電動車ppt課件

1、電力助推系統(tǒng)Electric Propulsion Systems.電力推進(jìn)系統(tǒng)是電動汽車和混合動力汽車的心臟。它由電動機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器和電子控制器三部分組成。電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能驅(qū)動車輛功率轉(zhuǎn)換器用于給電機(jī)提供適當(dāng)?shù)碾妷汉碗娏鳌ｋ娮涌刂破鞲鶕?jù)司機(jī)的命令經(jīng)過提供控制信號來控制功率轉(zhuǎn)換器，進(jìn)而控制電機(jī)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩和速度。電力助推系統(tǒng).電力推進(jìn)系統(tǒng)的功能框圖.電機(jī)的分類.電動汽車和混合動力電動汽車的電機(jī)驅(qū)動可分為兩大類，即有換向器電動機(jī)和無換向器電動機(jī)。換向器電動機(jī)主要是傳統(tǒng)的直流電機(jī)，包括串勵(lì)、并勵(lì)、復(fù)勵(lì)，場勵(lì)以及永磁勵(lì)磁電機(jī)。直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟、控制簡單直流電機(jī)的缺陷：在高速旋轉(zhuǎn)下運(yùn)

2、轉(zhuǎn)不太可靠、維護(hù)不便。功率密度較低。無換向器直流電機(jī)的優(yōu)勢包括：更高的效率，更高的功率密度，低運(yùn)轉(zhuǎn)本錢、更可靠和更方便的維護(hù)；電機(jī)的分類.直流電機(jī)驅(qū)動已被廣泛運(yùn)用于需求調(diào)速的場所；良好的速度可調(diào)性；以及頻繁起動、制動和換向。由于技術(shù)成熟，控制簡單，各種直流電機(jī)驅(qū)動器已被廣泛運(yùn)用于不同的電力牽引當(dāng)中。6.1 直流電機(jī)驅(qū)動.6.1.1 直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)原理與性能當(dāng)電線被彎成一個(gè)線圈，如圖6.3所示，作用在兩邊的磁力就產(chǎn)生扭矩，這可以表示為.Ra是電樞電阻。對于他勵(lì)和并勵(lì)直流電動機(jī)，Ra等于電樞繞組；對于串勵(lì)和復(fù)勵(lì)電機(jī)，Ra等于電樞繞組和串勵(lì)繞組電阻之和。直流電動機(jī)的根本方程為：直流電動機(jī)的根本方程.直

3、流電動機(jī)電樞的穩(wěn)態(tài)等效電路從公式6.3和6.4中推得：方程6.3到6.5是適用于一切的直流電動機(jī).直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩速度特性他勵(lì)電機(jī)中，假設(shè)磁場電壓不變，那么磁通恒定。他勵(lì)電機(jī)順應(yīng)于需求良好速度調(diào)理和恰當(dāng)轉(zhuǎn)速的場所。在串勵(lì)電機(jī)當(dāng)中，磁通是電樞電流的函數(shù)。串勵(lì)直流電機(jī)適用于需求高起動轉(zhuǎn)矩和重轉(zhuǎn)矩過載的場所。復(fù)勵(lì)直流電動機(jī)的性能介乎于串勵(lì)和他勵(lì)或并勵(lì)電機(jī)之間。.最理想的速度轉(zhuǎn)矩特性是在基準(zhǔn)速度以下?lián)碛泻愣ǖ霓D(zhuǎn)矩，在基準(zhǔn)速度以上擁有恒定的功率。在低于基準(zhǔn)速度時(shí)，電樞電流和磁場被設(shè)置在額定值，產(chǎn)生額定轉(zhuǎn)矩。在等于基準(zhǔn)速度時(shí)，電樞電壓到達(dá)其額定值等于電源電壓，不能進(jìn)一步添加。為了進(jìn)一步提高速度，磁場就必需隨速

4、度的添加而減弱，然后堅(jiān)持反電動勢和電樞電流恒定。轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的添加而下降，輸出功率堅(jiān)持不變。6.1.2 電樞電壓與磁場的結(jié)合控制.電樞電壓與磁場的結(jié)合控制.6.1.3直流電機(jī)的斬波控制.負(fù)載電壓Va的直接分量或平均值如下式所示：經(jīng)過控制，負(fù)載電壓可以從0到V之間變化，因此斬波器允許從一個(gè)固定的電壓直流電源中獲得一個(gè)可變的直流電壓?？梢园锤鞣N不同的方式控制占空比來控制開關(guān)s， 控制技術(shù)可以分為兩類：1。時(shí)間比率控制TRC。2。電流限制控制CLC。直流電機(jī)的斬波控制.時(shí)間比率控制中，也稱為脈寬控制，控制的是斬波器的任務(wù)時(shí)間。TRC可進(jìn)一步劃分如下：1. 恒頻TRC：周期T固定，改動開關(guān)通斷控制占空

5、比 2. 變頻TRC：經(jīng)過堅(jiān)持ton恒定而改動T，或者同時(shí)改動ton和T來改動。時(shí)間比率控制TRC.在恒導(dǎo)通時(shí)間ton變頻控制中，在低斬波頻率頻率下獲得低輸出電壓。低斬波頻率反過來影響電機(jī)的性能。此外，變頻斬波使輸入濾波器的設(shè)計(jì)變得非常困難。因此，變頻控制是很少用。電流限制控制CLC，也被稱為逐點(diǎn)控制，經(jīng)過把負(fù)載電流控制到指定的最大值和最小值之間來間接控制。當(dāng)負(fù)載電流到達(dá)指定的最大值時(shí)，開關(guān)斷開負(fù)載。當(dāng)電流到達(dá)指定的最小值時(shí)，開關(guān)重新銜接上負(fù)載。對于直流電動機(jī)負(fù)載，這種類型的控制，既是一個(gè)頻率可變又是導(dǎo)通時(shí)間可變的控制。電流限制控制CLC.升壓斬波電路.假設(shè)電容C很大，大到足以在負(fù)載上維持一個(gè)

6、恒定的電壓Va。在終端A和B上的平均電壓為：電感平均電壓為：電源電壓：把方程6.9和6.10代入到6.11得出：升壓斬波電路.電機(jī)在四象限上的運(yùn)轉(zhuǎn).無換向器電動機(jī)比起傳統(tǒng)的直流電動機(jī)具有許多優(yōu)點(diǎn)。目前，感應(yīng)電機(jī)在無換向器電動機(jī)中是技術(shù)較為成熟的一種電機(jī)。與直流電機(jī)相比，交流感應(yīng)電機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)，如分量輕，體積小，本錢低，效率高。這些特點(diǎn)在電動汽車和混合動力汽車的運(yùn)用上顯得非常重要。感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動.鼠籠式感應(yīng)電機(jī)感應(yīng)電機(jī)有兩種類型，即繞線式和鼠籠式電機(jī)。繞線式感應(yīng)電機(jī)由于本錢高，需求維修，不夠鞏固，所以它不如鼠籠式電機(jī)運(yùn)用范圍廣。.感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理電機(jī)每相通正弦交流電，頻率為，每兩相電之間有12

7、0相位差。電流Ias、Ibs和Ics在三定子線圈aa，bb和cc產(chǎn)生交變的磁動勢mmfs、Fas、Fbs、和Fcs。因此，總的磁動勢Fss等于相磁動勢矢量之和。.每相磁動勢表達(dá)式為：定子總磁動勢為：感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理.旋轉(zhuǎn)的定子磁動勢和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體相互反響，在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出電壓以及電流。反過來，旋轉(zhuǎn)磁動勢在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子上承載感應(yīng)電流。很明顯，轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電流對于轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生是必不可少的，反過來，感應(yīng)電流取決于相對定子磁動勢和轉(zhuǎn)子之間的相對運(yùn)動。這就是為什么旋轉(zhuǎn)定子磁動勢的角速度與轉(zhuǎn)子角速度之間要有個(gè)差值。感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理.為定子磁動勢的旋轉(zhuǎn)角速度，它指的是電角速度，ms為機(jī)械角速度m為轉(zhuǎn)子角

8、速度，轉(zhuǎn)差率為：r是轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓的頻率感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理.轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系缺陷：啟動轉(zhuǎn)矩低、速度范圍小、在SSm時(shí)穩(wěn)定性差.感應(yīng)電機(jī)的控制感應(yīng)電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型具有高度非線性和強(qiáng)耦合性，控制起來比較復(fù)雜。目前感應(yīng)電動機(jī)的調(diào)速控制主要有兩種方法：一是恒壓頻比調(diào)速控制。二是采用矢量控制。變頻調(diào)速控制方法控制器構(gòu)造簡單，本錢低，但控制精度低，動態(tài)性能差；矢量控制方法控制器構(gòu)造復(fù)雜，本錢高，但控制精度高，轉(zhuǎn)速控制范圍寬，動態(tài)性能好，運(yùn)用最普及。 .在低轉(zhuǎn)差率范圍內(nèi)，氣隙磁鏈可以經(jīng)過下式給出：在額定頻率以下，假設(shè)電壓一定而只降低頻率，那么氣隙磁通就要過大，呵斥磁路飽和，嚴(yán)重時(shí)燒毀電動機(jī)。因此為了堅(jiān)持

9、氣隙磁通不變，就要求在降低供電頻率的同時(shí)降低輸出電壓，堅(jiān)持V/f=常數(shù)，這種控制方式為恒壓頻比控制方式。恒壓頻比V/f控制.感應(yīng)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)性能.額定勵(lì)磁電流：轉(zhuǎn)子電流：轉(zhuǎn)子輸出轉(zhuǎn)矩：最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率：最大轉(zhuǎn)矩：.公式6.38闡明，隨著E /恒定，最大轉(zhuǎn)矩為一恒定值。公式6.37闡明，Sm不變，即轉(zhuǎn)差sl不變。在實(shí)際中，由于有定子阻抗和電壓降，電壓應(yīng)略高。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速超出其額定轉(zhuǎn)速時(shí)，電壓到達(dá)額定值，不能再隨頻率添加。在這種情況下，堅(jiān)持電壓固定，頻率隨電機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)添加，電機(jī)進(jìn)入弱磁運(yùn)轉(zhuǎn)形狀。轉(zhuǎn)差率S被固定到其額定頻率對應(yīng)的額定值，轉(zhuǎn)差sl隨電機(jī)速度線性添加。.T、V、Pm與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖.純電

10、動汽車或混合動力汽車的電源大部分是直流電源，就需求在給感應(yīng)電機(jī)供電時(shí)先進(jìn)展DC/AC轉(zhuǎn)換。這一過程叫做逆變過程。逆變器主要由電力電子開關(guān)和電力二極管組成。6.2.4 電力電子控制.6.2.4 電力電子控制.電機(jī)端電壓基波分量的頻率跟參考正弦電壓的頻率是一樣的。因此，可以經(jīng)過改動參考電壓的頻率來改動電機(jī)電壓。參考波的振幅與三角載波振幅的比值叫做調(diào)整指數(shù)m。各相電壓基波分量為.感應(yīng)電機(jī)的恒V/f控制適用于相對低速調(diào)理場所。缺陷：對于快速、頻繁速度調(diào)理場所呼應(yīng)慢，而且由于功率因數(shù)低，導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)效率差。恒壓頻控制是建立在感應(yīng)電機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型上的，其被控量如定子電壓與定子電流是幅值上的標(biāo)量控制，忽略了相位

11、控制，呵斥電磁轉(zhuǎn)矩未能得到實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的控制，動態(tài)調(diào)速性能差。FOC勝利處理了交流電動機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁分量與轉(zhuǎn)矩分量的耦合問題，從而實(shí)現(xiàn)了電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)時(shí)高性能控制，大大提高了交流電動機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)調(diào)速性能。6.2.5 磁場定向控制.想要控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，就要控制轉(zhuǎn)子磁鏈的標(biāo)量值及其空間幅角?？梢越?jīng)過控制各相電流幅值大小來到達(dá)控制目的，而各相電流在空間上的幅角，可以經(jīng)過控制各相電流瞬時(shí)相位值來實(shí)現(xiàn)。因此，對感應(yīng)電機(jī)定子各相電流的瞬時(shí)控制，就能實(shí)現(xiàn)對感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的有效控制?？梢姡瑢﹄妱訖C(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩控制本質(zhì)上就是一種矢量控制矢量控制的根本思想.6.2.5.1 磁場導(dǎo)向的原理.利用高能永磁資料作為勵(lì)磁

12、體、永磁電機(jī)可以被設(shè)計(jì)的具有高功率密度，高速，以及高運(yùn)轉(zhuǎn)效率。這些突出的優(yōu)點(diǎn)使得永磁電機(jī)在電動汽車和混合動力汽車中的運(yùn)用中具有相當(dāng)?shù)奈ΑＴ谟来烹姍C(jī)一族中，無刷直流電機(jī)在電動汽車和混合動力汽車運(yùn)用中是最有潛力的。6.3永磁無刷直流電機(jī)驅(qū)動.優(yōu)點(diǎn)效率高、構(gòu)造緊湊、易于控制、易于冷卻、維護(hù)本錢，壽命長，可靠性高，噪聲低缺陷本錢高、恒功率范圍受限、平安性低、永磁體的退磁、高速性能差、變換易失敗無刷直流電機(jī)的優(yōu)缺陷.直流無刷電機(jī)驅(qū)動主要由無刷直流電機(jī)，基于數(shù)字信號處置器DSP的控制器和基于電力電子器件的功率轉(zhuǎn)換器，如圖6.42所示。位置傳感器H1，H2和H3檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。轉(zhuǎn)子位置信息被反響到基于

13、數(shù)字信號處置器的控制器中，控制器經(jīng)過翻開和封鎖定子極繞組將門控信號提供應(yīng)轉(zhuǎn)換器。這樣，就可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和速度。6.3.1 無刷直流電機(jī)的根本原理.表貼式和內(nèi)嵌式.無刷直流電機(jī)定子繞組根據(jù)定子繞組產(chǎn)生的反電勢波形分為：梯形波繞組和正弦波繞組.速度轉(zhuǎn)矩性能在牽引和其他運(yùn)用場所中是最重要的。其他電機(jī)，轉(zhuǎn)矩是由磁場和電流的相互作用產(chǎn)生。無刷直流電機(jī)的磁場由永磁體產(chǎn)生，電流取決于電源電壓，反電動勢由電機(jī)的磁場和速度決議的。為了在以獲得某一負(fù)載下期望的轉(zhuǎn)矩和速度，就需求控制電樞電流。6.3.4 無刷直流電機(jī)控制及性能分析.6.3.4.1 性能分析.穩(wěn)態(tài)性能分析.動態(tài)性能分析假設(shè)堅(jiān)持轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速恒定，Ls可

14、以決議電樞電流對于電壓的呼應(yīng)速度；J決議速度對電壓的呼應(yīng)快慢.無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制.無刷直流電機(jī)的速度控制.構(gòu)造簡單、鞏固耐用、本錢低。它的轉(zhuǎn)子上沒有永磁體或繞組。這種構(gòu)造不僅降低了電機(jī)的本錢，而且提高了電機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)才干。高速性能好。而不會由于高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大離心力導(dǎo)致機(jī)械缺點(diǎn)。拓?fù)錁?gòu)造可靠。定子繞組被串聯(lián)在逆變器的上臂下臂開關(guān)上。這種拓?fù)錁?gòu)造可以防止感應(yīng)和永磁電機(jī)逆變器產(chǎn)生擊穿缺點(diǎn)。效率高，速度范圍寬和控制簡單也是開關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。6.4 開關(guān)磁阻電機(jī).開關(guān)詞組電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)框圖逆變器和直流電源相連，電源可以經(jīng)過一個(gè)二極管整流器或電池獲得。開關(guān)磁阻電機(jī)的相繞組和逆變器相連，控制器根據(jù)

15、控制戰(zhàn)略和反響信號，向逆變器發(fā)送門選通訊號。.SRM電機(jī)的構(gòu)造.開關(guān)磁阻電機(jī)的任務(wù)原理當(dāng)A相繞組電流控制開關(guān)S1、S2閉合時(shí)，A相勵(lì)磁，所產(chǎn)生的磁場力圖使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)子極軸線aa與定子極軸線AA的重合位置，從而產(chǎn)生磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩。順序給ABCD相繞組通電(B、C、D各相繞組在圖中未畫出)，那么轉(zhuǎn)子便按逆時(shí)針方向延續(xù)轉(zhuǎn)動起來；反之，依次給DCBA相繞組通電，那么轉(zhuǎn)子會沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動。在多相電機(jī)實(shí)踐運(yùn)轉(zhuǎn)中，也常出現(xiàn)兩相或兩相以上繞組同時(shí)導(dǎo)通的情況。當(dāng)q相定子繞組輪番通電一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)轉(zhuǎn)子極距。.開關(guān)磁阻電機(jī)的任務(wù)原理.開關(guān)磁阻電機(jī)的任務(wù)原理設(shè)每相繞組開關(guān)頻率(主開關(guān)開關(guān)頻率)為fPh，轉(zhuǎn)

16、子極數(shù)為Nr那么SR電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速(rmin)可表示為由于是磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩，SR電機(jī)的轉(zhuǎn)向與相繞組的電流方向無關(guān)，僅取決于相繞組通電的順序這使得可以充分簡化功率變換器電路。當(dāng)主開關(guān)S1、S2接通時(shí)，A相繞組從直流電源U吸收電能，而當(dāng)S1、S2斷開時(shí)，繞組電流經(jīng)過續(xù)流二極管VD1、VD2將剩余能量回饋給電源U。.開關(guān)磁阻電機(jī)的任務(wù)原理.電機(jī)轉(zhuǎn)子從未對齊的位置運(yùn)動到對齊的位置，相電感從最小值添加到最大值。假設(shè)相電感可以丈量，相電感與轉(zhuǎn)子位置之間的函數(shù)關(guān)系是知的，那么轉(zhuǎn)子的位置可以根據(jù)測得的相電感得到。1。基于相位磁鏈的方法。2?；谙嚯姼械姆椒ā?。調(diào)制信號注入法。4?；诨ジ须妷旱姆椒?。5。

17、基于觀測器的方法。開關(guān)磁阻電機(jī)的無位置傳感器控制.相磁鏈伴隨相電流和相位置變化的曲線.此方法采用有源相的相電壓和相電流來估計(jì)轉(zhuǎn)子位置。這種方法的根本原理是運(yùn)用相磁鏈、相電流和轉(zhuǎn)子之間的函數(shù)關(guān)系。假設(shè)相磁鏈和相電流是知的，就可以計(jì)算出轉(zhuǎn)子的位置。6.4.6.1 基于相位磁鏈的方法.6.4.6.2 基于相電感的方法根據(jù)圖6.70，可以計(jì)算出相電感再根據(jù)計(jì)算的相電感和測得的相電流經(jīng)過查表法可得到轉(zhuǎn)子的位置。.利用有源相的相電流和相電壓數(shù)據(jù)算出相增量電感，然后就可以計(jì)算出轉(zhuǎn)子位置。增量電感由下式得出此方法不需求額外的檢測電路。但是，僅適用于速度小于基準(zhǔn)速度10%的低速場所，這是由于在計(jì)算相位增量時(shí)忽略

18、了反電動勢。6.4.6.2.2基于相增量電感的無傳感器控制.6.4.6.3.1 頻率調(diào)制法6.4.6.3.2 AM和PM法6.4.6.3.3 基于診斷脈沖法6.4.6.3 調(diào)制信號注入法.方法一：采用L-F轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生電壓方波，用定時(shí)器計(jì)數(shù)測得電壓方波的頻率。頻率與空閑相的瞬時(shí)電感成反比。方法二：用F-V轉(zhuǎn)換電路，獲得與電壓方波頻率成正比的電壓，然后對電壓進(jìn)展采樣。進(jìn)而得知電壓方波頻率優(yōu)點(diǎn)：易于實(shí)現(xiàn)，具有很強(qiáng)的魯棒性。缺陷：高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于勵(lì)磁電流的存在，限制了信號到SRM的每一相的傳送。需求額外的電路，添加了本錢。對互耦非常敏感。調(diào)頻法.PM和AM技術(shù)分別是基于相電流的相位變化和振幅變化，電流和電壓之間的相位角隨電感周期性變化而變化。假設(shè)電感很大，電流滯后于的電壓的滯后角就很大，峰值電流很小。PM編碼器技術(shù)丈量瞬時(shí)相位角，而AM編碼器技術(shù)丈量振幅。相電感是轉(zhuǎn)子位置的函數(shù)。缺陷：高