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交流永磁电机在电动汽车中的应用与调控策略
来源:汽车电器  作者:佚名  2017-08-05 09:34:02

    摘要:交流永磁同步电机以其结构紧凑、运行可靠、效率高、转矩密度高等优点,被各品牌电动汽车广泛应用于驱动系统中。本文从了解汽车行驶状态、永磁同步电机的结构特点以及对电动汽车驱动系统的要求出发,阐述永磁同步电机在电动汽车上的应用与调控技术。

    纯电动汽车具有零污染、零排放、低噪声等特点,是新一代清洁交通工具,是最为理想的新能源汽车。电机是电动汽车的关键驱动部件,直接影响整车的动力性及经济性。目前电动汽车广泛使用交流电机,主要有异步电机、开关磁阻电机和永磁电机。其中永磁电机具有效率高、损耗小、转矩密度高、转速平稳、噪声低等诸多优点,被众多汽车生产厂家采用,已成为当前电动汽车驱动系统的主流。

    1 电动汽车的基本结构
    电动汽车主要由电源、电力驱动和辅助系统等构成。电源系统常采用镍氢、铅酸或锉离子电池,电压在280~400 V ;电力驱动系统负责采集各输入信号,进行直交流和功率转换,完成驱动电机运转和汽车运行控制,在减速滑行和制动时,进行能量回收控制。电动汽车上使用的交流电机的额定电压一般为380 V、轿车电机功率为20~80 kW,大客车、载货汽车电机功率为100~150 kW 。

    2 电动汽车对驱动系统的要求
    电动汽车运行特性曲线见图1。分为2个区域:I区恒转矩区和II区恒功率区。在恒转矩区,输出转矩保持恒定而功率随着转速的上升而线性增加。在恒功率区,输出功率保持恒定而转矩随着转速的上升而呈曲线减小。如汽车在起步和进行加速时,需克服惯性阻力,对转矩要求较大,此时,电机应工作在I区;当汽车车速较高,且行驶比较平稳时,此时行驶阻力较小,不需要输出大的转矩,电机应工作在II区。

    为满足电动汽车的这种特性,对驱动电机及其控制系统的要求为:①转矩储备系数大,具有较强的过载能力,加、减速动态响应快速。②速度、转矩变化范围宽,在低速运行时能够提供大转矩;在恒转矩区运行时,输出转矩稳定;在恒功率区运行时,可保持较高的运行效率。

    3 永磁同步电机控制特性
    永磁同步电机的定子线圈为三相对称分布的星形绕组,转子上镶嵌着永磁材料。因转子磁链是不能控制的,所以只能控制定子绕组的电流和电压。
    当给定子上的星形绕组通三相对称的正弦波电流,定子绕组就会在气隙中产生一个旋转磁场,磁场速度称为同步转速,转子转速等于同步转速,其大小与供电的频率、电机的极对数有关,公式如下
                  n=ns=60f / p(1)
    式中:n----转子的转速;ns----旋转磁场的转速;f----三相正弦波电压的频率,HZ; p----电机的磁极对数。
    交流永磁同步电机控制特性如图2所示。电机的转速是通过改变定子线圈电压的频率来实现的,在基速以下,为克服运行阻力和加速惯性,定子绕组电流和电压随转子转速呈正比变化,此时电机具有恒转矩特性。在基速以上,定子绕组输入电压已达额定值,电压和电流将保持不变,随着转速升高,输出转矩呈下降趋势,此时电机具有恒功率特性。当转子转速进一步上升,定子绕组感应反电动势增强,定子绕组电流减小磁通被削弱,输出转矩迅速下降,为使电机能恒功率运行至更高的转速,可采用弱磁控制解决。

    永磁同步电机按运行模式可分为2种:一种是基于方波驱动的永磁同步电机,称为无刷直流电机;一种是基于正弦波驱动的永磁同步电机。

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