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电动汽车交流异步电机简介

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  • 发布时间:2017/10/25 17:03:39
  • 作者:ly_yinhe

  用于电动汽车驱动用的交流异步电机主要由定子和转子及相关部件组成,交流异步电机是应用得最广泛的电动机,与其他电动汽车电机相比,有其独特的特点。

电动汽车交流异步电机的构成

电动汽车交流异步电机结构图

图示:电动汽车交流异步电机结构图

01定子

  定子由外壳、定子铁心和定子绕组构成。

  定子铁心:一般由厚度0.35~0.5mm的硅钢片叠压而成。硅钢片的内圆冲有均匀分布的槽,可以安放定子绕组。

  定子绕组:由3个在空间互隔120°、对称排列、结构完全相同的绕组连接而成。

02转子

  转子由转子绕组和转子铁心组成。转子铁心用硅钢片叠压而成,嵌套在转轴上,作用和定子铁心相同,即铁心本身用作导磁,外圆上均布的槽用于安放转子绕组。

电动汽车交流异步电机的基本原理

  当金属导线有电流通过时,在导线周围的空间将产生圆形磁场,磁场的方向可以根据“右手螺旋定则”来确定:用右手握住导线,让大拇指指向电流的方向,那么其余四指弯曲的方向就是磁感线的环绕方向。

  交流异步电机的三相定子绕组在空间上互差120°,连接成星形(Y)或三角形(△),如图所示的U、V、W三相绕组。

定子绕组布置

图示:定子绕组布置

  当在三相绕组中,通入iu、iv、iw,三相交流电流,如图所示,由右手螺旋定则可知,三相绕组周围均会产生磁场,且磁场会随着电流的变化而变化,当将三相绕组周围的磁场合成后,会形成一个旋转的磁场:

输入定子绕组的三相交流电波形

图示:输入定子绕组的三相交流电波形

  当转子绕组处于旋转的磁场中,转子绕组会因为切割磁感线而产生感应电动势。感应电动势的方向可以用右手定则判断,由于转子绕组是闭合的,则会有感应电流产生。由于感应电流的产生,此时转子绕组在磁场中会受到电磁力的作用,力的方向可由左手定则判断。由于转子绕组闭合回路两边受到两个相反方向的电磁力的作用,则会产生电磁转矩,使得转子绕组转动,转动方向和旋转磁场的方向一致。

电动汽车交流异步电机的特点

  与有刷直流电机相比,交流异步电机具有如下优点:

  ① 效率较高:交流异步电机的效率高于直流电机,这一特点对于车载能量有限的电动汽车来说格外重要。

  ② 结构简单、体积较小、质量轻:相比于直流电机,交流异步电机转子的结构简单,尺寸小,质量轻。

  ③ 工作可靠、使用寿命长:交流异步电机无电刷和换向器,不存在换向火花问题,因而工作可靠性较高,使用寿命也较长。

  ④ 免维护:不存在换向火花问题,无电刷磨损问题,因而在使用中无须维护。

  交流异步电机的缺点如下:

  ① 调速性能相对较差:由于转子的转速与定子旋转磁场的旋转速度存在转差率,因而调速性能较差。

  ② 配用的控制器成本较高:交流异步电机的控制相对较为复杂,配用的控制器成本较高。

电动汽车交流异步电机的控制

  交流异步电机的控制大体分为两种:矢量控制(FOC)和直接转矩控制(DTC)。

01矢量控制

  矢量控制的思想是模拟直流电机,求出交流电机电磁转矩与之对应的磁场和电枢电流,并分别加以控制。其特点如下:

  ① 可以从零转速开始进行控制,调速范围很宽。

  ② 转速控制响应速度快,且调速精度较高。

  ③ 可以对转矩实行较为精确的控制,电机的加速特性也很好。

  ④ 系统受电机参数变化的影响较大,且计算复杂,控制相对繁琐。

  目前矢量控制理论比较完善,并日趋成熟,可基本满足电动汽车的动力性要求。

02直接转矩控制

  在定子坐标下,通过检测电机定子电压和电流计算电机的磁链和转矩,并根据与给定值比较所得差值,实现磁链和转矩的直接控制。不受转子参数随转速变化而变化的影响,简化了控制结构,动态响应快,因此受到了广泛的关注。其特点如下:

  ① 调速精度较高,响应速度快。

  ② 计算简单,而且控制思想新颖,控制结构简单,控制手段直接。

  ③ 信号处理的物理概念明确,动静态性能均佳。

  ④ 调速范围较窄,低速特性有脉动现象。

  在技术实现上,直接转矩控制往往很难体现出优越性,调速范围不及矢量控制宽,其根源主要在于其低速时,转矩脉动的存在以及负载能力的下降,这些问题制约了直接转矩控制进入实用化的进程。