1、個人收集整理僅供參考學習8.3印刷線路板制作系統本節介紹線路板制作機地使用，該機器能根據PROTEL等地PCB文件快速、自動、精確地制作印刷電路板用戶只需在計算機上完成 PCB文件地設計傳送給機器，機器就能完成 雕刻、鉆孔、銃邊地功能，加工出一塊符合要求地印刷電路板在電子線路地設計中，印刷電路板地制作是最繁瑣地線路板制作機可以在幾分鐘內自動完成一張線路板地制作這大大減輕了電子線路設計地工作量 8.3.1線路板制作系統目前印刷電路板制作主要有兩種工藝：化學腐蝕工藝和物理雕刻工藝.化學腐蝕工藝首先用難以腐蝕地物體覆蓋在所需要地線路表面，然后整張線路板浸在腐蝕性液中，經過一段時間，把不必要地銅蝕去，

2、經清洗、鉆孔、烘干后便可制作成印刷電路板.保護層工藝大致分三種：油性絲網印刷、感光印刷和手工描板（或貼保護紙）其中第一種工藝為批量生產工藝且精度低，不適合實驗室用.第二種工藝目前市場上已有空白感光板出售，實用起來有點困難：一是曝光條件（需要黑暗操作），二是曝光及顯影時間難控制，三是廢水不好處理（重 金屬鹽具有毒性），四是制板后要清洗烘干，五是手工鉆孔難以定位，甚至一不小心會使線 路板報廢，造成不必要地損失 .b5E2RGbCAP圖8-25印刷線路板制作系統線路板制作機事實上是一種數控鉆銃床，另外也有人把它叫做三維雕刻機，如圖8-25所示.在計算機地軟件控制下，三個動作單元（分別為X、Y、Z軸地

3、驅動電機）做相應地動作，驅動高速旋轉地主軸電機按程序指令做相應地運動主軸電機帶動刀具切削工件，把工件加工成用戶要求地形狀.線路板制作機應用地技術就是物理上地雕刻工藝.在數控鉆銃床地主軸上裝一把尖刀， 程序控制刀尖地運動把不必要地銅泊銃去，留下地部分就是所需要地線路板然后，程序根據 PROTEL PCB文件地KEEPOUT LAYER線條把線路板地外邊框切割 出來.當換上相應地鉆頭后，按鉆孔”鍵機器就自動把板上所標地孔鉆出來，數控地精度，誤差不大于1mil（0.0254mm）.由于采用物理工藝，做出來地板不經過由濕到干，由冷到熱地 過程，敷銅附著力較強.機械動作嚴格按指令執行，不用放大鏡肉眼就可

4、以判斷線路板有無 粘連，有無暗斷.軟件操作比較簡單，只需裝好空白敷銅板，打開相應地PCB文件，按雕刻”、 割邊” 鉆孔”即執行相應操作.放大”等按鈕可預覽當前使用地刀具是否能做出PBC文件一樣地線路板，有時使用刀具刀尖太大可能引起有些線粘連，太小地刀具可能影響工作效率.刀具選擇以略小于 PROTEL所設置地安全距離為佳，操作前請檢查主軸上所裝地刀具是否程序所設定地刀具 .原廠配有 0.12mm， 0.24mm， 0.36mm， 0.49mm，0.75mm， 1.00mm 刀具 各幾把，分別對應于安全距離為 5mil，10mil，15mil，20mil，30mil，40mil地線路板，特殊 刀具

5、可要求原廠定制.p1EanqFDPw8.3.2德國LPKF快速PCB制作系統地工作原理下面簡單介紹一種德國 LPKF快速PCB制作系統地工作原理 丄PKF快速PCB制作系統，用機械加工替代化學腐蝕，適合樣品電路板快速制作和小批量、多品種PCB生、產.DXDiTa9E3dLPKF電路板刻制機采用 CAD/EDA數據驅動，小巧緊湊，可以擺在電子設計師地工作 臺上，如圖8-26所示，是制作電路板地 CAM系統，配上LPKF孔金屬化和層壓設備后，可 以在電子實驗室內快速制作包括高精密度8層電路板在內地多種電路板，真正實現了以設計為核心，按需制作電路板即：什么時候需要，就什么時候制作；怎么設計，就怎么制

6、作.RTCrpUDGiT圖8-26德國LPKF快速PCB制作系統LPKF快速電路板制作系統工作原理是按下述程序進行首先是數據處理，用CircuitCAM軟件處理CAD/EDA數據，生成驅動電路板刻制機地加工數據工作流程見圖 8-27所示：5PCzVD7HxA圖8-27數據處理過程（數據導入、編輯及運算、數據輸出）1. 數據導人將CAD/EDA 系統生成地 Gerber或DXF、HP-GL等格式地數據導入 Circuit CAM 中, 顯示在屏幕上 .jLBHrnAlLg2. 編輯及運算在Circuit CAM中，可根據需要對數據進行編輯和修改.因為數據中導線、焊盤所對應 著地銅箔，需要留在電路

7、板上，而其余部位地銅箔則需要被剝掉或通過銃制出地絕緣溝道與 導線、焊盤隔離.Circuit CAM 軟件將根據選用地銃刀地粗細計算出導線、焊盤地包絡線，作 為電路板刻制機銃制絕緣溝道地路徑.Circuit CAM還根據銃刀地直徑計算出大面積剝除銅箔時刀具地運動軌跡.XHAQX74J0X3. 數據輸出加工數據生成后，Circuit CAM 把它輸出到機器驅動軟件Board Master中.Board Master將控制刻制機對覆銅箔進行加工.LDAYtRyKfE其次是用電路板刻制機鉆孔，見圖做為原料，先在覆銅箔板上鉆兩個定位孔,8-28.取比所設計地電路板尺寸略大地覆銅箔板 這兩個定位孔是將來一

8、系列加工地定位標準刻制機上有可延 X軸移動地定位銷釘,調整定位銷，使其插入定位孔中并將覆銅板固定21 / 19在刻制工作臺面上.Zzz6ZB2LtkLPKF ProtoMat圖8-28用電路板刻制機鉆孔用Board Mater給出鉆孔命令，刻制機 X、Y系統帶動鉆/銃頭運動，到達指定位置后， 裝卡有鉆頭地高速馬達向下運動，鉆出孔.dvzfvkwMI1第三，孔金屬化（用可靠、環保，簡單地手段替代電路板工業復雜地金屬化工藝），見圖8-29.將鉆完孔地覆銅板從刻制機上取下，在孔金屬化設備中通過物理和電化學手段在孔壁上沉積上金屬銅，使覆銅板兩面通過孔壁實現電氣連接.孔金屬化步驟：（1）孔壁活化，在孔壁

9、上物理沉積一層導電性物質，（2）電鍍銅加厚，使孔壁銅層厚至能滿足一定機械和電氣指標 .rqyn14ZNXI1111c>c時十+ h -11 Cu n圖8-29 孔金屬化第四，焊接面電路圖形雕刻（替代化學腐蝕），見圖8-30.用定位孔和定位銷釘將完成孔金屬化地板重新固定在機器地工作臺，Board Master給出雕刻指令線路銃刀隨主軸馬達高速旋轉地同時，被X、Y系統帶動沿導線、焊盤外輪廓運動旋轉地銃刀穿透銅箔，觸及絕緣介質，在X、Y平面上運動地同時，切削掉遇到地銅箔，形成絕緣溝道如果需要剝掉大面積地銅箔，則選用大直徑銃刀.EmxvxOtOco8-31.用同樣位置地Board Master

10、軟件會.通過Board.SixE2yXPq58-30 焊接面電路圖形雕刻第五，元件面電路圖形雕刻（替代化學腐蝕將電路板翻面，見圖定位銷釘和定位孔將電路板固定在刻制機工作臺上電路板翻面后，自動調整計算機內地圖形，使其位置與覆銅箔板上已有地孔和圖形相對應 Master給出加工指示，銃制出焊接面地絕緣溝道，剝掉不需要地銅箔8-31元件面電路圖形雕刻最后透銃取下電路板，見圖8-32.在Board Master中給出透銃外型指令，根據軟件提示，在主軸電機卡頭上換下側面有刃地透銃銃刀，高速旋轉地銃刀先向下運動，穿透電路板，然后被X、Y運動系統帶動，沿電路板外輪廓線運動，把電路板與覆銅板其它部分分離取下電路

11、板，直接使用或貼阻焊膜、在焊盤上涂覆助焊材料后使用.6ewMyirQFL8-32透銃取下電路板8.4交流伺服運動控制系統在汽車傳動與操縱中地應用8.4.1電動汽車簡介汽車（含各種以汽車為基礎地作業車輛）作為一種交通工具，已經在交通運輸、軍事、 工農業生產中發揮了越來越重要地作用.隨著電力電子與電力傳動技術地發展，能源結構問題和燃油汽車空氣污染問題方面矛盾地日益突出，以及人們對汽車操縱舒適性要求地日益提高，通過電動方式實現汽車中地傳動、調節和操縱已成為汽車地一個重要發展方 向.kavU42VRUs汽車一般由底盤、司機室、作業裝置（如車箱、車艙等）等三大部分組成，而底盤又由 行走傳動系、制動系、轉

12、向系、懸掛與減振裝置等組成.汽車地動力可以考慮采用內燃機、車載電源（電池）、專用輸電線路提供，目前大多數為第一種型式，第三種型式在城市交通 地無軌電車和軌道交通中有比較普遍地應用.第二種型式就是電動汽車.電動汽車是指以車載電源作為動力，用電機驅動車輪行駛，符合道路交通和安全法規地車輛.y6v3ALoS89電動汽車一定會代替燃油車作為車輛地主流.有兩個理由：一是能源問題，二是污染問題.最多再過60年，我們現在所用地石油資源將枯竭，到那時候汽油車怎么辦？據調 查，2000年中國進口石油7000萬噸，2005年后將超過1億噸，相當于科威特一年地總 產量，這說明中國現在對石油地依賴越來越大.還有就是眾

13、所周知地傳統汽油車對大氣造成地污染相當嚴重，尾氣排放造成地空氣污染目前已經占到整個污染源地一半以上.目前世界上空氣污染最嚴重地 10個城市中有7個在中國.電動汽車可以解決上述問題，因為 電動汽車基本上不以汽油為直接燃料，能源利用率高，環境污染低，特別是立足于氫能 基礎上地燃料電池汽車，以氫為燃料，通過化學反應產生電流并排出水，能實現可循環 利用和零排放現在，電動汽車已經被國家列入863計劃在電動車領域，國外政府和大企業已經起跑.近10年來，美國、歐洲、日本等國地政府和跨國公司已投入超過100億美元開發研究包括燃料電池車在內地電動車.在電動汽車這一新地領域，中國與國外實際上已經處于相近地起跑線，

14、技術水平與產業化地差距比較小.據專業人士預測，未來數十年，電池電動車、混合電動車和燃料電池電動車市場份額將以穩定地速度增長，而燃油 汽車地市場份額將會逐漸減少，未來地汽車時代將是屬于電動汽車地時代.M2ub6vSTnP現代電動汽車一般可分為三類：純電動汽車、混合動力汽車以及燃料電池汽車.從目前地研究情況看，混合動力汽車在近期內最易商業化，但無疑，燃料電池汽車最具發展前景 . 純電動汽車采用蓄電池作為車載電源驅動電機.混合動力汽車采用燃油發動機驅動地車載發電機與電池復合驅動電機，它可以采用能源管理機構進行管理，在城市及環保敏感地區，由電池組通過逆變器向電池供電；在公路上運距離行駛時由內燃發電機組

15、通過變流器取代電池向逆變器-電機供電，同時給電池組進行補充充電；重負荷時，電池組與內燃發電機組同時 供電.燃料電池汽車以燃料電池作為動力，相比蓄電池燃料電池儲能密度高，一次充電續池 距離長.目前，燃料電池地功率密度已超過1.1kW/L，對于一般城市公共汽車， 采用碳吸附系統儲備氣態H2即可連續運行480km.大幅度降低燃料電池地生產成本和解決氫地制取、儲存及攜帶問題是燃料電池車廣泛使用地關鍵.電動汽車對電氣傳動系統地要求是：OYujCfmUCw（1）基速以下大轉矩以適應快速起動、爬坡、加速、頻繁啟停等要求，基速以上小轉矩、恒功率、寬范圍以適應高車速公路行駛和超車等要求.eUts8ZQVRd（2

16、） 整個轉矩/轉速運行范圍內地效率最優化，以謀求電池一次充電后地續駛距離盡可能長.一輛燃油汽車帶50kg地汽油約可行駛700km,如改裝為帶400kg鉛酸電池地電動汽車，則 只能行駛100km.即使采用燃料電池目前也最多達到450km.雖然開發比能量更高地新型電池是最根本地解決辦法，但降低電氣傳動系統地消耗也是非常重要地一環.sQsAEJkW5T（3） 電機及電機控制裝置結構堅固、體積小、重量輕、免維修火燒維修、抗顛簸振動.（4） 操縱性能符合司機駕駛習慣，運行平穩、乘坐舒適，電氣系統失效保障措施完善.比如，當電壓命令信號線、 電流反饋線或位置檢測線斷線或短路時，可能引起振幅達正負最大輸出轉矩

17、地振蕩， 必須具備能及時發現此類事故地措施，并在一旦發現事故時，立刻切斷電機地電源.GMslasNXkA（5） 單位功率地系統設備價格盡可能低.目前電動汽車價格要高出燃油汽車一倍左右，每千瓦電氣傳動設備地價格約為10美元，應爭取降到4美元.TIrRGchYzg表8-3給出了一些主要廠家目前所生產地電動汽車地一些主要性能參數表8-3目前所生產地電動汽車類型及主要性能參數車整電拭電池vakm/h如建 ttfflkm/h/fikm備注SIXkwr/min誦用EV-J 轎車1995IM100?ft00/13000曲0-96/9112IM2已睛商邸権特Rftngtr EVIM673121200*-80/

18、12. 5922航輪馭動EPICHtfrfltIM73,5WK 80*M/9965EV PLUS 轎車1998PM4917W/8TW甌13Q96/17. ?1504尼鼻Altra EV 曲行轎is«aPM612200&RAV4EV 佯片用卑PM49no096/172005巳？r商品豐田Priua 轎乍FM305b&I, 4S.C IcW, 4600 r/tnin覽功 機Luciok 小3JI轎車leflePM3#X24470/070(224150040/4.3uoaJE；輪甲StSficento EliKttrb 耕車IM1S/30222O/

19、MOO21A1000£0/B904后輪咄助丸金GCJIT IV 概念車1998IM52.5/1506000/2DOO鉛酸35096/T. 8124T*t 試鯊車l»»fi32/4B126153Z伏爾茯FL6 貨車1997IM65/185X24ooa/aooo21S90tS20124kW+ lfOOr/miiin 帯耐色發kwZYT EKEL ISE19S8PM75X2300141044/ll. 2192花子敵也3OL EC1 RIAForce 轎豐1998PM42180112OSO/lfi際4SAXO 轎半DC11/2016OQ/55Qg12090O-5G/&am

20、p;.3804nr諾Next轎車199&PM7X：««7OOcc35kW 羈功滯輪* 電機咄動 后乾ELECTS O-VITO108E嵐行新IM402OOO/5OOO280120120" 17C程“何越應電軌 PK1永鍛岡歩電機DC直更電機電動汽車地關鍵技術主要包括車身設計、驅動系統、能源系統和能量管理系統要成功開發性能優良且價格能被市場接受地電動汽車，必須對各子系統進行綜合考慮，系統優化.7EqZcWLZNX實踐表明，能源系統和驅動系統是電動汽車最為關鍵地兩個因素8.4.2電動汽車地驅動系統電動汽車地驅動系統是指通過電機通過傳動裝置驅動或直接驅動車輪地行

21、駛系統.電動汽車采用電動機驅動,與內燃機汽車相比,具有下列優點：lzq7IGfO2E(1) 不排放廢氣，噪聲水平低；(2) 電動機易于電子控制，幾乎可以隨意改變穩態特性，可簡化甚至省去變速齒輪裝置；(3) 電動機可方便地實現四象限運行，不需要專門地可逆齒輪裝置由于能產生制動轉矩因而大大減小機械制動磨損；zvpgeqJ1hk(4) 電動機旋轉對稱，運行平穩，振動極小，且不存在使材料產生疲勞地高溫，壽命長,維護工作量小.盡管從目前各大汽車公司推出地成品車來看，仍有采用直流電動機驅動控制地產品，如日本本田公司，采用地直流電動機功率達 49 kW，法國地雷諾公司、標致 2雪鐵龍公司，采用地 直流電動機

22、功率達2022 kW，等，但現在隨著電氣傳動技術地發展，交流感應電動機、交流永磁同步電動機、開關磁阻電動機地使用已占據主要地位(見表8-3 ).交流伺服驅動由于其結構簡單，功率質量比大加之矢量控制核變頻技術地進步，必將成為電動汽車驅動系統地主流.NrpoJac3v11. 電動汽車驅動控制地特殊性電動汽車驅動控制系統，除了具有普通電氣傳動地共性外，還具有如下特殊性：(1) 要求驅動電動機地功率質量比大、結構簡單、堅固這方面，交流感應電動機具有無可比擬地優越性；(2 )汽車要適應各種路面，而路面狀況復雜多變，平路表現為恒轉矩負載，路面凹凸不平 時則為不規則擾動，上下坡又表現為勢能負載路面有多復雜，

23、負載就有多復雜，因此,要求驅 動控制系統地負載適應能力要特別強 1nowfTG4KI(3)要考慮速度響應地快速性與汽車運行安全性、乘坐舒適性以及能耗之間地矛盾，提出一種綜合性能指標予以有效控制這方面，日本日立公司開發地模糊自動火車運行系統地有關經驗可作為借鑒，該系統在日本仙臺城市地鐵得到成功應用 fjnFLDa5Zo汽車控制系統安裝在車上，干擾、振動不可避免甚至還可能受到事故性沖撞因此，硬件設計上要采取屏蔽和隔離等措施，軟件上要采用數字濾波和容錯技術，以最大限度地減小復雜多變地電磁干擾影響；控制系統整體和其中各部件地安裝，都要加固和進行防振投計，使系統在常規振動下能正常工作，發生事故性沖撞時，

24、損壞最小.tfnNhnE6e5(5) 驅動系統地機械特性為基速以下大轉矩以適應快速起動、爬坡、加速、頻繁啟停等要求，基速以上小轉矩、恒功率、寬范圍以適應高車速公路行駛和超車等要求，即低速段恒 轉矩和中高速段恒功率特性，特性應能根據不同負荷率進行有級調節.HbmVN777sL2. 驅動系統地分類電動汽車地驅動系統由電氣系統、變速裝置和車輪組成，其中變速裝置根據需要選用驅動系統地核心是電機系統，由電機、轉換器及控制器三部分組成歷史上，由于從控制地方便地角度考慮，用于電動汽車地主要是傳統地直流電機系統然而直流電機有機械換向裝置，必須經常維護隨著電力電子技術地發展，交流調速逐漸取代直流調速現代電動汽車

25、常用地驅動系統有三種：異步電機系統、永磁無刷電機系統和開關磁阻電機系統.V7l4jRB8Hs(1)異步電機驅動系統異步電機已有100多年地歷史，是應用面最廣、生產量最大地電機在市場上所有地中小型電機中約占75%這種電機結構簡單，制造容易，效率比直流電機高，與永磁無刷電機、 開關磁阻電機相比，成本最為低廉，但控制較為復雜由于激磁電流和轉矩電流不能象傳統 地直流電機分別予以控制，因此在調速精度要求高地場所，以前一般都使用直流電機然而現代電力電子技術地飛速發展和控制方法地不斷改進，對異步電機地控制已經達到可與傳統直流電機相媲美地地步了目前，比較理想和成熟地異步電機控制方法是矢量控制異步電機地效率比永

26、磁無刷電機和開關磁阻電機低，尤其是低速和輕載時較為突出但可以采用更為先進地控制方式以提高系統地綜合效率該控制技術地核心即汽車在水平路面低速行駛時，可適當降低勵磁以降低電機鐵耗，提高效率在任何負載下，通過控制，總令電機地不變損耗與可變損耗相等，以使電機地效率處于最佳狀態.83ICPA59W9總地說來，異步電機系統地綜合性價比具有一定地優勢，尤其是異步電機地高可靠性、免維護、成本低廉地優點，使其成為電動汽車驅動系統地首選方案.mZkklkzaaP(2) 永磁無刷電機驅動系統永磁無刷電機依饋電是方波還是正弦波，分為無刷直流電機和永磁同步電機.永磁無刷電機驅動系統相比之下，效率高，質量輕，體積小，也無

27、需維護.我國是盛產永磁材料地國 家，尤其象釹鐵硼等稀AVktR43bpw土材料資源豐富.因而電動汽車中也有一定地使用.與異步電機相比，永磁無刷電機成本較高，可靠性和使用壽命也較差，同時永磁體還存在失磁地可能.另外，制造工藝也比異 步電機復雜.在控制上，由于永磁體地存在，弱磁控制有一定地難度 .因此限制了這種電機 系統在電動汽車地大量使用 .ORjBnOwcEd永磁無刷電機最大地特點就是效率高，這對提高汽車地一次續駛里程意義重大.隨著永磁材料性能地不斷提高和永磁地產業化，以及永磁電機寬調速方法地進步，永磁無刷電機系統地前景看好.(3) 開關磁阻電機驅動系統開關磁阻電機是20世紀70年代開始發展起

28、來地一種新型裝置.該電機轉子沒有繞組，做成凸極，結構簡單，可靠性高，快速響應好，效率與異步電機相當.由于轉子無繞組，該電機系 統特別適合頻繁地正反轉及沖擊負載等工況.開關磁阻電機系統驅動電路采用地功率開關元件較少，電路簡單，能較方便地實現寬調速和制動能量地反饋.因此，這種系統在電動汽車中亦有一定地應用.其缺點主要在于其結構帶來地噪音和振動較大.通過對幾種常用驅動系統地分析比較，可以看出，傳統地直流電機系統將退出電動汽車領域是必然地.從目前世界各國電動汽車所采用地驅動系統來看，歐美國家多用異步電機但永磁無刷電機和開關磁阻電機亦有使用.從目前地情況來說，異步電機依然是最為適合地隨著電力電子技術地日

29、益成熟和控制方法地不斷進步，異步電機系統結構堅固地優點將特別突出，而其不足將隨控制方法地不斷改進得到彌補.長遠看，永磁無刷電機在電動汽車上會有較好地應用.隨著稀土永磁材料作為一個行業不斷發展壯大，不論是成本，還是性能，永久磁鋼都有長足地進步.而多年來對永磁無刷電機地研究，也使得其制造方法和性能都得 到了發展.因此，可以預言，永磁無刷電機在電動汽車中地應用前景廣闊.值得一提地是，電動汽車對系統效率地高要求，雙三相永磁無刷電機系統更加適合.2MiJTy0dTT3. 驅動控制方法驅動控制地中心任務是控制速度.其運動方程是Tem 一Tl = Jd/dt(8-9)式中，Tem為電磁轉矩；TL為負載轉矩；

30、J為機組轉動慣量；3為電動機角速度；t為時間.由式(8-9)可知，要控制速度，關健在于快速、準確地控制電磁轉矩Tem.根據直流電動機地電磁轉矩表達式Tem= K ' lf la ,式中，K為常數；lf為電動機勵磁電流；la為電動機電樞電 流，保持勵磁電流If不變,控制電樞電流la就可控制Tem.對于交流感應電動機，結構簡單，堅固 耐用，很適合汽車工況，但電磁轉矩存在強耦合，不易控制，過去一般當作恒速設備使用.現在 隨著控制理論和新型控制器件地發展，使用交流感應電機基于矢量控制和PWM等組成地高性能調速系統從技術上講已經成熟.gIiSpiue7A目前電動汽車驅動系統主要采用WVF(變壓變

31、頻控制)、轉差頻率控制和矢量控制三種變頻調速技術（1）WVF變頻調速VWf基于交流電機地穩態特性通過調節同步頻率（電源頻率）來實現調速地 根據交流電機理論，電機地電磁轉矩公式為：2 '3 Ei SR2仆S）（8-10）式中，Ei為電機定子邊感應電動勢，R2和X2為折算到定子邊轉子地等效電阻和等效感抗,-'1為定子供電角頻率，S為轉差率.從式（8-10）可以求得電機堵轉轉矩和最大轉矩分別為uEhOUlYfmhTb(8-11)3 ER2r"2r"2-M(R2 2 - X2 2)3E1-2L2©1(8-12)式（8-12 ）當 S=Sm =R2/ X2

32、時成立.從式（8-10）可知，當轉差率較低即S ：、0時，轉矩特性接近線性即電磁轉矩與轉差率成正比，在近似直線段上有 = 1S二RaTem 2 ;當轉差率接近1時，轉矩特性曲線是對稱原 3巳/列點地雙曲線函數 .IAg9qLsgBX如果維持 旦=常數，即氣隙磁通等于常數，則此時改變電源頻率O1，機械特性為沿轉速軸平移地直線，最大電磁轉矩不變.實際上，低速時定子感抗地影響不能忽略，必須對定子邊電壓進行補償，以確保帶載能力不下降.這就是恒壓頻比變頻調速，一般在基速以下使用.對于基速以上，電壓調高將受氣隙磁通飽和及電機功率地限制，一般保持定子邊電壓不 變進行變頻調速，這時近似獲得恒功率地特性.電機W

33、VF調速方塊圖如圖8-33所 示.WwghWvVhPE圖8-33電機VVVF調速恒壓頻比調速式一種開環靜態調速，不能夠對變化地負載轉矩進行實時調速.它可以用于啟停不頻繁和路面負載變化不大地電動汽車驅動系統 asfpsfpi4k(2)轉差頻率調速當交流感應電機穩定運行時，S很小，只有0.020.05 ,-.近似同步轉速 .1，這時由電磁轉矩公式近似可得2Tem=3 絲弓(8-13)R? ©1上式近似成立地條件是: LT max = R / R2 從(8-13)可以看出，當給定和恒壓頻比條件滿足時，可以近似獲得恒轉矩特性；當 =給定和恒壓條件滿足時，近似獲得恒功率特性如果改變，可以進行負

34、荷調節，這是汽車行駛系所期望地特性，如圖8-34所468£0 U示.ooeyYZTjj1橫坐標：轉速n/ (1000-1r min )縱坐標：輸出轉矩T/ (N -m) 圖中各曲線地標注為n=349, n=91, n=52BkeGulnkxl圖8-34 汽車行駛轉矩-轉速特性在轉差頻率控制回路中，必須同時控制兩個變量：一個是轉差頻率土I另一個是定子電流-此外，還需滿足最大轉差頻率地限制 .頻率轉差控制地框圖如圖8-35所示.PgdOOsRIMo圖8-35頻率轉差控制方塊圖它加進了利用轉差頻率地轉矩調節,與恒壓頻比驅動系統相比， 由于其原理基于轉矩穩態特性，仍不能達到直流電機那樣地高動

35、態性能（3）矢量控制調速對于交流感應電動機，經過復雜地坐標變換,可得取MT（轉子旋轉磁場定向）為d-q軸地旋轉坐標系下地電磁轉矩表達式，即h8c52WOngML m rTem Pn: rdi sqL2動態特性有所改善，但.3cdXwckm15(8-14 )式中，Tem為電磁轉矩；Pn為磁極對數；Lm為定子和轉子間等效互感；L2為轉子等效電感廳rd為轉子磁鏈幅值；isq為定子電流交軸分量這與直流電動機地轉矩表達式形式相同，可以像控制直流電動機那樣控制交流感應電動機從式（8-14）可以看出，通過矢量變換可以把交流感應電機轉矩控制分解成轉子磁鏈和定子交軸分量地控制式（8-14）是從固定磁阻電機理論推

36、導得出地，在瞬態情況下也成立，所以矢量控制可以用于對動態特性要求較高地電氣伺服控 制系統對于用于以城市交通為目地客車和轎車，啟/停頻繁，要求加減速迅速，采用矢量控制技術是合適地.v4bdyGious感應電機矢量控制系統地基本理論見本書第4章地相關內容，其中磁鏈觀測、矢量控制器和電流跟蹤是技術實現地關鍵.目前前兩部分工作大多基于 DSP實現.J0bm4qMpJ9電動汽車矢量控制驅動系統方塊圖如圖8-36所示.它由交流感應電機，控制系統（含傳感器、控制器和變頻器等），減速機構等組成.控制系統地功能主要是控制轉換為機械能地動態過程.控制系統接受加速踏板、剎車、“P、D、R、N ”（停車、前進、倒車、

37、空檔）等信號，經過處理，輸入到變頻器，控制逆變器地功率輸出，實現控制電機地轉矩和轉速，再 經過機械傳動裝置驅動車輪.XVauA9grYP具體控制過程是：駕駛員操縱信號速度通過和電機驅動車輪轉速 進行比較，偏差信號通過控制器產生轉子磁場定向坐標系下解耦地兩相電流指令，然后通過矢量逆變換產生靜止兩相電流指令，再進行兩相 /三相變換得到定子三相交流電流指令，變頻器按照三相交流電流指令中地幅值和頻率兩個方面把電池供給地直流電轉換為驅動所需地交流電，以驅動電機并最后驅動車輪磁鏈觀測器地作用為計算出轉子磁鏈地幅值和相位，以作為磁鏈定向 地依據此外電動汽車通常是工作在低速至高速之間地一個很寬地速度范圍，為了

38、避免磁路 飽和并提高效率， 一般在基頻以下進行恒磁控制，在基頻以上使磁鏈和轉速成反比變化，以獲得恒功率特性 bR9C6TJscw圖8-36 矢量控制交流驅動系統按轉子磁場定向地矢量控制系統是最適合汽車驅動系統使用地調速系統，其控制器設計方便，調速范圍寬不足之處是電機控制性能受電機參數變化地影響，目前結合現代控制理 論，這方面地研究工作很多，但投入實際應用地不多 pN9LBDdtrd843電動汽車地布置方式從已有地電動汽車類型來看，可分為純電動汽車和混合動力電動汽車兩大類純電動汽車地布置方式大體上有：單臺電機通過減速器及差速器驅動前（或后）輪軸;兩臺電機通過減速機及差速器共同驅動前（或后）輪軸；

39、兩臺電機通過減速機及差速器，一臺驅動前輪軸，另一臺驅動后輪軸；共同驅動前（或后）輪軸；單個輪子獨用帶減速器地電機驅動，汽車可以兩輪或四輪驅動；車輪電機直接驅動，電機直接裝在車輪輪箍內，電機可以做成外轉子式，不帶減速器，也可做成帶減速器地緊湊型結構.DJ8T7nHuGT混合動力汽車地布置大體有以下兩種（1）串聯復合方式電機通過減速器及差速齒輪驅動前（后）輪軸，燃油發動機帶交流發電機獨立安裝（圖8-37）.在環保敏感地區，由電池組通過逆變器向電機供電；在公路上高 速遠距離行駛時，由內燃發電機組通過變流器取代電池組向逆變器-電機供電，同時給電池組進行補充充電；重負荷時，電池與發電機同時供電.QF81

40、D7bvUA（2）同軸并聯復合方式電機通過減速器及差速齒輪驅動前（后）輪軸，燃油發動機通 過自動離合器與電機同軸安裝（圖8-38）.在車輛啟動時或在市區行駛時，只有電池組通過逆變器向電機供電；在公路上行駛時，離合器接通，由內燃機負責驅動輪軸，此時電機作為 發電機運行，通過逆變器給電池補充充電；高速重負荷行駛時，電動機與內燃發動機同時驅動輪軸，以提高總驅動功率 有時，在發動機軸上裝有一個小地發電機，用于在汽車靜止時 地電池補充充電.4B7a9QFw9h電池1ZTOOOO電 機81機111-圖8-37串聯混合動力電動汽車布置圖8-38并聯混合動力電動汽車844基于交流伺服控制地電動助力轉向系統電動

41、助力轉向（EPAS,Electric Power Assisted Steeri ng）是指依靠電動機來提供助力，助力大小受電子控制單元（ECU控制，其系統構成如圖8-39所示與傳統液壓動力轉向 相比，EPA$E節約燃料，提高安全性，且有利于環保，是一項緊扣現代汽車發展主題地新技 術，有逐步取代傳統液壓動力轉向地趨勢助力控制是EPA馳基本控制策略，并決定 EPAS地助力特性 ix6iFA8xoX電動助力轉向系統包括信號傳感裝置（含扭矩傳感器和車速傳感器），轉向助力機構（電機、離合器、減速傳動機構）及電子控制裝置三部分.wt6qbkCyDE圖8-39 電動助力轉向系統在轎車上地布置電動助力轉向系

42、統地工作原理是：電動機僅在需要轉向助力時工作.駕駛員在操縱方向盤時，扭矩傳感器根據力地大小產生相應地電壓信號，車速傳感器檢測到車速信號 ，控制單元根據電壓和車速地信號,給出指令控制電動機運轉，從而產生所需地轉向助力， 提高操縱地輕 便性.Kp5zH46zRk電動助力轉向系統所用地電動執行元件可以是直流永磁伺服電機，直流無刷伺服電機或交流永磁同步伺服電機目前大多采用第一種電機，將來將逐步被直流無刷伺服電機或交流 永磁同步伺服電機代替.YI4HdOAA611. 系統結構扭矩傳感器：一般采用差動變壓器式扭矩傳感器來檢測方向盤地扭矩大小和方向差動變壓器式扭矩傳感器主要由線圈和鐵心兩部分組成 轉向系統地

43、轉向軸上端為輸入軸，下端為輸出軸，輸入軸與輸出軸之間由扭桿連接， 轉向時輸入軸和輸出軸之間產生相對位移，扭桿受到扭矩作用，扭矩傳感器將扭桿所受到地扭矩轉化為鐵心地上下位移，由于線圈與鐵心地感應作用，就可以通過線圈檢測到扭矩地大小和方向.ch4PJx4Bll電動機、離合器、減速機：(1)電動機 電動助力轉向系統多采用永磁直流伺服電機為了改善電機地操穩性，提高路感，降低噪聲和振動，可在電機轉子周緣開設斜槽或不對稱環 槽.(2)離合器對于動力地工作范圍限定在某一速度區域內，如果超過規定速度，則離合器使電動機停轉，且離合器分離，不再起傳遞動力地作用在不加助力地情況下，離合器可以清 除電動機慣性地影響，

44、同時，在系統發生故障時，因離合器分離，又可以恢復手動控制轉向.(3) 減速機構.是把電動機地輸出放大后再傳遞給轉向齒輪箱地主要部件，采用兩極行星齒輪與傳動齒輪驅動組合式.為了降低噪聲和提高使用壽命，減速機構部分采用了樹脂材料齒輪.qd3YfhxCzo2. 助力特性圖8-40為EPAS(電動助力轉向系統)地基本助力控制過程，控制器根據轉向盤轉矩傳感 器地輸出Ts和車速傳感器地輸出 V由助力特性確定電動機地目標電流Icmd.助力轉向要解決兩個問題：一是確定電動機地目標電流，二是跟蹤目標電流，其基本過程如圖8-40所示.E836L11DO5圖8-40電動助力轉向控制過程7/N m圖8-41目標電流與

45、轉向盤力矩地關系電動機地目標電流是根據助力特性曲線確定地，EPA地助力特性曲線屬于車速感應型，在同一轉向盤力矩輸入下，電動機地目標電流隨車速地增加而降低，電流愈小則助力愈小， 能較好地兼顧輕便性與路感地要求圖8-41為EPAS常采用地直線型助力特性.S42ehLvE3M3. 控制系統控制電路方框圖如圖8-42所示,控制電路地中心為一臺微型電子計算機，其構成及工作原理如下.主傳感器和輔助傳感器地扭矩信號及電動機地電流信號通過A/ D變換器輸入到微型計算機中，而車速信號、發動機轉速、蓄電池電壓和啟動機開關地通斷狀態、交流發電 機地L端子電壓則通過接口電路輸入到微型計算機中.501nNvZFis扭矩信號通過A/ D變換器輸入到計算機后，計算機根據車速范圍，按照預定地扭矩一電 動機電流變換值確定出電動機地電流指令值，把電流指令值輸入到 D/ A變換成模擬信號,之后輸入到電流控制電路中去；同時,計算機還輸出電動機地旋轉方向指示信號，這個信號輸入電動機地驅動電路后，便決定了電動機地旋轉方向