电力助推系统概述

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1、电力助推系统ElectricPropulsionSystems电力推进系统是电动汽车和混合动力汽车的心脏。它由电动机、功率转换器和电子控制器三局部组成。电动机将电能转换成机械能驱动车辆功率转换器用于给电机提供适当的电压和电流。电子控制器根据司机的命令通过提供控制信号来控制功率转换器，进而控制电机产生适当的转矩和速度。电力助推系统电力推进系统的功能框图电机的分类电动汽车和混合动力电动汽车的电机驱动可分为两大类，即有换向器电动机和无换向器电动机。换向器电动机主要是传统的直流电机，包括串励、并励、复励，场励以及永磁励磁电机。直流电机的优点：技术成熟、控制简单直流电机

2、的缺点：在高速旋转下运行不太可靠、维护不便。功率密度较低。无换向器直流电机的优势包括：更高的效率，更高的功率密度，低运行本钱、更可靠和更方便的维护；电机的分类直流电机驱动已被广泛应用于需要调速的场合；良好的速度可调性；以及频繁起动、制动和换向。因为技术成熟，控制简单，各种直流电机驱动器已被广泛应用于不同的电力牵引当中。6.1直流电机驱动6.1.1直流电机运行原理与性能当电线被弯成一个线圈，如图6.3所示，作用在两边的磁力就产生扭矩，这可以表示为Ra是电枢电阻。对于他励和并励直流电动机，Ra等于电枢绕组；对于串励和复励电机，Ra等于电枢绕组和串励绕组电阻之和。直

3、流电动机的根本方程为：直流电动机的根本方程直流电动机电枢的稳态等效电路从公式6.3和6.4中推得：方程6.3到6.5是适用于所有的直流电动机直流电机转矩速度特性他励电机中，假设磁场电压不变，那么磁通恒定。他励电机适应于需要良好速度调节和恰当转速的场合。在串励电机当中，磁通是电枢电流的函数。串励直流电机适用于需要高起动转矩和重转矩过载的场合。复励直流电动机的性能介乎于串励和他励或并励电机之间。最理想的速度转矩特性是在基准速度以下拥有恒定的转矩，在基准速度以上拥有恒定的功率。在低于基准速度时，电枢电流和磁场被设置在额定值，产生额定转矩。在等于基准速度时，电枢电压到

4、达其额定值〔等于电源电压〕，不能进一步增加。为了进一步提高速度，磁场就必须随速度的增加而减弱，然后保持反电动势和电枢电流恒定。转矩随着转速的增加而下降，输出功率保持不变。6.1.2电枢电压与磁场的联合控制电枢电压与磁场的联合控制6.1.3直流电机的斩波控制负载电压Va的直接分量或平均值如下式所示：通过控制δ，负载电压可以从0到V之间变化，因此斩波器允许从一个固定的电压直流电源中获得一个可变的直流电压。可以按各种不同的方式控制占空比δ来控制开关s，控制技术可以分为两类：1。时间比率控制〔TRC〕。2。电流限制控制〔CLC〕。直流电机的斩波控制时间比率控制中，也称

5、为脉宽控制，控制的是斩波器的工作时间。TRC可进一步划分如下：1.恒频TRC：周期T固定，改变开关通断控制占空比δ2.变频TRC：通过保持ton恒定而改变T，或者同时改变ton和T来改变δ。时间比率控制〔TRC〕在恒导通时间ton变频控制中，在低斩波频率频率下获得低输出电压。低斩波频率反过来影响电机的性能。此外，变频斩波使输入滤波器的设计变得非常困难。因此，变频控制是很少用。电流限制控制CLC，也被称为逐点控制，通过把负载电流控制到指定的最大值和最小值之间来间接控制δ。当负载电流到达指定的最大值时，开关断开负载。当电流到达指定的最小值时，开关重新连接上负载。对

6、于直流电动机负载，这种类型的控制，既是一个频率可变又是导通时间可变的控制。电流限制控制〔CLC〕升压斩波电路假设电容C很大，大到足以在负载上维持一个恒定的电压Va。在终端A和B上的平均电压为：电感平均电压为：电源电压：把方程6.9和6.10代入到6.11得出：升压斩波电路电机在四象限上的运行无换向器电动机比起传统的直流电动机具有许多优点。目前，感应电机在无换向器电动机中是技术较为成熟的一种电机。与直流电机相比，交流感应电机具有以下优点，如重量轻，体积小，本钱低，效率高。这些特点在电动汽车和混合动力汽车的应用上显得非常重要。感应电机驱动鼠笼式感应电机感应电机有两

7、种类型，即绕线式和鼠笼式电机。绕线式感应电机由于本钱高，需要维修，不够巩固，所以它不如鼠笼式电机应用范围广。感应电机的运行原理电机每相通正弦交流电，频率为ω，每两相电之间有120◦相位差。电流Ias、Ibs和Ics在三定子线圈a—a’，b—b’和c—c’产生交变的磁动势〔mmfs〕、Fas、Fbs、和Fcs。因此，总的磁动势Fss等于相磁动势矢量之和。每相磁动势表达式为：定子总磁动势为：感应电机的运行原理旋转的定子磁动势和转子导体相互反响，在转子中感应出电压以及电流。反过来，旋转磁动势在转子上产生转矩，转子上承载感应电流。很明显，转子中的感应电流对于转矩的产生

8、是必不可少的，反过来，感应电流取决于相