第3章2电动汽车用电动机.ppt

新能源汽车技术 第3章 电动汽车用电动机(二) 3.4 异步电动机 3.5 永磁同步电动机 3.6 开关磁阻电动机 3.4 异步电动机 异步电动机又称感应电动机，是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现电能量转换为机械能量的一种交流电动机。 异步电动机的种类很多。最常见的方法是按转子结构和定子绕组相数分类。 按照转子结构来分，有笼型异步电动机和绕线型异步电动机；按照定子绕组相数来分，有单相异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。 1.异步电动机的结构与特点 1)．异步电动机的结构 异步电动机主要由静止的定子和旋转的转子两大部分组成。 (1)定子 异步电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座构成。 (2)转子。异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。 1.异步电动机的结构与特点 2).异步电动机的特点 转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。 异步电动机转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率，因而调速性能较差。此外，异步电动机运行时，从电力系统吸取无功功率以励磁，这会导致电力系统的功率因数变坏。 2.异步电动机的工作原理 2.异步电动机的工作原理 异步电动机的转子转速与定子旋转磁场的同步转速之间存在转速差，它的大小决定着转子电动势及其频率的大小，直接影响异步电动机的工作状态。通常将转速差与同步转速的比值，用转差率表示，即有 式中， 为转差率； 为定子旋转磁场的同步转速； 为转子转速。 3.异步电动机的运行特性 1)．异步电动机的工作特性 异步电动机的工作特性是指电动机在保持额度电压和额定频率不变的情况下，电动机的转速、电磁转矩、定子电流、效率和功率因数随输出功率变化的特性。 转速特性和转矩特性关系到电动机与机械负载匹配的合理性；定子电流特性可以表明电动机的发热情况，关系到电动机运行的可靠性和使用寿命；效率特性和功率因数特性关系到电动机运行的经济性。 3.异步电动机的运行特性 3.异步电动机的运行特性 2)．异步电动机的机械特性 异步电动机的机械特性是指电动机在恒定电压和恒定频率的情况下，电动机的转速与转矩之间的关系。 异步电动机的机械特性分为自然机械特性和人为机械特性。 3.异步电动机的运行特性 3.异步电动机的运行特性 4.异步电动机的数学模型 4.异步电动机的数学模型 （1）电压方程 三相定子绕组的电压平衡方程为 4.异步电动机的数学模型 三相转子绕组折算到定子侧后的电压方程为 4.异步电动机的数学模型 上述各量度已折算到定子侧。将电压方程写成矩阵形式，并以微分算子 代替微分符号 。 4.异步电动机的数学模型 （2）磁链方程 六个绕组的磁链可表示为 对角线元素是各有关绕组的自感，其余各项是绕组间的互感。 4.异步电动机的数学模型 根据磁链方程和电压方程，可以得到展开后的电压方程为 4.异步电动机的数学模型 （3）运动方程 在一般情况下，电气传动系统的运动方程式是 式中，TL为负载转矩；J为机组的转动惯量；D为与转速成正比的负载转矩阻尼系数；K为扭转弹性转矩系数；为极对数。 对于恒转矩负载，D=0，K=0，则 4.异步电动机的数学模型 （4）转矩方程 按照机电能量转换原理，可求出电磁转矩Te的表达式为 4.异步电动机的数学模型 三相异步电动机的数学模型 将前述式子归纳起来，便构成在恒转矩负载下三相异步电动机的多变量非线性数学模型。 5 .异步电动机的控制 异步电动机是一个多变量（多输入输出）系统，其中变量电压（电流）、频率、磁通、转速之间又相互影响， 所以其又是强耦合的多变量系统。如何对这样一个非线性、多变量、强耦合的复杂系统进行有效控制，成为研究的重点。 目前对异步电动机的调速控制主要有恒压频比开环控制（VVVF）、转差控制、矢量控制（VC）以及直接转矩控制（DTC）等。 5 .异步电动机的控制 1)．异步电动机的矢量控制 矢量控制理论采用矢量分析的方法来分析交流电动机内部的电磁过程。 它模仿对直流电动机的控制技术，将交流电动机的定子电流解耦成互相独立的产生磁链的分量和产生转矩的分量。分别控制这两个分量就可以实现对交流电动机的磁链控制和转矩控制的完全解耦，从而达到理想的动态性能。 5 .异步电动机的控制 异步电动机矢量控制原理 对于笼型转子电动机，转子短路，则有，数学模型中的电压矩阵方程式可简化为 转矩方程为 5.异步电动机的控制 在矢量控制系统中，被控制量是定子电流，因此，必须