串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)通常用較粗的導(dǎo)線繞成，它的匝數(shù)較少。

13、4 4復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組，電動(dòng)機(jī)的磁通復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組，電動(dòng)機(jī)的磁通由兩個(gè)繞組內(nèi)的勵(lì)磁電流產(chǎn)生。若串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)與由兩個(gè)繞組內(nèi)的勵(lì)磁電流產(chǎn)生。若串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)與并勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)方向相同稱為積復(fù)勵(lì)。若兩個(gè)磁通勢(shì)并勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)方向相同稱為積復(fù)勵(lì)。若兩個(gè)磁通勢(shì)方向相反，則稱為差復(fù)勵(lì)。方向相反，則稱為差復(fù)勵(lì)。復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的永磁勵(lì)磁部分采用高磁性材料釹鐵硼，運(yùn)復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的永磁勵(lì)磁部分采用高磁性材料釹鐵硼，運(yùn)行效率高。由于電動(dòng)機(jī)永磁勵(lì)磁部分有穩(wěn)定的磁場(chǎng)，因此用行效率高。由于電動(dòng)機(jī)永磁勵(lì)磁部分有穩(wěn)定的磁場(chǎng)，因此

14、用該類電動(dòng)機(jī)構(gòu)成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)易實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)功能。同時(shí)由于該類電動(dòng)機(jī)構(gòu)成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)易實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)功能。同時(shí)由于電動(dòng)機(jī)增加了增磁繞組，通過控制勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流或勵(lì)電動(dòng)機(jī)增加了增磁繞組，通過控制勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流或勵(lì)磁磁場(chǎng)的大小，能克服純永磁他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)不能產(chǎn)生足夠磁磁場(chǎng)的大小，能克服純永磁他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)不能產(chǎn)生足夠的輸出轉(zhuǎn)矩來滿足電動(dòng)汽車低速或爬坡時(shí)的大轉(zhuǎn)矩要求，而的輸出轉(zhuǎn)矩來滿足電動(dòng)汽車低速或爬坡時(shí)的大轉(zhuǎn)矩要求，而電動(dòng)機(jī)的重量或體積比串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的小。電動(dòng)機(jī)的重量或體積比串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的小。各種勵(lì)磁方式直流電動(dòng)機(jī)的電路如圖所示。各種勵(lì)磁方式直流電動(dòng)機(jī)的電路如圖所示。 1 1直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)機(jī)

15、的結(jié)構(gòu)直流電動(dòng)機(jī)由定子與轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成，定子和轉(zhuǎn)子之間的直流電動(dòng)機(jī)由定子與轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成，定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙稱為氣隙。間隙稱為氣隙。 2 2直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)(1) (1) 調(diào)速性能好。直流電動(dòng)機(jī)可以在重負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)均調(diào)速性能好。直流電動(dòng)機(jī)可以在重負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)均勻、平滑的無級(jí)調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。勻、平滑的無級(jí)調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。(2) (2) 起動(dòng)力矩大。可以均勻而經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，因此，起動(dòng)力矩大。可以均勻而經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，因此，凡是在重負(fù)載下起動(dòng)或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機(jī)械，例如大型凡是在重負(fù)載下起動(dòng)或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機(jī)械，例如大型可逆軋鋼機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)

16、、電力機(jī)車、電車等，都可用直流電動(dòng)可逆軋鋼機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、電力機(jī)車、電車等，都可用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。機(jī)拖動(dòng)。(3) (3) 控制比較簡(jiǎn)單。一般用斬波器控制，它具有高效率、控控制比較簡(jiǎn)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(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。制靈活、重量輕、體積小、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。(4) (4) 有易損件。由于存在電刷、換向器等易磨損器件，所以有易損件。由于存在電刷、換向器等易磨損器件，所以必須進(jìn)行定期維護(hù)或更換。必須進(jìn)行定期維護(hù)或更換。直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖所示。圖中，定子有一對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖所示。圖中，定子有一對(duì)N N、S S極，極，電樞繞組的末端分別接到兩個(gè)換向片上，正、

17、負(fù)電刷電樞繞組的末端分別接到兩個(gè)換向片上，正、負(fù)電刷A A和和B B分分別與兩個(gè)換向片接觸。別與兩個(gè)換向片接觸。直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法主要有電樞調(diào)壓控制、磁場(chǎng)控制和電樞回路電直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制方法主要有電樞調(diào)壓控制、磁場(chǎng)控制和電樞回路電阻控制。阻控制。電樞調(diào)壓控制是指通過改變電樞的端電壓來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種控電樞調(diào)壓控制是指通過改變電樞的端電壓來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種控制只適合電動(dòng)機(jī)基速以下的轉(zhuǎn)速控制，它可保持電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，制只適合電動(dòng)機(jī)基速以下的轉(zhuǎn)速控制，它可保持電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速近似與電樞端電壓成比例變化，所以稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。直流電電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速近似與電樞端電壓成比例

18、變化，所以稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。直流電動(dòng)機(jī)采用電樞調(diào)壓控制可實(shí)現(xiàn)在寬廣范圍內(nèi)的連續(xù)平滑的速度控制，調(diào)速動(dòng)機(jī)采用電樞調(diào)壓控制可實(shí)現(xiàn)在寬廣范圍內(nèi)的連續(xù)平滑的速度控制，調(diào)速比一般可達(dá)比一般可達(dá)1:101:10，如果與磁場(chǎng)控制配合使用，調(diào)速比可達(dá)，如果與磁場(chǎng)控制配合使用，調(diào)速比可達(dá)1:301:30。電樞調(diào)壓。電樞調(diào)壓控制的調(diào)速過程：當(dāng)磁通保持不變時(shí)，減小電壓，由于轉(zhuǎn)速不立即發(fā)生變控制的調(diào)速過程：當(dāng)磁通保持不變時(shí)，減小電壓，由于轉(zhuǎn)速不立即發(fā)生變化，反電動(dòng)勢(shì)也暫時(shí)不變化，由于電樞電流減小了，轉(zhuǎn)矩也減小了。如果化，反電動(dòng)勢(shì)也暫時(shí)不變化，由于電樞電流減小了，轉(zhuǎn)矩也減小了。如果阻轉(zhuǎn)矩未變，則轉(zhuǎn)速下降。隨著轉(zhuǎn)速的降低，

19、反電動(dòng)勢(shì)減小，電樞電流和阻轉(zhuǎn)矩未變，則轉(zhuǎn)速下降。隨著轉(zhuǎn)速的降低，反電動(dòng)勢(shì)減小，電樞電流和轉(zhuǎn)矩就隨著增大，直到轉(zhuǎn)矩與阻轉(zhuǎn)矩再次平衡為止，但這時(shí)轉(zhuǎn)速已經(jīng)較原轉(zhuǎn)矩就隨著增大，直到轉(zhuǎn)矩與阻轉(zhuǎn)矩再次平衡為止，但這時(shí)轉(zhuǎn)速已經(jīng)較原來降低了。來降低了。磁場(chǎng)控制是指通過調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流改變每極磁通量，從而調(diào)磁場(chǎng)控制是指通過調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流改變每極磁通量，從而調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種控制只適合電動(dòng)機(jī)基數(shù)以上的控制。當(dāng)電樞電流不節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這種控制只適合電動(dòng)機(jī)基數(shù)以上的控制。當(dāng)電樞電流不變時(shí)，具有恒功率調(diào)速特性。磁場(chǎng)控制效率高，但調(diào)速范圍小，一般不超變時(shí)，具有恒功率調(diào)速特性。磁場(chǎng)控制效率高，但調(diào)速

20、范圍小，一般不超過過1:31:3，而且響應(yīng)速度較慢。磁場(chǎng)控制可采用可變電阻器，也可采用可控，而且響應(yīng)速度較慢。磁場(chǎng)控制可采用可變電阻器，也可采用可控整流電源作為勵(lì)磁電源。整流電源作為勵(lì)磁電源。磁場(chǎng)控制的調(diào)速過程：當(dāng)電壓保持恒定時(shí)，減小磁通，由于機(jī)械慣性，磁場(chǎng)控制的調(diào)速過程：當(dāng)電壓保持恒定時(shí)，減小磁通，由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速不立即發(fā)生變化，于是反電動(dòng)勢(shì)減小，電樞電流隨之增加。由于電樞轉(zhuǎn)速不立即發(fā)生變化，于是反電動(dòng)勢(shì)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(zhuǎn)矩也就增加。如果阻轉(zhuǎn)矩未電流增加的影響超過磁通減小的影響，所以轉(zhuǎn)矩也就增加。如果阻轉(zhuǎn)矩未變，則轉(zhuǎn)速上升。隨著轉(zhuǎn)速的升

21、高，反電動(dòng)勢(shì)增大，電樞電流和轉(zhuǎn)矩也隨變，則轉(zhuǎn)速上升。隨著轉(zhuǎn)速的升高，反電動(dòng)勢(shì)增大，電樞電流和轉(zhuǎn)矩也隨著減小，直到轉(zhuǎn)矩和阻轉(zhuǎn)矩再次平衡為止，但這時(shí)轉(zhuǎn)速已經(jīng)較原來升高了。著減小，直到轉(zhuǎn)矩和阻轉(zhuǎn)矩再次平衡為止，但這時(shí)轉(zhuǎn)速已經(jīng)較原來升高了。電樞回路串電阻控制是指當(dāng)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流不變時(shí)，通過電樞回路串電阻控制是指當(dāng)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流不變時(shí)，通過改變電樞回路電阻來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種控制方法的機(jī)改變電樞回路電阻來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種控制方法的機(jī)械特性較軟，而且電動(dòng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，一般很少應(yīng)用。對(duì)于械特性較軟，而且電動(dòng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，一般很少應(yīng)用。對(duì)于小型串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，常采用電樞回路串電阻控制方式。小型串勵(lì)電

22、動(dòng)機(jī)，常采用電樞回路串電阻控制方式。4.3.1 4.3.1 無刷直流電動(dòng)機(jī)的分類無刷直流電動(dòng)機(jī)的分類4.3.2 4.3.2 無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)4.3.3 4.3.3 無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理4.3.4 4.3.4 無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制無刷直流電動(dòng)機(jī)按照工作特性，可以分為具有直流電動(dòng)機(jī)特性的無刷直無刷直流電動(dòng)機(jī)按照工作特性，可以分為具有直流電動(dòng)機(jī)特性的無刷直流電動(dòng)機(jī)和具有交流電動(dòng)機(jī)特性的無刷直流電動(dòng)機(jī)。流電動(dòng)機(jī)和具有交流電動(dòng)機(jī)特性的無刷直流電動(dòng)機(jī)。具有直流電動(dòng)機(jī)特性的無刷直流電動(dòng)機(jī)，反電動(dòng)勢(shì)波形和供電電流波形具有直流電

23、動(dòng)機(jī)特性的無刷直流電動(dòng)機(jī)，反電動(dòng)勢(shì)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(dòng)機(jī)。這類電動(dòng)機(jī)由直流電源供電，都是矩形波，所以又稱為矩形波同步電動(dòng)機(jī)。這類電動(dòng)機(jī)由直流電源供電，借助位置傳感器來檢測(cè)主轉(zhuǎn)子的位置，由所檢測(cè)出的信號(hào)去觸發(fā)相應(yīng)的電借助位置傳感器來檢測(cè)主轉(zhuǎn)子的位置，由所檢測(cè)出的信號(hào)去觸發(fā)相應(yīng)的電子換相線路以實(shí)現(xiàn)無接觸式換相。顯然，這種無刷直流電動(dòng)機(jī)具有有刷直子換相線路以實(shí)現(xiàn)無接觸式換相。顯然，這種無刷直流電動(dòng)機(jī)具有有刷直流電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行特性。流電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行特性。具有交流電動(dòng)機(jī)特性的無刷直流電動(dòng)機(jī)，反電動(dòng)勢(shì)波形和供電電流波形具有交流電動(dòng)機(jī)特性的無刷直流電動(dòng)機(jī)，反電動(dòng)勢(shì)波形和

24、供電電流波形都是正弦波，所以又稱為正弦波同步電動(dòng)機(jī)。這類電動(dòng)機(jī)也由直流電源供都是正弦波，所以又稱為正弦波同步電動(dòng)機(jī)。這類電動(dòng)機(jī)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(qū)動(dòng)一般的同步電動(dòng)機(jī)。電，但通過逆變器將直流電變換成交流電，然后去驅(qū)動(dòng)一般的同步電動(dòng)機(jī)。因此，它們具有同步電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行特性。因此，它們具有同步電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行特性。1 1無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)無刷直流電動(dòng)機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)本體、電子換相器和轉(zhuǎn)子位置無刷直流電動(dòng)機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)本體、電子換相器和轉(zhuǎn)子位置傳感器三部分組成。傳感器三部分組成。(1) (1) 電動(dòng)機(jī)本體。無刷直流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)本體由定子和

25、轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)本體。無刷直流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)本體由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。子兩部分組成。 (2) (2) 電子換相器。電子換相器是由功率開關(guān)和位置信號(hào)處電子換相器。電子換相器是由功率開關(guān)和位置信號(hào)處理電路構(gòu)成，主要用來控制定子各繞組通電的順序和時(shí)間。理電路構(gòu)成，主要用來控制定子各繞組通電的順序和時(shí)間。 (3) (3) 位置傳感器。位置傳感器在無刷直流電動(dòng)機(jī)中起著檢位置傳感器。位置傳感器在無刷直流電動(dòng)機(jī)中起著檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為功率開關(guān)電路提供正確的換相信測(cè)轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為功率開關(guān)電路提供正確的換相信息，即將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)位置信號(hào)處息，即將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)

26、位置信號(hào)處理電路處理后控制定子繞組換相。理電路處理后控制定子繞組換相。 無刷直流電動(dòng)機(jī)實(shí)物圖。無刷直流電動(dòng)機(jī)實(shí)物圖。 無刷直流電動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：無刷直流電動(dòng)機(jī)作為電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) (1) 外特性好，非常符合電動(dòng)汽車的負(fù)載特性，尤其是具有外特性好，非常符合電動(dòng)汽車的負(fù)載特性，尤其是具有低速大轉(zhuǎn)矩特性，能夠提供大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，滿足電動(dòng)汽車的低速大轉(zhuǎn)矩特性，能夠提供大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，滿足電動(dòng)汽車的加速要求；加速要求；(2) (2) 可以在低、中、高寬速度范圍內(nèi)運(yùn)行，而有刷電動(dòng)機(jī)由可以在低、中、高寬速度范圍內(nèi)運(yùn)行，而有刷電動(dòng)機(jī)由于受機(jī)械換向的影響，只能在中低速下

27、運(yùn)行；于受機(jī)械換向的影響，只能在中低速下運(yùn)行；(3) (3) 效率高，尤其是在輕載車況下，仍能保持較高的效率，效率高，尤其是在輕載車況下，仍能保持較高的效率，這對(duì)珍貴的電池能量是很重要的；這對(duì)珍貴的電池能量是很重要的；(4) (4) 過載能力強(qiáng)，比過載能力強(qiáng)，比Y Y系列電動(dòng)機(jī)可提高過載能力系列電動(dòng)機(jī)可提高過載能力2 2倍以上，倍以上，滿足電動(dòng)汽車的突起堵轉(zhuǎn)需要；滿足電動(dòng)汽車的突起堵轉(zhuǎn)需要；(5) (5) 再生制動(dòng)效果好，因無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子具有很高的永再生制動(dòng)效果好，因無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子具有很高的永久磁場(chǎng)，在汽車下坡或制動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)可完全進(jìn)入發(fā)電機(jī)狀態(tài)，久磁場(chǎng)，在汽車下坡或制動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)可完全進(jìn)

28、入發(fā)電機(jī)狀態(tài)，給電池充電，同時(shí)起到電制動(dòng)作用，減輕機(jī)械剎車負(fù)擔(dān)；給電池充電，同時(shí)起到電制動(dòng)作用，減輕機(jī)械剎車負(fù)擔(dān)；(6) (6) 體積小、重量輕、比功率大，可有效地減輕重量、節(jié)省體積小、重量輕、比功率大，可有效地減輕重量、節(jié)省空間；空間；(7) (7) 無機(jī)械換向器，采用全封閉式結(jié)構(gòu)，防止塵土進(jìn)入電動(dòng)無機(jī)械換向器，采用全封閉式結(jié)構(gòu)，防止塵土進(jìn)入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，可靠性高；機(jī)內(nèi)部，可靠性高；(8) (8) 控制系統(tǒng)比異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單。控制系統(tǒng)比異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)本身比交流電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，控制器比有刷直流電缺點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)本身比交流電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，控制器比有刷直流電動(dòng)機(jī)復(fù)雜。動(dòng)機(jī)復(fù)雜。無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原

29、理與有刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理基本相同。它無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理與有刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理基本相同。它是利用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出信號(hào)控制電子換向線路去驅(qū)動(dòng)逆變器的是利用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出信號(hào)控制電子換向線路去驅(qū)動(dòng)逆變器的功率開關(guān)器件，使電樞繞組依次饋電，從而在定子上產(chǎn)生跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁功率開關(guān)器件，使電樞繞組依次饋電，從而在定子上產(chǎn)生跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子位置傳感場(chǎng)，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子位置傳感器又不斷送出位置信號(hào)，以不斷的改變電樞繞組的通電狀態(tài)，使得在某一器又不斷送出位置信號(hào)，以不斷的改變電樞繞組的通電狀

30、態(tài)，使得在某一磁極下導(dǎo)體中的電流方向保持不變，這樣電動(dòng)機(jī)就旋轉(zhuǎn)起來了。磁極下導(dǎo)體中的電流方向保持不變，這樣電動(dòng)機(jī)就旋轉(zhuǎn)起來了。按照獲取轉(zhuǎn)子位置信息的方法劃分，無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制按照獲取轉(zhuǎn)子位置信息的方法劃分，無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制方法可以分為有位置傳感器控制和無位置傳感器控制兩種。方法可以分為有位置傳感器控制和無位置傳感器控制兩種。有位置傳感器控制方法是指在無刷直流電動(dòng)機(jī)定子上安裝位有位置傳感器控制方法是指在無刷直流電動(dòng)機(jī)定子上安裝位置傳感器來檢測(cè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中的位置，將轉(zhuǎn)子磁極的位置置傳感器來檢測(cè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中的位置，將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，為電子換相電路提供正確的換相信息，信號(hào)轉(zhuǎn)

31、換成電信號(hào)，為電子換相電路提供正確的換相信息，以此控制電子換相電路中的功率開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，保證電以此控制電子換相電路中的功率開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，保證電動(dòng)機(jī)各相按順序?qū)?，在空間形成跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)機(jī)各相按順序?qū)?，在空間形成跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。無刷直流電動(dòng)機(jī)中常用的位置傳永磁轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷地旋轉(zhuǎn)。無刷直流電動(dòng)機(jī)中常用的位置傳感器有霍爾元件位置傳感器、磁敏晶體管位置傳感器、光電感器有霍爾元件位置傳感器、磁敏晶體管位置傳感器、光電式位置傳感器等。式位置傳感器等。無刷直流電動(dòng)機(jī)的無位置傳感器控制，無需安裝傳感器，使用場(chǎng)合廣，無刷直流電動(dòng)機(jī)的無位置傳感器控制，無需安裝傳

32、感器，使用場(chǎng)合廣，相對(duì)于有位置傳感器方法有較大的優(yōu)勢(shì)，因此，無刷直流電動(dòng)機(jī)的無位置相對(duì)于有位置傳感器方法有較大的優(yōu)勢(shì)，因此，無刷直流電動(dòng)機(jī)的無位置傳感器控制近年來己成為研究的熱點(diǎn)。無刷直流電動(dòng)機(jī)的無位置傳感器控傳感器控制近年來己成為研究的熱點(diǎn)。無刷直流電動(dòng)機(jī)的無位置傳感器控制中，不直接使用轉(zhuǎn)子位置傳感器，但在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，仍然需要轉(zhuǎn)制中，不直接使用轉(zhuǎn)子位置傳感器，但在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，仍然需要轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)換相。因此，如何通過軟硬件間接獲得可靠的子位置信號(hào)，以控制電動(dòng)機(jī)換相。因此，如何通過軟硬件間接獲得可靠的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，成為無刷直流電動(dòng)機(jī)無位置傳感器控制的關(guān)鍵。為此，國轉(zhuǎn)子位

33、置信號(hào)，成為無刷直流電動(dòng)機(jī)無位置傳感器控制的關(guān)鍵。為此，國內(nèi)外的研究人員在這方面作了大量的研究工作，提出了多種轉(zhuǎn)子位置信號(hào)內(nèi)外的研究人員在這方面作了大量的研究工作，提出了多種轉(zhuǎn)子位置信號(hào)檢測(cè)方法，大多是利用檢測(cè)定子電壓、電流等容易獲取的物理量實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子檢測(cè)方法，大多是利用檢測(cè)定子電壓、電流等容易獲取的物理量實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的估算。歸納起來，可以分為反電動(dòng)勢(shì)法、電感法、狀態(tài)觀測(cè)器法、位置的估算。歸納起來，可以分為反電動(dòng)勢(shì)法、電感法、狀態(tài)觀測(cè)器法、電動(dòng)機(jī)方程計(jì)算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。、磁敏晶體管位置傳感器、光電電動(dòng)機(jī)方程計(jì)算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。、磁敏晶體管位置傳感器、光電式位置傳感器等。式位置傳感器等

34、。4.4.1 4.4.1 異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)4.4.2 4.4.2 異步電動(dòng)機(jī)的工作原理與運(yùn)行特性異步電動(dòng)機(jī)的工作原理與運(yùn)行特性4.4.3 4.4.3 異步電動(dòng)機(jī)的控制異步電動(dòng)機(jī)的控制1 1異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)異步電動(dòng)機(jī)主要由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成，異步電動(dòng)機(jī)主要由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定子和轉(zhuǎn)子之間存在氣隙，此外，還有端蓋、軸承、機(jī)座和定子和轉(zhuǎn)子之間存在氣隙，此外，還有端蓋、軸承、機(jī)座和風(fēng)扇等部件。風(fēng)扇等部件。 2 2異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)異步電動(dòng)機(jī)的基本特點(diǎn)是，轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源相連，其定子電流異步電動(dòng)機(jī)的基本特

35、點(diǎn)是，轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源相連，其定子電流直接取自交流電力系統(tǒng)；與其它電動(dòng)機(jī)相比，異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直接取自交流電力系統(tǒng)；與其它電動(dòng)機(jī)相比，異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、使用、維護(hù)方便，運(yùn)行可靠性高，重量輕，成本低。以三相異步制造、使用、維護(hù)方便，運(yùn)行可靠性高，重量輕，成本低。以三相異步電動(dòng)機(jī)為例，與同功率、同轉(zhuǎn)速的直流電動(dòng)機(jī)相比，前者重量只及后者電動(dòng)機(jī)為例，與同功率、同轉(zhuǎn)速的直流電動(dòng)機(jī)相比，前者重量只及后者的二分之一，成本僅為三分之一。異步電動(dòng)機(jī)還容易按不同環(huán)境條件的的二分之一，成本僅為三分之一。異步電動(dòng)機(jī)還容易按不同環(huán)境條件的要求，派生出各種系列產(chǎn)品。它還具有接近恒速的負(fù)載特性，能滿足

36、大要求，派生出各種系列產(chǎn)品。它還具有接近恒速的負(fù)載特性，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械拖動(dòng)的要求。多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械拖動(dòng)的要求。異步電動(dòng)機(jī)的局限性是，它的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速有固定的轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)的局限性是，它的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速有固定的轉(zhuǎn)差率，因而調(diào)速性能較差，在要求有較寬廣的平滑調(diào)速范圍的使用場(chǎng)合，差率，因而調(diào)速性能較差，在要求有較寬廣的平滑調(diào)速范圍的使用場(chǎng)合，不如直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)、方便。此外，異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，從電力系統(tǒng)吸不如直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)、方便。此外，異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，從電力系統(tǒng)吸取無功功率以勵(lì)磁，這會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)的功率因數(shù)變壞。因此，在大功取無功功率以勵(lì)磁，這會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)的功

37、率因數(shù)變壞。因此，在大功率、低轉(zhuǎn)速場(chǎng)合不如用同步電動(dòng)機(jī)合理。率、低轉(zhuǎn)速場(chǎng)合不如用同步電動(dòng)機(jī)合理。1. 1. 異步電動(dòng)機(jī)的工作原理異步電動(dòng)機(jī)的工作原理 當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組通入三相交流電后，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組通入三相交流電后，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的方向由右手定則來確定。由于轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路，轉(zhuǎn)子中便有電流的方向由右手定則來確定。由于轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路，轉(zhuǎn)子中便有電流產(chǎn)生，電流方向與電動(dòng)勢(shì)方向相同，而載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生，電流方

38、向與電動(dòng)勢(shì)方向相同，而載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下將產(chǎn)生電磁力，電磁力的方向可用左手定則確定。由電磁力進(jìn)而作用下將產(chǎn)生電磁力，電磁力的方向可用左手定則確定。由電磁力進(jìn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同。相同。 2. 2. 異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性包括異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性包括工作特性和機(jī)械特性。工作特性和機(jī)械特性。異步電動(dòng)機(jī)的工作特性是指異步電動(dòng)機(jī)的工作特性是指電動(dòng)機(jī)在保持額度電壓和額電動(dòng)機(jī)在保持額度電壓和額定頻率不變的情況下，電動(dòng)定頻率不變的情況下，電動(dòng)機(jī)的

39、轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、定子機(jī)的轉(zhuǎn)速、電磁轉(zhuǎn)矩、定子電流、效率和功率因數(shù)隨輸電流、效率和功率因數(shù)隨輸出功率變化的特性。一般通出功率變化的特性。一般通過負(fù)載試驗(yàn)來測(cè)取。圖是異過負(fù)載試驗(yàn)來測(cè)取。圖是異步電動(dòng)機(jī)的工作特性。步電動(dòng)機(jī)的工作特性。異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性分為異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性分為自然機(jī)械特性和人為機(jī)械特自然機(jī)械特性和人為機(jī)械特性。性。在電源電壓和電源頻率恒定在電源電壓和電源頻率恒定且定、轉(zhuǎn)子回路不接入任何且定、轉(zhuǎn)子回路不接入任何附加設(shè)備時(shí)的機(jī)械特性稱為附加設(shè)備時(shí)的機(jī)械特性稱為自然機(jī)械特性，自然機(jī)械特性， 電源電壓、電源頻率、電動(dòng)電源電壓、電源頻率、電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)、定子或轉(zhuǎn)子回路機(jī)極對(duì)數(shù)、定子或轉(zhuǎn)子回

40、路接入其它附屬設(shè)備，其中任接入其它附屬設(shè)備，其中任意一項(xiàng)改變得到的機(jī)械特性意一項(xiàng)改變得到的機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性。稱為人為機(jī)械特性。由于電源頻率不變，所以同由于電源頻率不變，所以同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)不變，電磁轉(zhuǎn)矩與步轉(zhuǎn)速點(diǎn)不變，電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成比例變化，電源電壓的平方成比例變化，但各條曲線的最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)對(duì)但各條曲線的最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率基本保持不變。應(yīng)的轉(zhuǎn)差率基本保持不變。 目前對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制主要有恒壓頻比開環(huán)控制、轉(zhuǎn)目前對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制主要有恒壓頻比開環(huán)控制、轉(zhuǎn)差控制、矢量控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制等。差控制、矢量控制以及直接轉(zhuǎn)矩控制等。恒壓頻比開環(huán)控制實(shí)際上只控制了電動(dòng)機(jī)磁通而沒

41、有控制電恒壓頻比開環(huán)控制實(shí)際上只控制了電動(dòng)機(jī)磁通而沒有控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，采用這樣的控制系統(tǒng)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)來講根本談動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，采用這樣的控制系統(tǒng)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)來講根本談不上控制性能，通常只用于對(duì)調(diào)速性能要求一般的通用變頻不上控制性能，通常只用于對(duì)調(diào)速性能要求一般的通用變頻器上。器上。轉(zhuǎn)差控制是根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差頻率的關(guān)系來直轉(zhuǎn)差控制是根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差頻率的關(guān)系來直接控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩的，可以在一定的轉(zhuǎn)差頻率范圍內(nèi)、一接控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩的，可以在一定的轉(zhuǎn)差頻率范圍內(nèi)、一定程度上通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差來控制電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，從而改善定程度上通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差來控制電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，從而改善調(diào)速系統(tǒng)

42、的控制性能，但其控制理論是建立在異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)的控制性能，但其控制理論是建立在異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的，它適合于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化緩慢或者穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的，它適合于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化緩慢或者對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求不高的場(chǎng)合。對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求不高的場(chǎng)合。1 1異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制異步電動(dòng)機(jī)的矢量控制矢量控制理論采用矢量分析的方法來分析交流電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的矢量控制理論采用矢量分析的方法來分析交流電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的電磁過程，是建立在交流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的控電磁過程，是建立在交流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的控制方法。它模仿對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)，將交流電動(dòng)機(jī)的制方法。它模仿對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)，將交

43、流電動(dòng)機(jī)的定子電流解耦成互相獨(dú)立的產(chǎn)生磁鏈的分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的分定子電流解耦成互相獨(dú)立的產(chǎn)生磁鏈的分量和產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的分量。分別控制這兩個(gè)分量就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的磁鏈控量。分別控制這兩個(gè)分量就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的磁鏈控制和轉(zhuǎn)矩控制的完全解耦，從而達(dá)到理想的動(dòng)態(tài)性能。制和轉(zhuǎn)矩控制的完全解耦，從而達(dá)到理想的動(dòng)態(tài)性能。(1) (1) 異步電動(dòng)機(jī)矢量控制方式的選擇。異步電動(dòng)機(jī)矢量控制異步電動(dòng)機(jī)矢量控制方式的選擇。異步電動(dòng)機(jī)矢量控制是基于磁場(chǎng)定向的方法，其調(diào)速控制系統(tǒng)的方式比較復(fù)雜，是基于磁場(chǎng)定向的方法，其調(diào)速控制系統(tǒng)的方式比較復(fù)雜，常用的控制策略有以下常用的控制策略有以下4 4種。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制

44、原理；種。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向矢量控制原理；轉(zhuǎn)差率矢量控制原理；氣隙磁場(chǎng)定向矢量控制原理；定子磁轉(zhuǎn)差率矢量控制原理；氣隙磁場(chǎng)定向矢量控制原理；定子磁場(chǎng)定向矢量控制原理。場(chǎng)定向矢量控制原理。 (2) (2) 異步電動(dòng)機(jī)矢量控制的特點(diǎn)。矢量控制變頻器可以分異步電動(dòng)機(jī)矢量控制的特點(diǎn)。矢量控制變頻器可以分別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的磁通和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測(cè)和控制，自動(dòng)改別對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的磁通和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行檢測(cè)和控制，自動(dòng)改變電壓和頻率，使指令值和檢測(cè)實(shí)際值達(dá)到一致，從而實(shí)現(xiàn)變電壓和頻率，使指令值和檢測(cè)實(shí)際值達(dá)到一致，從而實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速，大大提高了電動(dòng)機(jī)控制靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)品質(zhì)。了變頻調(diào)速，大大提高了電動(dòng)機(jī)控制靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)品質(zhì)

45、。轉(zhuǎn)速精度約等于轉(zhuǎn)速精度約等于0.5%0.5%，轉(zhuǎn)速響應(yīng)也較快。采用矢量變頻器異，轉(zhuǎn)速響應(yīng)也較快。采用矢量變頻器異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速是可以達(dá)到控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高的效步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速是可以達(dá)到控制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高的效果。其主要表現(xiàn)在：可以從零轉(zhuǎn)速起進(jìn)行速度控制，因此調(diào)果。其主要表現(xiàn)在：可以從零轉(zhuǎn)速起進(jìn)行速度控制，因此調(diào)速范圍很寬廣；可以對(duì)轉(zhuǎn)矩實(shí)行較為精確控制；系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)速范圍很寬廣；可以對(duì)轉(zhuǎn)矩實(shí)行較為精確控制；系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度很快；電動(dòng)機(jī)的加速度特性很好。響應(yīng)速度很快；電動(dòng)機(jī)的加速度特性很好。 2. 2. 異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制直接轉(zhuǎn)矩控制是將電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩作為直接控

46、制對(duì)象，通過直接轉(zhuǎn)矩控制是將電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩作為直接控制對(duì)象，通過控制定子磁場(chǎng)向量控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。它不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變控制定子磁場(chǎng)向量控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。它不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換，也不需要依賴轉(zhuǎn)子數(shù)學(xué)模型，只是通過控制換，也不需要依賴轉(zhuǎn)子數(shù)學(xué)模型，只是通過控制PWMPWM型逆變型逆變器的導(dǎo)通和切換方式，控制電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)輸入電壓，改變磁器的導(dǎo)通和切換方式，控制電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)輸入電壓，改變磁鏈的旋轉(zhuǎn)速度來控制瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩，使系統(tǒng)性能對(duì)轉(zhuǎn)子參數(shù)呈現(xiàn)鏈的旋轉(zhuǎn)速度來控制瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩，使系統(tǒng)性能對(duì)轉(zhuǎn)子參數(shù)呈現(xiàn)魯棒性。并且這種方法被推廣到弱磁調(diào)速范圍。逆變器的魯棒性。并且這種方法被推廣到弱磁調(diào)速范圍。逆變器的PWMPWM采用

47、電壓空間向量控制方式，性能優(yōu)越。但同時(shí)不可避采用電壓空間向量控制方式，性能優(yōu)越。但同時(shí)不可避免地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，調(diào)速性能降低的問題。該方法對(duì)逆變器免地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，調(diào)速性能降低的問題。該方法對(duì)逆變器開關(guān)頻率提高的限制較大，定子電阻對(duì)電動(dòng)機(jī)低速性能也有開關(guān)頻率提高的限制較大，定子電阻對(duì)電動(dòng)機(jī)低速性能也有較大影響，如在低速區(qū)，定子電阻變化引起的定子電流和磁較大影響，如在低速區(qū)，定子電阻變化引起的定子電流和磁鏈的畸變，以及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、死區(qū)效應(yīng)和開關(guān)頻率等問題。鏈的畸變，以及轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、死區(qū)效應(yīng)和開關(guān)頻率等問題。 (1)(1)異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理。它主要包括磁鏈調(diào)異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)

48、的結(jié)構(gòu)與原理。它主要包括磁鏈調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器、磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器等。其中磁鏈觀測(cè)節(jié)器、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)器、磁鏈和轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器等。其中磁鏈觀測(cè)器對(duì)磁鏈的觀測(cè)是否準(zhǔn)確對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著舉足輕重的作用，器對(duì)磁鏈的觀測(cè)是否準(zhǔn)確對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著舉足輕重的作用，而開關(guān)策略和磁鏈、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)是先進(jìn)控制算法的核心部分。而開關(guān)策略和磁鏈、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)是先進(jìn)控制算法的核心部分。 (2) (2) 直接轉(zhuǎn)矩控制的特點(diǎn)直接轉(zhuǎn)矩控制的特點(diǎn) 直接轉(zhuǎn)矩控制所需要的信號(hào)處理工作特別簡(jiǎn)單，所用的控制信號(hào)使直接轉(zhuǎn)矩控制所需要的信號(hào)處理工作特別簡(jiǎn)單，所用的控制信號(hào)使觀察者對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)的物理過程能夠做出直接

49、和明確的判斷。觀察者對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)的物理過程能夠做出直接和明確的判斷。 直接轉(zhuǎn)矩控制大大減少了矢量控制技術(shù)中控制性能易受參數(shù)變化影直接轉(zhuǎn)矩控制大大減少了矢量控制技術(shù)中控制性能易受參數(shù)變化影響的問題。響的問題。 直接轉(zhuǎn)矩控制并非極力獲得理想的正弦波波形，也不專門強(qiáng)調(diào)磁鏈直接轉(zhuǎn)矩控制并非極力獲得理想的正弦波波形，也不專門強(qiáng)調(diào)磁鏈完全理想圓形軌跡。相反，從控制轉(zhuǎn)矩的角度出發(fā)，它強(qiáng)調(diào)的是轉(zhuǎn)矩的完全理想圓形軌跡。相反，從控制轉(zhuǎn)矩的角度出發(fā)，它強(qiáng)調(diào)的是轉(zhuǎn)矩的直接控制效果，因而它采用離散的電壓狀態(tài)和六邊形磁鏈軌跡或近似圓直接控制效果，因而它采用離散的電壓狀態(tài)和六邊形磁鏈軌跡或近似圓形磁鏈軌跡的概念。形磁鏈軌

50、跡的概念。 直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)矩實(shí)行直接控制。它的控制效果不取決于電直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)矩實(shí)行直接控制。它的控制效果不取決于電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是否能夠簡(jiǎn)化，而是取決于轉(zhuǎn)矩的實(shí)際狀況，它的控制動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是否能夠簡(jiǎn)化，而是取決于轉(zhuǎn)矩的實(shí)際狀況，它的控制既直接又簡(jiǎn)化。既直接又簡(jiǎn)化。4.5.1 4.5.1 永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)4.5.2 4.5.2 永磁同步電動(dòng)機(jī)的工作原理與運(yùn)行特性永磁同步電動(dòng)機(jī)的工作原理與運(yùn)行特性4.5.3 4.5.3 永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制永磁同步電動(dòng)機(jī)的控制永磁同步電動(dòng)機(jī)分為正弦波驅(qū)動(dòng)電流的永磁同步電動(dòng)機(jī)和方永磁同步電動(dòng)機(jī)分為正弦波驅(qū)動(dòng)電流的永

51、磁同步電動(dòng)機(jī)和方波驅(qū)動(dòng)電流的永磁同步電動(dòng)機(jī)。這里介紹的主要是三相正弦波驅(qū)動(dòng)電流的永磁同步電動(dòng)機(jī)。這里介紹的主要是三相正弦波驅(qū)動(dòng)的永磁同步電動(dòng)機(jī)。波驅(qū)動(dòng)的永磁同步電動(dòng)機(jī)。永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，和傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)一樣，永磁同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，和傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)一樣，主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成。主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成。按照永磁體在轉(zhuǎn)子上位置的不同，永磁同步電動(dòng)機(jī)的磁極結(jié)按照永磁體在轉(zhuǎn)子上位置的不同，永磁同步電動(dòng)機(jī)的磁極結(jié)構(gòu)可分為表面式和內(nèi)置式二種。構(gòu)可分為表面式和內(nèi)置式二種。(1) (1) 表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)中，永磁體表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。表面式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)中

52、，永磁體通常呈瓦片形，并位于轉(zhuǎn)子鐵心的外表面上，永磁體提供磁通常呈瓦片形，并位于轉(zhuǎn)子鐵心的外表面上，永磁體提供磁通的方向?yàn)閺较?。表面式結(jié)構(gòu)又分為凸出式和嵌入式兩種，通的方向?yàn)閺较颉１砻媸浇Y(jié)構(gòu)又分為凸出式和嵌入式兩種，如圖所示。如圖所示。 (2) (2) 內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。按永磁體磁化方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方內(nèi)置式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。按永磁體磁化方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向的相互關(guān)系，內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)又可分為徑向式、切向式和向的相互關(guān)系，內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)又可分為徑向式、切向式和混合式三種?；旌鲜饺N。 永磁同步電動(dòng)機(jī)與其它電動(dòng)機(jī)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：永磁同步電動(dòng)機(jī)與其它電動(dòng)機(jī)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) (1) 用永磁體取代

53、繞線式同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁繞組，從用永磁體取代繞線式同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中的勵(lì)磁繞組，從而省去了勵(lì)磁線圈、滑環(huán)和電刷，以電子換向?qū)崿F(xiàn)無刷運(yùn)行，而省去了勵(lì)磁線圈、滑環(huán)和電刷，以電子換向?qū)崿F(xiàn)無刷運(yùn)行，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠；(2) (2) 永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率間始終保持準(zhǔn)確的同永磁同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率間始終保持準(zhǔn)確的同步關(guān)系，控制電源頻率就能控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；步關(guān)系，控制電源頻率就能控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；(3) (3) 永磁同步電動(dòng)機(jī)具有較硬的機(jī)械特性，對(duì)于因負(fù)載的變永磁同步電動(dòng)機(jī)具有較硬的機(jī)械特性，對(duì)于因負(fù)載的變化而引起的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的擾動(dòng)具有較強(qiáng)的承受能力，瞬間最化而引起

54、的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的擾動(dòng)具有較強(qiáng)的承受能力，瞬間最大轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的三倍以上，適合在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化大轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的三倍以上，適合在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化較大的工況下運(yùn)行；較大的工況下運(yùn)行； (4) (4) 永磁電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子為永久磁鐵無需勵(lì)磁，因此電動(dòng)機(jī)可以永磁電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子為永久磁鐵無需勵(lì)磁，因此電動(dòng)機(jī)可以在很低的轉(zhuǎn)速下保持同步運(yùn)行，調(diào)速范圍寬；在很低的轉(zhuǎn)速下保持同步運(yùn)行，調(diào)速范圍寬；(5) (5) 永磁同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)相比，不需要無功勵(lì)磁電永磁同步電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)相比，不需要無功勵(lì)磁電流，因而功率因數(shù)高，定子電流和定子銅耗小，效率高；流，因而功率因數(shù)高，定子電流和定子銅耗小，效率高； (6)

55、(6) 體積小、重量輕。近些年來隨著高性能永磁材料的不斷體積小、重量輕。近些年來隨著高性能永磁材料的不斷應(yīng)用，永磁同步電動(dòng)機(jī)的功率密度得到很大提高，比起同容應(yīng)用，永磁同步電動(dòng)機(jī)的功率密度得到很大提高，比起同容量的異步電動(dòng)機(jī)來，體積和重量都有較大的減少，使其適合量的異步電動(dòng)機(jī)來，體積和重量都有較大的減少，使其適合應(yīng)用在許多特殊場(chǎng)合；應(yīng)用在許多特殊場(chǎng)合；(7) (7) 結(jié)構(gòu)多樣化，應(yīng)用范圍廣。結(jié)構(gòu)多樣化，應(yīng)用范圍廣。 永磁同步電動(dòng)機(jī)還存在以下缺點(diǎn)：永磁同步電動(dòng)機(jī)還存在以下缺點(diǎn)：(1) (1) 由于永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子為永磁體，無法調(diào)節(jié)，必須通由于永磁同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子為永磁體，無法調(diào)節(jié)，必須通過加定子直

56、軸去磁電流分量來削弱磁場(chǎng)，這會(huì)增大定子的電過加定子直軸去磁電流分量來削弱磁場(chǎng)，這會(huì)增大定子的電流，增加電動(dòng)機(jī)的銅耗；流，增加電動(dòng)機(jī)的銅耗；(2) (2) 永磁電動(dòng)機(jī)的磁鋼價(jià)格較高。永磁電動(dòng)機(jī)的磁鋼價(jià)格較高。由此可見，永磁電動(dòng)機(jī)體積小，重量輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，功率由此可見，永磁電動(dòng)機(jī)體積小，重量輕，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，功率密度高密度高( (可達(dá)可達(dá)1kW/kg)1kW/kg)，適合電動(dòng)汽車空間有限的特點(diǎn)；另外，適合電動(dòng)汽車空間有限的特點(diǎn)；另外，轉(zhuǎn)矩慣量比大，過載能力強(qiáng)，尤其低轉(zhuǎn)速時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩大，適轉(zhuǎn)矩慣量比大，過載能力強(qiáng)，尤其低轉(zhuǎn)速時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩大，適合電動(dòng)汽車的起動(dòng)加速。因此，永磁電動(dòng)機(jī)得到國內(nèi)外電動(dòng)合電動(dòng)汽車

57、的起動(dòng)加速。因此，永磁電動(dòng)機(jī)得到國內(nèi)外電動(dòng)汽車界的廣泛重視，并已在日本得到了普遍應(yīng)用，日本新研汽車界的廣泛重視，并已在日本得到了普遍應(yīng)用，日本新研制的電動(dòng)汽車大都采用永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。比較典型的是在豐制的電動(dòng)汽車大都采用永磁電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。比較典型的是在豐田田PriusPrius混聯(lián)式混合動(dòng)力轎車上的應(yīng)用。混聯(lián)式混合動(dòng)力轎車上的應(yīng)用。 1 1電樞反應(yīng)電樞反應(yīng)永磁同步電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載時(shí)，氣隙磁場(chǎng)是永磁體磁動(dòng)勢(shì)和電樞永磁同步電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載時(shí)，氣隙磁場(chǎng)是永磁體磁動(dòng)勢(shì)和電樞磁動(dòng)勢(shì)共同建立的。電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)氣隙磁場(chǎng)有影響，電樞磁磁動(dòng)勢(shì)共同建立的。電樞磁動(dòng)勢(shì)對(duì)氣隙磁場(chǎng)有影響，電樞磁動(dòng)勢(shì)的基波對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)

58、。電樞反應(yīng)不僅動(dòng)勢(shì)的基波對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響稱為電樞反應(yīng)。電樞反應(yīng)不僅使氣隙磁場(chǎng)波形發(fā)生畸變，而且還會(huì)產(chǎn)生去磁或增磁作用，使氣隙磁場(chǎng)波形發(fā)生畸變，而且還會(huì)產(chǎn)生去磁或增磁作用，因此，氣隙磁場(chǎng)將影響永磁同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性。因此，氣隙磁場(chǎng)將影響永磁同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性。對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行分析時(shí)，需要采用雙反應(yīng)理論，即需對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行分析時(shí)，需要采用雙反應(yīng)理論，即需要把電樞電流和電樞電動(dòng)勢(shì)分解成交軸和直軸兩個(gè)分量。交要把電樞電流和電樞電動(dòng)勢(shì)分解成交軸和直軸兩個(gè)分量。交軸電樞電流產(chǎn)生交軸電樞電動(dòng)勢(shì)，發(fā)生交軸電樞反應(yīng)；直軸軸電樞電流產(chǎn)生交軸電樞電動(dòng)勢(shì)，發(fā)生交軸電樞反應(yīng)；直軸電樞電流產(chǎn)生直軸電樞電動(dòng)勢(shì)

59、，發(fā)生直軸電樞反應(yīng)。電樞電流產(chǎn)生直軸電樞電動(dòng)勢(shì)，發(fā)生直軸電樞反應(yīng)。2 2電壓方程式電壓方程式忽略磁飽和效應(yīng)的影響，永磁同步電動(dòng)機(jī)的電壓方程式為忽略磁飽和效應(yīng)的影響，永磁同步電動(dòng)機(jī)的電壓方程式為 3 3功率與轉(zhuǎn)矩功率與轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)的電磁功率為電動(dòng)機(jī)的電磁功率為如果忽略電樞電阻的影響，則電動(dòng)機(jī)的電磁功率為如果忽略電樞電阻的影響，則電動(dòng)機(jī)的電磁功率為qqddaaXjIXjIRIEU0cuaePPP12sin112sin20dqdeXXmUXUmEP電磁功率與功率角的關(guān)系稱為永磁同步電動(dòng)電磁功率與功率角的關(guān)系稱為永磁同步電動(dòng)機(jī)的功角特性。機(jī)的功角特性。 4 4運(yùn)行特性運(yùn)行特性永磁同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性主

60、要是機(jī)械特性和工作特性。永磁同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性主要是機(jī)械特性和工作特性。永磁同步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速始終保持同步速不變，永磁同步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速始終保持同步速不變，因此，其機(jī)械特性為平行于橫軸的直線，調(diào)節(jié)電源頻率來調(diào)因此，其機(jī)械特性為平行于橫軸的直線，調(diào)節(jié)電源頻率來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速將嚴(yán)格地與頻率成正比例變化。節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)速將嚴(yán)格地與頻率成正比例變化。永磁同步電動(dòng)機(jī)的工作特性是指當(dāng)電源電壓恒定時(shí)，電動(dòng)機(jī)永磁同步電動(dòng)機(jī)的工作特性是指當(dāng)電源電壓恒定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸入功率、電樞電流、效率、功率因數(shù)等隨輸出功率變化的輸入功率、電樞電流、效率、功率因數(shù)等隨輸出功率變化的關(guān)系。的