某牌电动汽车及其驱动技术

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1、电动汽车及其驱动技术主要内容一、电动汽车概述二、电动汽车的三种主要型式三、电动汽车驱动系统四、存在的问题与研究方向一、电动汽车概述1、燃油汽车面临的问题 全球全球环境污染日益严重环境污染日益严重 传统传统能源枯竭不可避免能源枯竭不可避免 我国汽车工业的现状我国汽车工业的现状 城市大气污染日趋严重 在中国华东、华北的大城市在中国华东、华北的大城市大气中大气中,70%的污染物来自汽车排放的污染物来自汽车排放;CO88%,NOx80%,HC90%来自汽车排放，大气来自汽车排放，大气污染造成的损失每年达污染造成的损失每年达500亿美元，全球亿美元，全球污染最严重的污染最严重的20个城市中，个城市中，1

2、0个在中国。个在中国。据估计，美国大气污染物中据估计，美国大气污染物中42来自来自 汽车排放，造成损失每年达汽车排放，造成损失每年达2290亿美元。亿美元。石油资源面临枯竭威胁 石油资源有限石油资源有限,不可再生不可再生,按目前探明的按目前探明的 储量和开采的速度还能用储量和开采的速度还能用4050年。年。电力可从多种能源得到电力可从多种能源得到 起电能调峰作用 充分利用晚间富余电能，占总容量充分利用晚间富余电能，占总容量1/2。原油原油初炼初炼发电发电充电充电电动汽车电动汽车原油原油精炼精炼汽油车汽油车 电动汽车有利于节能电动汽车有利于节能 国际上各大汽车公司投入巨资国际上各大汽车公司投入巨

3、资 国内：八五、九五、十五国内：八五、九五、十五863重重 大专项、十一五新能源汽车大专项、十一五新能源汽车2、国内外对电动汽车的研发情况 已进入小批量商业化生产和实际应用通用通用EV1，两座轿车；，两座轿车；S10轻型得到货车轻型得到货车福特福特Range两座货车两座货车克莱斯勒克莱斯勒EPIC轻型客货车轻型客货车丰田丰田RAV-4 5座轿车座轿车本田本田Plus 4座轿车座轿车日产日产ALTRA EV标志，雪铁龙标志，雪铁龙P106，SAXO四座电动轿车四座电动轿车雷诺雷诺Clio 四座电动轿车四座电动轿车 美国、日本和西欧，由各大汽车公司开发、美国、日本和西欧，由各大汽车公司开发、研制的

4、部分电动汽车如下：研制的部分电动汽车如下：日本的混合动力系统水平最高日本的混合动力系统水平最高混合动力轿车的市场保有量早已超过20万量。丰田、本田的混合动力汽车品种已有20多个，年产量超过25万辆。燃料经济性能够提高3050。日本与美国还在发展柴油混合动力。美国伊顿正发展液压混合动力驱动系统。世界上比较成熟的混合动力汽车是丰田的Prius(普锐斯）在美国的年销量曾达到3万辆。十五期间专项课题组完成课题十五期间专项课题组完成课题230230个；个；累计投入资金：累计投入资金：218611218611万元。万元。三纵：纯电动汽车；混合动力汽车；燃料电池汽车。三纵：纯电动汽车；混合动力汽车；燃料电池

5、汽车。三横：动力电池；驱动电机；电子控制单元。三横：动力电池；驱动电机；电子控制单元。20082008年北京奥运会年北京奥运会 50辆纯电动大客车（京华辆纯电动大客车（京华BK6122EV)，采用锂离子电池。采用锂离子电池。10辆混合动力客车（串联辆混合动力客车（串联4辆，并联辆，并联6辆），辆），中标单位：东风，中通，郑州宇通，厦门金龙，中标单位：东风，中通，郑州宇通，厦门金龙，京华客车各京华客车各2辆。辆。采用春兰镍氢电池。采用春兰镍氢电池。南车时代电动汽车股份有限公司南车时代电动汽车股份有限公司 由株洲所牵头组建，由株洲所牵头组建，2007.8.31在株洲高新技术在株洲高新技术 开发区挂

6、牌成立。产业化基地总投资开发区挂牌成立。产业化基地总投资7.2亿元。亿元。是目前国内投资规模最大的电动汽车专业化是目前国内投资规模最大的电动汽车专业化 研发制造基地。研发制造基地。天津清源公司天津清源公司在天津开发区建造电动汽车产业化示范基地。总投资1.65亿元。2007年底建成。年产电动汽车2万辆，其中，电动大客车及电动特种车1000辆。2005年底，率先在全国实现电动汽车产业化，106辆电动汽车出口美国。2006年向海外销售电动汽车500辆。2007年来自国际市场的订单超过1000辆。目前，世界最大的电动汽车生产线在法国雪铁龙公司。年产电动汽车3000辆。东风电动车辆股份有限公司东风电动车

7、辆股份有限公司至2007年7月，武汉街头行驶的混合动力公交车达20辆，电动小巴达199辆。东风的电动小巴已销售5000辆，2007年销售达1000辆。一汽集团一汽集团完成了“解放牌混合动力客车”的样车开发，试制整车7辆，其中，2辆已投入长春市示范运行。上汽集团上汽集团 2007年上海国际汽车展上，展出了荣威混合动力轿车年上海国际汽车展上，展出了荣威混合动力轿车 和上海牌第四代燃料电池轿车。和上海牌第四代燃料电池轿车。到到2010年世博会前，将规模投产混合动力轿车、客车，年世博会前，将规模投产混合动力轿车、客车，同时小批量燃料电池轿车实现示范运行。同时小批量燃料电池轿车实现示范运行。按计划，按计

8、划，2010年将有年将有1000辆燃料电池车在世博园中行驶。辆燃料电池车在世博园中行驶。长安集团长安集团 长安提出它的混合动力MPV车要在2008年北京奥运会 前投入批量生产。先从轻度混合动力汽车入手，待市场成熟后，再发展 中度混合和重度混合动力汽车。长安的轻度混合动力MPV汽车能节能20，而成本只增加10。奇瑞公司奇瑞公司 多种新能源技术齐头并进 研究重点在混合动力、纯电动和灵活燃料车。在2007年上海汽车展上，提出了：1、并联式弱混合动力轿车奇瑞A5BSG。2、生物柴油动力的新车型V5。3、燃料电池车B11。研发投入很大，占销售额的10。吉利控股集团吉利控股集团已开发出：电动自行车电动自行

9、车20世纪90年代以来，我国电动车产业迅猛发展。截止2005年，全国电动车生产厂商已超过1200家。相关零配件生产厂商已超过2300家。主要分布在浙江、上海、江苏、山东、天津。年产量超过10万辆的企业约34家。从业人员超过100万。市场保有量将近3000万辆。行业销售规模达200亿元。2005年，年产量1250万辆，2006年，年产量1600万辆。竞争激烈，行业利润下滑。3、电动汽车发展面临的主要问题 电能的储存问题电能的储存问题比能量小，比能量小，40Wh/kg40Wh/kg，汽油的比能，汽油的比能12000wh/kg12000wh/kg普通轿车，普通轿车，50kg汽油，占汽油，占3%重量，

10、行驶重量，行驶700公里。公里。电动轿车，电池电动轿车，电池400公斤，占公斤，占25重量，行驶重量，行驶100公里公里蓄电池的性能差 使用循环次数少，使用循环次数少，700800次；次；快充电性能差；快充电性能差；电池价格贵。电池价格贵。可用动力电池少，（铅酸、镍氢、锂电池可用动力电池少，（铅酸、镍氢、锂电池电池技术是电动汽车的瓶颈电池技术是电动汽车的瓶颈一、铅酸电池一、铅酸电池目前唯一能大量生产供应的，优点：造价低，性能稳定。缺点：比能量低。目前水平：45Wh/kg，800次。1、价格2、比功率3、比能量4、循环寿命5、快充电6、一致性主要指标：好差二、镍氢电池二、镍氢电池 性能和成本介于

11、其它几种电池之间上世纪90年代发展起来的，主要生产商美国OVONIC公司。具有更高的比能量，循环寿命。主要不足：1、有记忆效应，一定要放光再充电。2、充电发热。3、价格仍较高，目前500700美元/kWh。三、锂离子电池三、锂离子电池特点：1、比能量大，达到115Wh/kg。2、循环寿命5001000次。3、自放电率低，每月自放电8%。4、无记忆效应。5、无污染（电池材料不存在有毒物质）。缺点：价格高。四、燃料电池四、燃料电池目前用于电动汽车最现实的是质子交换膜燃料电池。特点：以氢为燃料，无污染，效率高。面临的主要问题：1、氢的来源；2、氢的存储；3、核心材料成本极高。推广使用要20年后。五、

12、超级电容五、超级电容(上海奥威)特点：1、充电速度快。2、循环寿命长，可达10万次。3、充放电效率高，达98%。4、比功率大，达到1000-10000W/kg。5、温度范围广，40到50度。价格是铅酸电池的2倍。缺点：比能量小。上海示范运行的超级电容客车共10辆。超级电容与蓄电池混合前景看好。全球主要蓄电池厂商近年来纷纷在中国投资建厂有全球汽车蓄电池老大美国江森自控有限公司、日本的索尼、三洋、日立、汤浅、西恩迪、松下等知名企业在中国建立蓄电池生产基地。德国博世、日本NEC等以生产软件和电器为主的企业也进入蓄电池领域。我国每年铅的产量为300万吨，其中国内需求250万吨。其余为出口。国内需求中，

13、70-80%用于汽车用蓄电池。二、电动汽车的三种主要型式1 1、纯电动汽车、纯电动汽车 （Battery powered EV)Battery powered EV)2 2、混合动力电动汽车、混合动力电动汽车 (Hybrid EV)(Hybrid EV)3 3、燃料电池电动汽车、燃料电池电动汽车 (Fuel cell EV)(Fuel cell EV)功率功率变换器变换器电池电池控制电路控制电路电动机电动机控制器控制器1、纯电动汽车的动力组成、纯电动汽车的动力组成2、混合动力电动汽车（串联型）、混合动力电动汽车（串联型）发动机发电机控制器电机变速箱主减速器辅助电池3、混合动力电动汽车（行星轮式

14、并联型）、混合动力电动汽车（行星轮式并联型）发动机控制器电机变速箱主减速器辅助电池转矩合成装置4、混合动力电动汽车（套筒式并联型）、混合动力电动汽车（套筒式并联型）发动机电机变速箱主减速器辅助电池控制器 不同混合程度；ISG（Integrated Starter Generator)5、混合动力电动汽车（并联型、混合动力电动汽车（并联型PLUG IN）发动机电机变速箱主减速器辅助电池控制器充电器 节约运行成本混合动力电动汽车混合动力电动汽车 目的：增加续驶里程，高效率，低排污目的：增加续驶里程，高效率，低排污 优点：优点：内燃机按平均功率选取，内燃机按平均功率选取，1530%最大功率最大功率

15、可实现内燃机和电动机的最佳配合可实现内燃机和电动机的最佳配合 可方便回收能量可方便回收能量 闹市区可零排放闹市区可零排放 可解决空调、取暖等问题可解决空调、取暖等问题 可利用现有加油站可利用现有加油站 可延长电池寿命可延长电池寿命 Toyota Prius Toyota Prius 混合动力汽车混合动力汽车 1.5升汽油发动机，最大功率升汽油发动机，最大功率42.6kW/4600min,带永磁交流发电机。带永磁交流发电机。电动机为永磁无刷直流电机，额定功率电动机为永磁无刷直流电机，额定功率30kW。世界上第一个大量生产的混合动力电动汽车；世界上第一个大量生产的混合动力电动汽车；97.12以来，

16、已有以来，已有35000辆在行驶，销往美国辆在行驶，销往美国已有几万辆；已有几万辆；混合动力汽车的现状混合动力汽车的现状2、国内企业热情很高，一汽、上汽、东风、长安等 公司均在开发并联、混联等多种型式的混合动力轿车。3、混合动力正成为通用技术，是汽车动力系统发展的趋势。汽油机、柴油机、天然气发电机、燃料电池发电机都可 向混合动力发展。1、节能减排优势明显。丰田、本田等公司的混合动力品 种已超过20多个，年产量超过25万辆。燃料经济性提高 （3050），减排明显。3 3、燃料电池电动汽车、燃料电池电动汽车 质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池(PEMFC)(PEMFC)工作原理图工作原理图H2阳

17、极电解质（质子交换模）催化剂阴极H22H+2e-2H+e-e-O2H2O2H+2e-+1/2O2质子交换膜燃料电池质子交换膜燃料电池(PEMFC)(PEMFC)工作原理图工作原理图(PEMFC)Proton ExchangeMembraneFuel Cell.FC EV FC EV的优点：的优点：1.1.电堆效率高，电堆效率高，5252 2.2.无污染无污染 3.3.无需蓄电池无需蓄电池 4.4.可用各种燃料可用各种燃料FCEV的动力组成 电机控制器 燃料 电池发动机电动机 单向DC/DC变换器辅助电池能量混合型结构方案 1辅助电池容量大 电机控制器 燃料 电池发动机电动机 双向DC/DC变换

18、器辅助电池结构方案 2功率混合型辅助电池容量小 电机控制器 燃料 电池发动机电动机 双向DC/DC变换器超级电容结构方案 3功率混合型燃料电池城市客车纯电动汽车（中巴）运行中的清华大学电动校园交通车电动车产业化期待系统集成商电动车产业化期待系统集成商动力电池技术尚不成熟，电动车产业化缺乏具体政策扶持，市场运作汇报不明朗，资金投入存在很大风险。很多企业踌躇不前，他们或观望徘徊，或消极等待，不愿成为“第一个吃螃蟹者”。三、电动汽车驱动系统三、电动汽车驱动系统1、电动汽车对电机控制系统的要求、电动汽车对电机控制系统的要求 1 1、优良的转矩控制性能；、优良的转矩控制性能；2 2、宽广的调速范围；、宽

19、广的调速范围；3 3、宽范围的高效率运行区域；、宽范围的高效率运行区域；4 4、高功率密度；、高功率密度；5.5.优良的环境适应性和环保性；优良的环境适应性和环保性；6.6.高可靠性；高可靠性；7.7.有竞争力的价格。有竞争力的价格。0)(nfP)(nfT TPn恒转矩区恒功率区降功区要求异步电机的输出特性：要求异步电机的输出特性：1、低速大扭矩；、低速大扭矩；2、高速大功率。、高速大功率。电动机控制器交流电机控制器控制电路主电路控制器中的CPU主控制板2 2、电动汽车电机控制系统的主要类型、电动汽车电机控制系统的主要类型 直流电机控制系统；直流电机控制系统；无刷直流电机控制系统；无刷直流电机

20、控制系统；异步电机控制系统；异步电机控制系统；开关磁阻电机控制系统。开关磁阻电机控制系统。电机电机 性能性能直流电机直流电机永磁同步电永磁同步电机机异步电机异步电机开关磁阻电开关磁阻电机机最大效率（）最大效率（）858995979495 90 效率效率（10负载）负载）8087909279857886最高转速最高转速（rpm)4000600040001000090001500015000电机费用电机费用/kW($)101015812610控制器成本控制器成本12.53.54.5坚固性坚固性良良良良优优良良信赖性信赖性普通普通良良优优良良表表.1.1 各种电机的特性比较各种电机的特性比较（摘自日

21、本电气学会技术报告）（摘自日本电气学会技术报告）永磁同步电机永磁同步电机 异步电机异步电机适性容量适性容量数十数十W W数十数十kWkW数百数百W W以上以上尺寸、重量尺寸、重量小小 中小中小 结构结构相当简单相当简单 非常简单非常简单 环境适应性环境适应性相当好相当好 非常好非常好 维护维护有点必要有点必要 不要不要 生产性生产性好好 非常好非常好 位置传感器位置传感器要要 不要不要 速度传感器速度传感器不要不要 要要 表表2 2 永磁同步电机与异步电机的特性比较永磁同步电机与异步电机的特性比较表表3 3 永磁同步电机与异步电机的特性比较永磁同步电机与异步电机的特性比较 永磁同步电机永磁同步

22、电机 异步电机异步电机寿命寿命轴寿命轴寿命轴寿命轴寿命弱磁高速弱磁高速困难困难 可能可能 回馈制动回馈制动容易容易 可以可以 永久失磁永久失磁有有 无无 温度特性温度特性无无 有有 控制器控制器控制一台控制一台 控制多台控制多台 直流电机及其控制系统1.1.直流电机的结构直流电机的结构 和原理（并联）和原理（并联）特点：特点：1、励磁电流和电枢励磁电流和电枢 电流可分别控制，电流可分别控制，转矩控制性能好。转矩控制性能好。2、控制简单。、控制简单。IfMnIf0aia2.2.直流电机功率控制器斩波器直流电机功率控制器斩波器 T T2 2、D D1 1电动运行；电动运行；T T1 1、D D2

23、2 制动运行制动运行。ECT1T2MD1D2斩波器主电路斩波器主电路ECT1MD1D2斩波器主电路斩波器主电路串联绕组增加起动转矩的措施PIPWM+-给定电流 Ia*反馈电流 Ia3.3.斩波器的斩波器的PWMPWM控制控制nMn1n2MZM1*(Ia1*)ABM2*(Ia2*)0控制框图控制框图调速原理调速原理4.4.直流电机及其控制系统的优缺点直流电机及其控制系统的优缺点 优点：优点：1.直流电机转矩控制性能优良。直流电机转矩控制性能优良。2.控制简单，回馈控制容易。控制简单，回馈控制容易。3.功率变换器结构简单，使用功率器件少。功率变换器结构简单，使用功率器件少。4.控制器效率高；功率密

24、度高。控制器效率高；功率密度高。5.控制器体积小，重量轻。控制器体积小，重量轻。6.控制器价格便宜。控制器价格便宜。缺点：缺点：1.由于机械换向器和电刷的存在导致的缺点：由于机械换向器和电刷的存在导致的缺点：电机转速低、体积大；需要维护；成本高。电机转速低、体积大；需要维护；成本高。交流电机及其控制系统交流电机及其控制系统1.1.交流电机的主要类型交流电机的主要类型交流交流电机电机1.同步电机2.异步电机（感应电机异步电机（感应电机）转子永磁转子励磁永磁同步电机 (自控式）无刷直流电机转子绕线式转子笼型2.交流电机的定子结构三相电枢绕组ABC+A-A+B-B+C-CUd+C3.3.三相交流电机

25、功率变换器主电路构成三相交流电机功率变换器主电路构成功率变换器主电路功率变换器主电路交流电机电枢绕组交流电机电枢绕组无刷直流电机控制系统无刷直流电机控制系统转子位置 传感器 三相功率三相功率 变换器变换器控制电路控制电路无刷直流电机无刷直流电机控制器1.1.系统构成系统构成2.2.无刷直流电机与永磁同步电机差别无刷直流电机与永磁同步电机差别t20B0(e0)永磁同步电机无刷直流电机无刷直流电机一对极下不同的气隙磁密分布图一对极下不同的气隙磁密分布图三相无刷直流电机的无载电势三相无刷直流电机的无载电势eAeBeC0t13542663.3.无刷直流电机工作原理无刷直流电机工作原理iAABiBCiC

26、SNFABFACFBCFBAFCAFCBXYZF0 有6个定子空间磁势。根据转子位置传感器检 测到的转子位置和要求 转向来决定产生哪一个 磁势。产生的平均转矩最大。定子磁势拉转子磁势旋转，为了使平均转矩最大。两者的平均空间电角度为900。SNF0nFABFAC60o60o4.4.无刷直流电机控制框图无刷直流电机控制框图-A+2iaibiciaibicIREFPIPWM逻辑变换PS+A+B+C-B-CIFPosition Sensor三相反馈电流三相反馈电流输出输出6 6路驱动信号路驱动信号电动状态：A管导通，B管PWM。B管导通时电流上升，B管关断时电流下降。Ud+A-AC+B-B+C-C转子

27、位置传感器状态：+A、B相导通。回馈状态：转子位置传感器状态：+A、B相导通。+A管、B管均关断，B管子PWM。Ud+A-AC+B-B+C-C电流产生拖动转矩电流产生制动转矩5.5.无刷直流电机的电动、无刷直流电机的电动、回馈制动控制逻辑控制回馈制动控制逻辑控制PS逻辑变换PWM 输入+a-a+b-b+c-c转子位置转子位置传感器传感器+A-A+B-B+C-C驱动信号 输出电动电动“1”回馈制动回馈制动“0”6.6.无刷直流电机及其控制系统的优缺点无刷直流电机及其控制系统的优缺点 优点：优点：1.具有直流电机的控制特性。具有直流电机的控制特性。2.控制相对简单。控制相对简单。3.电机效率高，体

28、积小。电机效率高，体积小。缺点：缺点：1.由于永磁材料贵，电机价格较贵。由于永磁材料贵，电机价格较贵。2.过热容易导致永久性失磁。过热容易导致永久性失磁。3.弱磁运行较困难。弱磁运行较困难。4.需要转子位置传感器。需要转子位置传感器。异步电机及其控制系统异步电机及其控制系统1.1.异步电机变频调速原理异步电机变频调速原理)1(0snnpfn600 转子绕组中的电压、电流靠感应产生。转子绕组中的电压、电流靠感应产生。正常运行时，电机转速接近旋转磁场转速正常运行时，电机转速接近旋转磁场转速。0nT01n02nAB不同频率下的异步电机机械特性2.2.变频调速的主要控制方法变频调速的主要控制方法 基于

29、稳态的控制基于稳态的控制 变压变频控制（变压变频控制（Variable Voltage Variable Frequency)简称简称VVVF控制；控制；脉宽调节控制（脉宽调节控制（Pulse Width Modulation)简称简称PWM控制。控制。1.SPWM;2.电压空间矢量电压空间矢量PWM；3.优化优化PWM;4.随机随机PWM;5.基于动态的控制：基于动态的控制：高性能的控制方法高性能的控制方法 转子磁场定向矢量控制（等效直流电机控制）转子磁场定向矢量控制（等效直流电机控制）（2020世纪世纪7070年代，由德国西门子公司的年代，由德国西门子公司的F.BlaschkeF.Blas

30、chke提出。）提出。）1.1.直接矢量控制；直接矢量控制；2.2.间接矢量控制。间接矢量控制。直接转矩控制直接转矩控制 直接对转矩和磁链闭环控制。直接对转矩和磁链闭环控制。（19851985年德国学者年德国学者 M.Depenbrock M.Depenbrock 首次提出首次提出。）3.3.异步电机滑差频率控制框图异步电机滑差频率控制框图s*r*P IFG+rs*r+1I1*cos1tcos(1t-120o)cos(1t-240o)乘法器ia*iaib*icic*ib+PIPWMPIPWMPIPWM三角波驱动信号产生a-ab-bc-cI1=f(s)+基本原理：在机械特性的线性段，电磁转矩基本

31、原理：在机械特性的线性段，电磁转矩 正比于滑差频率。正比于滑差频率。函数发生器TM2+I1TI1MI2TI2M1(a)直流电机 模型2I1MI1TI2TI1F0F2F1(b)电流、磁势向量图4.4.异步电机矢量控制异步电机矢量控制矢量控制原理 经3/2变化、旋转变换后，异步电机变成了直流电机模型。将M-T坐标的M轴定在异步电机转子磁链的方向上，可得 到最简单的方程形式。2T21TM0I LI L2M21MM2ILIL转子磁链方程22 M2d/d0tR I22 TS20R I转子电压方程稳态时2d/d0t所以2M0IM1M2L I 等效直流机模型的方程等效直流机模型的方程M2T1T2LIIL M

32、1M2L I2T2TpI 转矩控制如何实现？22TI和1MI1TI和2211M1TIIISr)d(t和21TS21MRILI其中 矢量控制思路矢量控制思路 最终控制定子磁场的幅值与空间位置来实现最终控制定子磁场的幅值与空间位置来实现。磁链观测算法转速检测驱动电路三相逆变器IM蓄电池PG电容3/2变换转矩计算Isr控制算法(PI,空间电压矢量计算等)转矩和磁链设定算法*1 ti*rr1 ti1mi1mi1 tiTrIs*Va*Vr给定异步电机直接矢量控制框图uua,b,cia,b,cn转子磁链观测R坐标变换iq*iq+-PIUq*id*id+-PIUd*坐标变换ua,b,cu*+PI-+-控制框

33、图控制框图转子磁链准确定向方法转子磁链准确定向方法dqi1R0idid观测磁链领先实际磁链时实际励磁分量id要比观测值id小。实际电压小于观测电压。dqi1R0idid观测磁链落后实际磁链时id大于id实际电压大于观测电压。5.5.异步电机直接转矩控制异步电机直接转矩控制 控制原理：控制原理：通过检测电机定子电压、电流，借助瞬时空间通过检测电机定子电压、电流，借助瞬时空间 矢量理论来计算电机的磁链和转矩。矢量理论来计算电机的磁链和转矩。给定的磁链和转矩分别与计算值比较，对差值给定的磁链和转矩分别与计算值比较，对差值 进行滞环调节（也称砰砰控制）。进行滞环调节（也称砰砰控制）。再根据再根据定子磁

34、链的空间位置、磁链与转矩定子磁链的空间位置、磁链与转矩的调的调 节结果，来确定逆变器的开关信号。节结果，来确定逆变器的开关信号。逆变器IM3/23/2idiquduq观察器qdT计算DTT1计算D1+N+开关表6*Ud+*1T1r 速度传感器 直接转矩控制框图直接转矩控制框图 直接转矩控制的优缺点直接转矩控制的优缺点 优点：优点：1.电机模型在定子坐标系下，只需电机模型在定子坐标系下，只需3/2变换。变换。2.观测的是定子磁链，受电机参数影响小。观测的是定子磁链，受电机参数影响小。3.强调对转矩的直接控制，所以转矩响应迅速。强调对转矩的直接控制，所以转矩响应迅速。缺点：缺点：1.低速时的转矩脉

35、动。低速时的转矩脉动。2.由于没有电流闭环，容易产生过流。由于没有电流闭环，容易产生过流。开关磁阻电机控制系统开关磁阻电机控制系统6/4极的开关磁阻电动机极的开关磁阻电动机1.1.开关磁阻电机结构开关磁阻电机结构 定、转子为结构双凸结构定、转子为结构双凸结构。定、转子齿满足错位原理，定、转子齿满足错位原理，即错开即错开1/m转子齿距。转子齿距。通电一周，转过一个转子齿通电一周，转过一个转子齿。需要转子位置传感器需要转子位置传感器。AABBCC 开关磁阻电机的开关磁阻电机的 转矩瞬时值正比于转矩瞬时值正比于 电流的平方，电流的平方，也正比于电感对转也正比于电感对转 子位置角的变化率。子位置角的变

36、化率。2.2.开关磁阻电动机工作原理开关磁阻电动机工作原理21d2dLTi转矩：靠磁通收缩产生转矩AXBYCZ1234563.3.开关磁阻电机功率变换器主电路开关磁阻电机功率变换器主电路A相4.4.开关磁阻电机及其控制系统的优缺点开关磁阻电机及其控制系统的优缺点 主要优点：主要优点：1.1.电机结构简单，制造容易。电机结构简单，制造容易。2.2.控制相对简单。控制相对简单。3.3.控制器主电路不会出现直通现象。控制器主电路不会出现直通现象。缺点：缺点：1.1.起动时的噪声脉动转矩较大。起动时的噪声脉动转矩较大。2.2.需要转子位置传感器需要转子位置传感器。四、电机及其控制系统的主要研究方向四、

37、电机及其控制系统的主要研究方向 电机与控制器一体化的优化设计研究电机与控制器一体化的优化设计研究电机设计要考虑逆变器供电的特点：电机设计要考虑逆变器供电的特点：du/dt,谐波。谐波。逆变器设计要考虑电动汽车电机的特点：大过载。逆变器设计要考虑电动汽车电机的特点：大过载。安装空间有限，运行环境恶劣。安装空间有限，运行环境恶劣。新的控制策略研究新的控制策略研究更理想的转矩控制性能；更理想的转矩控制性能；更低的输出谐波含量，更低的输出谐波含量，更低的电机谐波损耗。更低的电机谐波损耗。高频软开关应用技术研究高频软开关应用技术研究用高频减小低速下的转矩脉动电磁噪声；用高频减小低速下的转矩脉动电磁噪声；用软开关解决功率开关器件的开关损耗，用软开关解决功率开关器件的开关损耗，减小电磁干扰。减小电磁干扰。电机的新材料、新结构、新工艺电机的新材料、新结构、新工艺例如：永磁材料、非晶铁心、多极高频电机。例如：永磁材料、非晶铁心、多极高频电机。数字化控制技术和网络化通讯技术研究数字化控制技术和网络化通讯技术研究 系统的电磁兼容技术研究系统的电磁兼容技术研究电机及其控制系统追求的目标：1、高性能；2、高可靠；3、低成本。实现产业化！燃料电池客车用电机及其控制器风冷的电机与控制器燃料电池客车用电机及其控制器水冷电机与控制器谢 谢 大 家