电动车驱动电机及其控制技术综述.doc

电动车驱动电机及其控制技术综述 2009-5-29 15:51:35 关注率：234 ??? 简述了电动车驱动系统及特点，在此基础上详细分析并比较了电动车主要电气驱动系统，着重介绍了一种深埋式永磁同步电动机及其控制系统，最后简要概述了电动车电气驱动系统的发展方向。 1 概述 ??? 电动车是一种安全、经济、清洁的绿色交通工具，不仅在能源、环境方面有其独特的优越性和竞争力，而且能够更方便地采用现代控制技术实现其机电一体化的目标，因而具有广阔的发展前景。 ??? 现有电动车大致可以分为以下几个主要部分：蓄电池、电池管理、充电系统、驱动系统、整车管理系统及车体等。驱动系统为电动车提供所需的动力，负责将电能转换成机械能。无论何种电动车的驱动系统，均具有基本相同的结构，都可以分成能源供给子系统、电气驱动子系统、机械传动子系统三部分，其中电气驱动子系统是电动车的心脏，主要包括电动机、功率电子元器件及控制部分。如图1所示。 ? ??? 其中，电动车驱动系统均具有相同或相似的功能模块，如图2所示。 ? 2 电动车电气驱动系统比较 ??? 电动机的类型对电气驱动系统以及电动车整体性能影响非常大，评价电动车的电气驱动系统实质上主要就是对不同电动机及其控制方式进行比较和分析。目前正在应用或开发的电动车电动机主要有直流电动机、感应电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机四类。由这四类电动机所组成的驱动系统，其总体比较如下表所示。 电动车电气驱动系统用电动机比较表 ? ??? 下面分别对这几种电气驱动系统进行较为详细地分析和阐述。 2.1 直流驱动系统 ??? 直流电动机结构简单，具有优良的电磁转矩控制特性，所以直到20世纪80年代中期，它仍是国内外的主要研发对象。而且，目前国内用于电动车的绝大多数是直流驱动系统。 ??? 但普通直流电动机的机械换向结构易产生电火花，不宜在多尘、潮湿、易燃易爆环境中使用，其换向器维护困难，很难向大容量、高速度发展。此外，电火花产生的电磁干扰，对高度电子化的电动汽车来说将是致命的。此外，直流电动机价格高、体积和重量大。随着控制理论和电力电子技术的发展，直流驱动系统与其它驱动系统相比，已大大处于劣势。因此，目前国外各大公司研制的电动车电气驱动系统已逐渐淘汰了直流驱动系统。 2.2 感应电动机驱动系统 ??? 2.2.1 感应电动机 ??? 电动车感应电动机与一般感应电动机相比较具有以下特征： ??? （1）稳定运行时，与一般感应电动机工况相似。 ??? （2）驱动电动机没有一般感应电动机的起动过程，转差率小，转子上的集肤效应不明显。 ??? （3）运行频率不是50Hz，而是远远在此之上。 ??? （4）采用变频调速方式时，转速与极数之间没有严格对应关系。???? 为此，电动车感应电动机设计方面如下特点： ??? （1）尽力扩大恒转矩区，使电动机在高速运转时也能有较高转矩。而要提高转矩，则需尽量减小定转子之间的气隙，同时减小漏抗。 ??? （2）更注重电动机的电磁优化设计，使转矩、功率和效率等因素达到综合最优。 ??? （3）减少重量、体积，以增加与车体的适配性。 ??? 2.2.2 控制技术 ??? 应用于感应电动机的变频控制技术主要有三种：V/F控制、转差频率控制、矢量控制。20世纪90年代以前主要以PWM方式实现V/F控制和转差频率控制，但这两种控制技术因转速控制范围小，转矩特性不理想，而对于需频繁起动、加减速的电动车不太适宜。近几年来，研制的电动车感应电动机几乎都采用矢量控制技术。矢量控制按其侧重点不同，主要有两种控制策略：提高驱动系统效率的最大效率控制与简化系统、降低成本的无速度传感器矢量控制。 ??? 最大效率控制技术是通过使励磁电流Io随电动机参数和负载条件而变化来实现在任何负载条件下都使电动机的损耗最小，效率最大的目标。 ??? 矢量控制离不开速度的控制，而无速度传感器是利用电动机电压、电流和电动机参数来估算出速度，从而无需一般矢量控制中的速度传感器，达到简化系统、降低成本、提高可靠性的目的。 2.3 永磁无刷电动机驱动系统 ??? 2.3.1 永磁无刷电动机 ??? 永磁无刷电动机系统可以分为两类，一类是方波驱动的无刷直流电动机系统（BDCM），另一类是永磁同步电动机系统（PMSM），也称之为正弦波驱动的无刷直流电动机系统。BDCM系统不需要绝对位置传感器，一般采用霍尔元件或增量式码盘，也可以通过检测反电动势波形换相。PMSM系统一般需要绝对式码盘或旋转变压器等转子位置传感器。从磁铁所处不同位置的结构上看，永磁无刷电动机可以分成表面型、镶嵌型、深埋式等结构型式，在电动汽车中也有采用盘式结构或外转子结构的。 ??? 深埋式永磁同步电动机因其有高的功率密度、有效的弱磁控制及方便的最大效率控制而在电动车应