纯电动汽车用电机及其控制技术发展概况和趋势教案资料.doc
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1、纯电动汽车用电机及其控制技术发展概况和趋势纯电动汽车用电机及其控制技术发展概况和趋势摘 要:纯电动汽车已成为未来汽车工业的发展方向,而微型、低速、短程的纯电动乘用车更适于普及,随着其普及,低压交流电机控制器的市场需求会日益增长,因此,研究微型纯电动汽车用电机及其控制技术发展概况和趋势,对于电动汽车产业的发展具有重要的参考作用。关键词:纯电动汽车;电机控制;发展概况;趋势1 研究的背景及意义1.1 研究的背景随着资源与环境双重压力的持续增大,电动汽车已成为未来汽车工业的发展方向。电动汽车具有环保、节约、简单三大优势,这在纯电动汽车上体现尤为明显:以电动机代替燃油机,由电机驱动而无需变速箱。相对于
2、变速箱,电机结构简单、运行可靠。随着国家节能与新能源汽车补贴政策的出台,我国重点扶持纯电动汽车的战略路线基本确定。当前市场在售或即将进入市场的纯电动汽车基本都是高端电动车,价格大都在15万元以上,甚至有的达到20多万元,即便是享受国家补贴,但大部分人还是觉得价格偏高,同时担心充电设施不配套及电池的续航里程短等问题,导致企业已上“公告”的纯电动汽车迟迟无法推出市场,个别已上市的产品也得不到消费者的认可,“热政策”遇到了“冷市场”。相反,低速电动汽车因为价廉物美,得到了不少消费者的青睐。在山东、河北、河南、浙江等地一些城镇,节能环保低速纯电动汽车已形成一定的规模,数量日益增长。1.2 研究的意义发
3、展低速电动汽车具有长远的战略意义。从现实角度来看,低速电动汽车是推动我国电动汽车产业化、开启电动汽车大规模消费市场的最佳产品;从长远发展来看,通过低速电动汽车的技术升级提升高端电动汽车的核心技术。相信国家行业主管部门会在立足国情的基础上,出台低速电动汽车标准法规,引导低速电动汽车行业的规范发展,为低速电动汽车健康发展营造良好的市场环境。2 纯电动汽车用电磁型电机分类介绍纯电动汽车用电磁型电机大致可以分为直流电机和交流电机,交流电机包括交流异步电机(感应电机)和交流同步电机。车用交流同步电机一般是永磁同步电机或是开关磁阻电机。当永磁同步电机工作在方波换向模式时,又常称为无刷直流电机。2.1 直流
4、电机直流电机由定子、转子、换向器和电刷组成,定子上有磁极,转子有绕组,通电后,转子上也形成磁极,定子和转子的磁场之间有一个夹角,在定转子磁场的相互吸引下,使电机旋转。直流电机商品化历史最长,控制简单且具有优良的电磁转矩控制特性,串励直流电机、他励直流电机、永磁(有刷)直流电机控制系统至今仍在电动车辆中大量应用,缺点是电机本身结构复杂,机械换向,有电刷的维护问题,换向的电火花会产生严重的电磁干扰,高速可能有环火,不适宜高速运行,体积偏大,防护差。鉴于缺点众多以及其他电机驱动系统的迅速发展,可以预见,直流电机将逐步被淘汰。2.2 交流异步电机交流异步电机由定子和转子构成,简单坚固,成本较低。在运行
5、时,定子通过交流电而产生旋转磁场,旋转磁场切割转子中的导体,在转子导体中产生感应电流,转子的感应电流产生一个新的磁场,两个磁场相互作用则使转子转动。3 电机控制技术发展概况3.1 交流异步电机控制发展迅速交流异步电机控制复杂,近年之所以得到迅速推广,主要得益于电力电子技术、微处理器技术和交流电机控制技术的发展。交流异步电机的控制方式包括v/f控制、滑差频率控制、矢量控制(磁场定向控制和直接转矩控制)。20世纪90年代前常用前两种,但存在转速控制范围小,转矩控制特性不理想的问题,近年来,为得到最佳的控制性能,高端电机控制器一般都采用矢量控制技术。3.2 永磁同步电机应用广泛永磁同步电机是利用永磁
6、体建立励磁磁场的同步电机,其定子产生旋转磁场,转子用永磁材料制成,磁场相互作用使转子转动。永磁同步电机具有效率高、转矩和功率密度大、功率因数高、可靠性高和便于维护等优点。3.3 无刷直流电机成本优势明显无刷直流电机多为表贴式永磁同步电机,但一般基于hall反馈采用方波换相控制,大大降低了控制器成本,但因受限于转子位置分辨精度差(30电角度)、控制策略过于简单以及极差的高速弱磁性能,较少作为车用中置驱动电机。3.4 开关磁阻电机应用受限开关磁阻电机的定子和转子铁心均由硅钢片叠压而成定,转子冲片均有一齿槽,构成双凸极结构,依定子和转子片上齿槽的多少,形成不同的极数。开关磁阻电机的工作原理遵循“磁阻
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