第3章_2_电动汽车用电 动机
PPT文档演模板
2020/11/26
第3章2电动汽车用电动机
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。
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
3.异步电动机的运行特性
•异步电动机的工作特性
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
3.异步电动机的运行特性
2)．异步电动机的机械特性 Ø 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。 Ø 异步电动机的机械特性分为自然机械特性和人为机
Ø （3）永磁同步电动机具有较硬的机械特性，对于因 负载的变化而引起的电动机转矩的扰动具有较强的 承受能力；
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
1.永磁同步电动机的结构与特点
Ø （4）永磁电动机转子为永久磁铁无需励磁，因此电 动机可以在很低的转速下保持同步运行，调速范围 宽；
Ø （5）永磁同步电动机与异步电动机相比，不需要无 功励磁电流，因而功率因数高，定子电流和定子铜 耗小，效率高；
Ø 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
Ø 式中， 为转差率； 为定子旋转磁场的同步转速； 为转子转速。
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
3.异步电动机的运行特性
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
2.永磁同步电动机的运行原理与特性
3)．功率与转矩 当永磁同步电动机具有滞后功率因数并考虑电枢电 阻的影响，电动机从电网输入的电功率为
式中， 为电动机的功率角。 电动机的电磁功率为
式中， 为电动机的电枢绕组铜耗。
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
2.永磁同步电动机的运行原理与特性
(4)直接转矩控制技术对转矩实行直接控制。控制效 果不取决于电动机的数学模型是否能够简化，而是 取决于转矩的实际状况。
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
3.5 永磁同步电动机
永 磁 同 步 电 动 机 （ Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）具有高效、高控制 精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性及低振动噪 声的特点，通过合理设计永磁磁路结构能获得较高 的弱磁性能，在电动汽车驱动方面具有很高的应用 价值，受到国内外电动汽车界的高度重视，是最具 竞争力的电动汽车驱动电机系统之一。
• 如果忽略电枢电阻的影响，则
•上式的前半部分称为基本电磁功率，由永磁磁场与电 枢磁场相互作用产生；后半部分因凸极效应产生，称为 附加电磁功率或磁阻功率。
Ø （3）运动方程 在一般情况下，电气传动系统的运动方程式是
Ø 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。
Ø 对于恒转矩负载，D=0，K=0，则
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
4.异步电动机的数学模型
Ø （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
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。
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
1.异步电动机的结构与特点
1)．异步电动机的结构
Ø 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。
•
分别为定
子和转子相电压的瞬时值；
•
分别为定
子和转子相电流的瞬时值；
•
分别为各
相绕组的全磁链；
分别
为定子和转子绕组的电阻。
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
4.异步电动机的数学模型
Ø 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 。
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
4.异步电动机的数学模型
PPT文档演模板
•三相异步电动机的物理模 型
第3章2电动汽车用电动机
4.异步电动机的数学模型
Ø （1）电压方程 三相定子绕组的电压平衡方程为
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
4.异步电动机的数学模型
Ø 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
Ø （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。
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
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
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
4.异步电动机的数学模型
式为
•T•e =•pL•m•1•[•(•iA••ia +••iB••ib +••iC••ic•)•sinq+••(•iA••ib +••iB••ic +••iC••ia•)•sin( q+•120•o) +••(•iA••ic +••iB••ic +••iC••ib•)•sin( q-•120•o)]
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
2.永磁同步电动机的运行原理与特性
2)．电压方程式 Ø 忽略磁饱和效应的影响，永磁同步电动机的电压方
程式为
Ø 式中， 为电枢端电压； 为励磁电动势； 为电枢
电流；
为电枢电流在d轴的分量； 为电枢电
流在q轴的分量； 为电枢绕组电阻； 为直轴同步
电抗； 为交轴同步电抗。
所以
运算得到 式中，
为转子励磁时间常数。
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
5.异步电动机的控制
由简化得电压矩阵方程式可得
进一步计算可得
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
5.异步电动机的控制
Ø 异步电动机矢量控制的特点
(1)可以从零转速起进行速度控制，因此调速范围很宽 广；
(2)可以对转矩实行较为精确控制； (3)系统的动态响应速度很快； (4)电动机的加速度特性很好。
1)．异步电动机的工作特性
Ø 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。
Ø 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。
Ø 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。
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
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。
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
•直接转矩控制系统结构图
5.异步电动机的控制
Ø 直接转矩控制的特点 (1)直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动 机的数字模型，控制电动机的磁链和转矩。 (2)直接转矩控制磁通估算所用的是定子磁链，只要 知道定子电阻就可以把它观测出来。
(3)直接转矩控制采用空间矢量的概念来分析三相交 流电动机的数学模型和控制其各物理量。
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
4.异步电动机的数学模型
Ø 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。
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
5 .异步电动机的控制
Ø 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。
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
1.永磁同步电动机的结构与特点
1)．永磁同步电动机结构 永磁同步电动机分为正弦波驱动电流的永磁同步电 动机和方波驱动电流的永磁同步电动机。这里介绍 的主要是以三相正弦波驱动的永磁同步电动机。
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
•永磁同步电动机的结构示意图
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
1.异步电动机的结构与特点
•三相异步电动机的典型结构
PPT文档演模板
第3章2电动汽车用电动机
•1.异步电动机的结构与特点
2).异步电动机的特点
Ø 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。
表面嵌入式转子结 构
•内置式转子结构
•a）内置径向式 b）内置切向式 c）内置混合 式