电机知识整理.doc
《电机知识整理.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机知识整理.doc（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
直流电动机（DCM）
n优点：
直流电动机在电力驱动性能卓越，速度控制比较简单，控制技术成熟。
所以在早期的电动汽车上多采用直流电动机，特别是在公共运输汽车上。
n缺点：
驱动系统体积大，效率与可靠性低，需经常维护，电机带有机械换向器（电刷）等原因，限制了电动机的过载能力和速度的进一步提高。
n现状：
晶体管功率半导体的发展使交流感应电动机和永磁电动机已趋于成熟，在新研制的混合动力电动汽车上已经基本不用直流电动机。
感应电动机（IM）
n优点：
结构简单，可靠性高，对环境适应性好，成本和维护费用低，转速范围可达12000-15000r/min，效率较高，与直流电动机相比，体积可减小一半。
驱动技术也最成熟，是广泛运用的混合动力驱动电机。
n缺点：
损耗高，需要对电机不断冷却，效率比永磁同步电机、开关磁阻电动机低，功率因素也比永磁无刷电动机低，对于高速度、大功率电机需要用大功率功率变化器，恒功率区域较小等等，这都对感应电机在混合动力电动汽车中的应用有很大的影响。
n现状：
是应用最广、生产量最大的电动机，在市场上所有的中小型电机中约占75%。
n应用：
l美国GM公司的EVI采用功率为102kW的IM；
l菲亚特公司生产的Tempra并联式混合动力电动汽车采用额定功率为21.5kW的IM；
lVolvo生产的串联式混合动力电动汽车采用2台额定功率为65kW的IM；
l一汽解放客车CA6110HEV也采用了IM。
无刷直流电动机（BDCM）
n优点：
功率密度大，转速和转矩密度高，易冷却；
n缺点：
采用方波驱动，存在一定程度的振动，控制精度不高；
n现状：
被应用于大量的电动汽车上；
n应用：
l清华大学研发的EV6580电动汽车采用BDCM；
l深圳明华生产的复合电动中巴等采用BDCM。
永磁同步电机（PMSM）
n优点：
结构上与无刷直流电动机相似，但采用正弦波驱动，所以在具备BDCM优点的同时，还具有低噪声，体积小，功率密度大，转动惯量小，脉动转矩小，高控制精度的特点，特别适用于混合动力电动汽车电机驱动系统，以达到减小系统体积，改善汽车加速性能和行驶平稳度等目的；
n缺点：
暂无资料
n现状：
受到了全世界各大汽车生产厂家的重视，特别是日本在电动汽车用的PMSM及其控制方法上开展了很多研究，并取得了显著的成果。
n应用：
l丰田Prius混联式混合动力电动汽车采用了额定功率为33kW的PMSM；
l日本Nissan公司生产的AltraEV使用了额定功率为62kW的PMSM；
lHonda公司的混合动力电动汽车Insight采用了额定功率为10kW的PMSM。
开关磁阻电动机（SRM）
n优点：
结构简单牢固，没有换向器，转子上没有绕组和永磁体，只在定子上有集中绕组，维护修理容易，成本低，调速范围宽，转速可高达15000-20000r/min，控制灵活，并能故障运行；
n缺点：
运行时噪声、转矩纹波大，强非线性，功率变换器的结构复杂，过多的电流波动和电磁干扰噪声等严重的影响了它的运用，控制方法还不够成熟；
n现状：
作为一种新型的电动机越来越受到人们的注意，并被认为是混合动力电动汽车驱动电机中最有潜力的电机之一。
SRM本身可以运行于极宽的恒功率区，转矩-速度特性适合于电动汽车，而且在很广的范围内保持高效率，更加适合电动汽车动力性能要求。
SRM目前的电动汽车上应用还较少。
n应用：
l霍顿汽车公司的ECOmmodore；
l东风汽车的EQ6110HEV公交车；
l二汽集团开发的EQ6690型电动汽车采用SRMD。
混合动力电机的工作区域
汽车用电机传动系统的特性曲线如下图所示，这条特性曲线分为两个区域：
nI区：
恒转矩区，功率随转速的提高线性增加；
nII区：
恒功率区，转矩随着转速的提高呈双曲线衰减。
对于城市工况下和山区旅游用汽车，经常处于起动、停车，加速、减速的状态，转速小，但要求输出转矩的变化较大，需要克服惯性阻力，因此这种工况下的汽车绝大多数时间运行于恒转矩区中；
对于行驶于高速公路上的汽车而言，汽车行驶比较平稳，车速高，没有特别大的加、减速情况，转矩消耗比较小，主要用来克服行驶阻力，大多数时间运行于恒功率区
电机控制技术的发展
变压变频（VVVF）开环调速：
早期交流调速采用的控制方式，基频以下采用恒压频比控制，低速时通过提升电压来获得大转矩，基频以上采用弱磁升速。
开环调速方式导致动态性能很差，另外在某些速度段的振荡也影响了稳态性能，
由于实现简单，目前仍广泛应用于风机和泵类等对控制性能要求不高的场合。
滑差频率控制：
在VVVF开环调速之后出现，是一种基于电机稳态模型的速度闭环控制方式，可以获得比较好的稳态性能，在早期的一些轧钢、电力机车上得到了比较广泛的应用。
基于电机稳态模型的，在动态过程中转矩和磁链的变化并没有得到很好的控制，因此动态性能比较差，不能满足现代高性能调速的要求。
变频调速：
20世纪50年代中期，晶闸管的研究开创了电力电子发展的新时代，同时也使交流调速产生了一次飞跃，告别低效耗能的不能调速或串电阻、电磁离合器等调速方式；
其中：
1964年引入了在通信领域常用的脉宽调制（PWM）思想；
1971年提出了交流电机磁场定向控制原理和定子电压坐标变换，在此基础上发展起来的矢量控制是交流调速史上的一次质的飞跃。
矢量控制通过引入坐标变换，实现了交流电机的磁链和转矩的解祸，这样可以在保持磁场定向的情况下模仿直流电机进行转矩控制，使交流电机的动态性能可以与直流电机相媲美。
矢量控制使交流调速步入了高性能的调速时代，但却引出了新的问题，比如控制对电机参数的依赖比较大，如果预先没有准确辨识电机参数，或电机在运行过程中发生了变化，将导致磁场定向不准，并影响到转矩输出的动、静态性能。
1985年提出了直接转矩控制（DTC）的方法采用空间矢量的分析方法，直接在定子坐标系下计算和控制交流电动机的转矩，采用定子磁场定向，借助于离散的两点式调节（Band-Band控制）产生PWM信号，直接对逆变器的开关状态进行最佳控制，以获得转矩的高动态性能。
它不需要对转矩和磁链进行解祸，因此没有复杂的坐标变换，没有通常的PWM信号发生器。
他的控制思想简单，控制手法直接，信号处理的物理概念明确。
直接转矩控制系统的转矩响应迅速，限制在一拍以内，且无超调，是一种具有高静动态性能的交流调速方法。
现代功率器件技术的发展是非常快速的。
上世纪80年代以来以GTO,BJT,MOSFET为代表的自关断器件得到了长足的发展，尤其是以IGBT,IGCT为代表的双极型复合器件的惊人发展，使得电力电子器件沿着大容量、高频、易驱动、低损耗和智能模块的方向推进。
伴随着器件的发展，高压大容量逆变器也日益高性能化。
以IGBT为例，耐压4500V和6500V的器件也开始商品化了。
微电子技术的发展也是惊人的，尤其是DSP技术，以TI,AD和Motorala为代表的DSP研发和生产公司已经使DSP的处理能力达到上百兆赫兹，这为复杂的高性能控制算法提供了坚实的基础。
矢量控制是一般应用永磁同步电机（PMSM）系统中采用的优良的控制方式。
为扩展电机速度范围，许多PMSM系统采用弱磁控制策略，或采用与之本质相同的相位超前控制策略。
目前高性能电动汽车用PMSM系统也采用矢量控制方式，采用弱磁控制策略扩展电动汽车的速度范围。
但采用上述一般的PMSM系统控制技术应用于电动汽车需要进一步解决一些特殊的技术难题，例如保证汽车快速起动的动力学性能:
提高车载蓄电池的有效利用以延长汽车一次充电续行里程:
系统可靠性和鲁棒性的保证等。
起动、加速等动力学性能的提高是加速电动汽车实用化的关键之一，直接转矩控制（DTC）与矢量控制相比具有更好的动态性能。
目前，感应电机驱动的电动汽车用DTC控制器已研制成功，但是永磁同步电机的直接转矩技术却还不是很成熟。
永磁同步电机直接转矩控制的发展现状
直接转矩控制（DTC）是继矢量控制之后出现的一种新型交流调速技术，由德国的Depenbrock教授在1985年提出，控制对象是感应电机。
DTC问世以来得到了国内外学者们的强烈关注，并发表了大量关于研究感应电机的DTC方法的论文。
目前感应电机的直接转矩控制技术已经日趋成熟，在德国己经进入了实用阶段，主要应用于大功率列车的主传动系统中。
基于直接转矩控制的通用变频器--ABB公司研制的ACS600也已经出现，同时也出现了大量关于感应电机驱动的电动汽车用直接转矩控制的相关研究。
永磁同步电机（PMSM）的直接转矩控制与感应电机相比，技术相对滞后。
主要原因在于：
由于转子结构的差异，Pu6`1M系统不能照搬感应电机的直接转矩控制理论，诸如零空间电压矢量对电机定子磁链与电机的输出转矩的作用等;PMSM系统从矢量控制到直接转矩控制的简化程度远没有感应电机相应的简化程度大，因此PMSM的直接转矩控制还没有受到足够的重视。
近年来，国外学者开始将直接转矩控制技术引入到PMSM中，英国、意大利、芬兰、美国、日本、澳大利亚、加拿大等国家的学者在PMSM的直接转矩控制方式下的系统实现、弱磁、磁链选择、无位置传感控制、降低转矩脉动、定子电阻辨识等方面都进行了初步研究。
总的来讲，这方面的研究不多，更不够深入，没有出现实用化的成果。
国内在该方向上的研究很少，目前仅有南京航空航天大学、浙江大学、天津大学等几家单位刚刚开始相关的研究。
直接转矩控制技术的诸多特点决定了其在混合电动汽车的电机传动系统中有着非常实用的价值，将直接转矩控制用于混合动力电动汽车将能全面提高电动汽车各项性能。
永磁同步电机的特点
由于永磁材料的使用，使得永磁同步电动机有如下共同特点：
电机电磁转矩纹波系数小，运行转速平稳，动态响应快速，过载能力强。
同步电动机比异步电动机对电压和负载转矩的扰动具有更强的承受能力。
异步电动机负载转矩发生变化时，要求电机的转差也跟随变化，即电机的转速发生相应的变化，但是系统转动部分的转动惯量阻碍电机转速的相应变化，从而降低了电机响应的频率。
永磁同步电动机的负载转矩发生变化时，仅需要电机的功角适当改变，而转速维持在原来的同步逮不变，转动部分的转动惯量不会影响电机转矩的快速响应。
永磁同步电动机的瞬间最大转矩可以达到额定转矩的三倍以上，使得永磁同步电机非常适合在负载转矩变化较大的工况下运行。
高功率因数、高效率。
永磁同步电动机与异步电动机相比，根本不需要无功励磁电流，以致能够得到比异步电动机高很多的功率因数，进而得到相对更小的定子电流和定子铜耗，并且永磁同步电机在稳态运行时没有转子铜耗，进而可以因总损耗降低而减小风扇容量甚至去掉风扇，从而减小甚至省去了相应的风摩损耗。
这样，它的效率比同规格的异步电动机可以提高2-8个百分点。
与电励磁同步电动机相比，永磁同步电动机省去了励磁功率，提高了效率，使得控制更为方便。
而且，永磁同步电动机在25%-120%额定负载范围内均可以保持较高的功率因数和效率，使轻载运行时节能效果更为显著，在长期的使用中可以大幅度地节省电能。
体积小、重量轻。
近些年来随着高性能永磁材料的不断应用，永磁同步电动机的功率密度得到很大提高，比起同容量的异步电动机来，体积和重盈都有较大的减少，使其适合应用在许多特殊场合。
结构多样化，应用范围广。
永磁同步电动机由于转子结构的多样化，产生了特点和性能各异的许多品种，从工业到农业，从民用到国防，从日常生活到航空航天，从简单电动工具到高科技产品，几乎无所不在.
可靠性高。
与直流电动机和电励磁同步电动机相比，没有电刷，结构简单，系统的可靠性自然要高。
一、永磁材料与永磁电机
1.永磁材料又称硬磁材料，经外部磁场饱和充磁以后，无需外部能量而能持续提供磁场的一种材料。
2.电机用永磁材料比较：
性能
铝
升级会员 