6.第六章-电动汽车电机

二零一四年元月第六章电动汽车电机主讲：赵振宁新能源汽车电工电子与电力电子基础2能说出永磁同步直流无刷电机中的永磁、同步、直流、无刷分别指什么。能说出汽车变频器控制下的电机工作特性。能说出汽车变频器“两两导通”和“三三导通”的换流过程。知识目标3

能更换汽车永磁直流同步无刷电机。能正确拆装汽车永磁直流同步无刷电机。能对汽车永磁直流同步无刷电机进行必要的检查。能对汽车永磁直流同步无刷电机的液冷系统进行检查。技能目标4第一节电动汽车电机一、电机种类电机根据电源的电压幅值和频率是否变化分为驱动电机和控制电机两种。5二、驱动电机驱动电机是电源的特征（电压幅值和频率）不发生变化的电机，工作机械特性只取决于负载阻力的大小。例如，电机的端电压ｕ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋φ），在我国有三相电机和单相电机两种，我国工频电为５０Ｈｚ（ω＝１００π），线电压为３８０Ｖ，相电压为２２０Ｖ。因此有:三相电机：ｕ＝３８０槡３ｓｉｎ（１００πｔ＋φ）Ｖ单相电机：ｕ＝２２０槡２ｓｉｎ（１００πｔ＋φ）Ｖ由于电压幅值Ａ不变、角频率ω不变、初始角φ不确定，整个电机的机械特性取决于电机的负载大小，这就是驱动电机（工频电机）。第一节电动汽车电机6三、控制电机控制电机的电源是直流电，经变频器控制输出幅值和频率的电机，工作机械特性不仅取决于负载阻力的大小，也取决于变频器的控制电流输出大小。控制电机的端电压仍为ｕ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋φ），电动汽车为三相电机，电机端电压随以下参数的变化而变化：１）电压幅值Ａ：幅值Ａ是变值。２）角频率ω：ω也可以从零调节到几百赫兹（Ｈｚ）。３）初始角φ：φ为确定值。整个电机的机械特性取决于电机控制目标的大小，这就是控制电机。汽车上的控制电机应用有很多，如电动汽车或传统汽车采用的电动转向电机，电动汽车驱动电机和空调驱动电机。第一节电动汽车电机7四、电动汽车对电机的要求（１）过载能力要强（２）基速比要大（３）设计目标要求高（４）功率密度要高（５）可控性要好（６）工作环境差第一节电动汽车电机8第二节电动汽车永磁电机结构一、永磁无刷电机的优点１）电机转子由高磁能永磁材料制作，对于给定的输出功率，它的质量和体积能够大大减小，使得功率密度提高。２）转子为永磁体，转子铜损耗小于感应电机，其效率高于感应电机。３）电机发热主要集中在定子上，易于采取散热措施。４）永磁体没有其他励磁制造缺陷、过热或机械损坏的限制，因而可靠性较高。汽车永磁电机按有无换向电刷可分为两类：永磁有刷直流电机和永磁无刷直流电机。根据输入电机接线端的交流波形，永磁无刷电机可分为永磁同步电机（正弦波）和永磁无刷直流电机（矩形波）。9二、三相直流无刷电机１.三相原始电机基本结构第二节电动汽车永磁电机结构10２.加倍降波动为了降低电机转子的转矩波动，通常要将定子相数和转子磁极数加倍，在两倍（相当于两缸发动机）原始电机Ａ相中，Ａ１Ｘ１和Ａ２Ｘ２串在一起构成Ａ相，通电时会同时产生磁通。二、三相直流无刷电机第二节电动汽车永磁电机结构11第三节三相逆变过程电机的转矩控制本质是两个要素的控制，第一是什么时间控制开关管导通；第二是开关管导通持续的时间（电角度）是多少。一、变频器12二、电流导通方式１.两两导通第三节三相逆变过程13２.三三导通二、电流导通方式第三节三相逆变过程14三、定时和定量控制第三节三相逆变过程15第四节电机转子位置传感器一、电机转子初始角功率晶体管的换相信号需要从电机转子位置传感器的状态得出，换相时刻即相序信号状态改变的时刻。因此，电机转子位置和三相绕组相对关系对于电机的正确方向运行非常重要。电机转子位置传感器分为有传感器型和无传感器型两种，电机位置传感器即电机转子转速传感器，由于表达过于冗长，一般称为电机解角传感器。16二、电机转子位置识别１.有位置传感器型永磁直流无刷电机位置传感器是组成无刷直流电机系统的三大部分（电机、变频器、位置传感器）之一，也是区别于有刷直流电机的主要标志。其作用是检测电机转子在运动过程中的位置，将转子磁极的位置信号转换成电信号，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，以控制功率晶体管的导通与截止，使电机电枢绕组中的电流随着转子位置的变化按次序换向，形成气隙中的旋转磁场，驱动永磁转子连续不断地旋转。第四节电机转子位置传感器17２.无位置传感器型二、电机转子位置识别段式起动法：电机静止时的转子停留的位置决定了变频器第一次应触发哪两个功率晶体管，而在没有位置传感器时判断转子初始位置很复杂；可以先让变频器任意两相导通，并控制电机电流，通电一段时间后，转子就会转到与该导通状态相对应的一个预知位置，完成转子的定位；转子定位后，根据驾驶人变速杆的位置（Ｄ或Ｒ），就可知道接下来应触发的变频器功率器件。基于以上这种想法，人们提出了三段式起动法。三段式起动法是信号发生器控制同步电机的运行状态从静止开始加速，直至转速足够大到产生可识别的反电势信号，再切换至反电势法控制无刷电机运行状态，实现电机起动