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『汽车』多种电机在新能源汽车驱动中的应用总结( 三 )


(3).异步电动机的控制系统
由于交流三相感应电机不能直接使用直流电 ， 因此需要逆变装置进行转换控制 。 新能源汽车减速或制动时 ， 电机处在发电制动状态 ， 给蓄电池充电 ， 实现机械能转换为电能 。 在新能源汽车上 ， 由功率半导体器件构成的 PWM 功率逆变器把蓄电池电源提供的直流电变换为频率和幅值都可以调节的交流电 。 三相异步电动机逆变器的控制方法主要有 V/f恒定控制法、转差率控制法、矢量控制法和直接转矩控制法（DTC） 。 20世纪90年代以前主要使用前两种控制方式 ， 但是因转速控制范围小 ， 转矩特性不理想 ， 而对于需频繁起动、加减速的电动车并不适合 。 现在 ， 后两种控制方式目前处于主流的地位 。
(4).异步电动机的应用现状
在美国 ， 异步电动机应用的较多 ， 这也被人为是和路况有关 。 在美国 ， 高速公路已经具有一定的规模 ， 除了大城市
外 ， 汽车一般以一定的高速持续行驶 ， 所以能够实现高速运转而且在高速时有较高效率的异步电动机得到广泛应用 。 在我国 ， 随着高速公路规模的发展 ， 交流异步电动机在新能源汽车上的应用也会越来越重要 。
3、永磁无刷电动机在新能源汽车中的应用
随着近些年来电力电子技术、微电子技术、微型计算机技术、稀土永磁材料、传感器技术与电机控制理论的快速发展 ， 使得交流驱动技术逐渐成熟 。 相比于现有串励或者并励有刷直流电机驱动系统 ， 永磁无刷电机拥有功率密度大、体积小、效率高、结构简单牢固、易于维护等优点 ， 且采用永磁无刷电机作为驱动元件的电动汽车驱动系统运行和维护成本较低 ；采用全数字化和模块化结构设计 ， 使得驱动器接口灵活 ， 控制能力更强 ， 操作更加舒适；应用能量回馈制动技术 ， 可以减少刹车片的磨损 ， 同时又增加汽车续驶里程 。
因此 ， 基于电动汽车市场发展需要和技术现状 ， 设计开发可靠、低成本、性能优良的全数字化电动汽车永磁无刷电机驱动系统 ， 对于电动汽车产业的发展有着重要的现实意义 。
(1).永磁同步电动机简介
在电机内建立进行机电能量转换所必需的气隙磁场有两种方法 。 一种是在电机绕组内通电流产生磁场 ， 这种方法既需要有专门的绕组和相应的装置 ， 又需要不断供给能量以维持电流流动 ， 例如普通的直流电机和同步电机 。 另一种是由永磁体来产生磁场 ， 这种方法既可简化电机结构 ， 又可节约能量 。 由永磁体产生磁场的电机就是永磁电机 。
它利用永磁体建立励磁磁场的同步电动机 ， 其定子产生旋转磁场 ， 转子用永磁材料制成 。 同步发电机为了实现能量的转换 ， 需要有一个直流磁场而产生这个磁场的直流电流 ， 称为发电机的励磁电流 。 根据励磁电流的供给方式 ， 凡是从其它电源获得励磁电流的发电机 ， 称为他励发电机 ， 从发电机本身获得励磁电源的 ， 则称为自励发电机 。
(2).永磁同步电动机的特点
永磁同步电动机有以下优点：功率因数大 ， 效率高 ， 功率密度大；结构简单、便于维护 ， 使用寿命较长、可靠性高；调速性能好 ， 精度高；具有良好的瞬时特性 ， 转动惯量低 ，响应速度快；频率高 ， 输出转矩大 ， 极限转速和制动性能优于其他类型的电机；采用电子功率器件作为换向装置 ， 驱动灵活 ， 可控性强；形状和尺寸灵活多样 ， 便于进行外形设计；采用稀土永磁材料后电机的体积小、质量轻 。
但是永磁同步电动机也有以下缺点：电机造价较高；在恒功率模式下 ， 操纵较为复杂 ， 控制系统成本较高；弱磁能力差 ， 调速范围有限；功率范围较小 ， 受磁材料工艺的影响和限制 ， 最大功率仅为几十千瓦；低速时额定电流较大 ， 损耗大 ， 效率较低；永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时 ， 其导磁性能可能会下降或发生退磁现象 ， 将降低永磁电动机的性能 ， 严重时还会损坏电动机 ， 在使用中必须严格控制 ， 使其不发生过载 。 永磁材料磁场不可变 ， 要想增大电机的功率 ， 其体积会很大；抗腐蚀性差；不易装配 。


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