1、電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 第第4章章 電驅動系統電驅動系統4.11開關磁阻電機結構組成開關磁阻電機結構組成4.12開關磁阻電機工作原理開關磁阻電機工作原理4.13開關磁阻電動機的相數與結構開關磁阻電動機的相數與結構4.14開關磁阻電機基本方程與性能開關磁阻電機基本方程與性能4.15開關磁阻電機控制策略開關磁阻電機控制策略4.16開關磁阻電機功率變換器開關磁阻電機功率變換器4.17開關磁阻電機控制系統實現開關磁阻電機控制系統實現電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 4.11 開關磁阻電機結構組成開關磁阻電機結構組成開關磁阻電機驅動系統組成開關磁阻電機驅動系統組成 位

2、位置置檢檢測測 功功率率變變換換器器 SR電電動動機機 電電流流檢檢測測 控控制制信信號號 控控制制器器 電電 源源 負負 載載 SRD電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 開關磁阻電機結構開關磁阻電機結構定子定子轉子轉子轉子凸極轉子凸極定子凸極及繞組定子凸極及繞組電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 開關磁阻電機結構特點開關磁阻電機結構特點雙凸極結構雙凸極結構定子集中繞組定子集中繞組轉子無繞組轉子無繞組轉子無永磁體轉子無永磁體電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 4.12 開關磁阻電機工作原理開關磁阻電機工作原理磁阻最小原理磁阻最小原理磁通總要沿著磁阻磁通總要沿著磁阻最小路徑閉合最小路徑閉合

3、，一，一定形狀的鐵心在移定形狀的鐵心在移動到最小磁阻位置動到最小磁阻位置時，必定使自己的時，必定使自己的軸線與主磁場的軸軸線與主磁場的軸線重合。線重合。氣隙氣隙+-NS電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 A-A通電通電 1-1 與與A-A重合重合B-B通電通電 2-2與與B-B重合重合C-C通電通電 3-3 與與C-C重合重合D-D 通電通電 1-1與與D-D重合重合依次給依次給A-B-C-D繞組通電，轉子逆勵磁順序方向旋轉。繞組通電，轉子逆勵磁順序方向旋轉。4.12 開關磁阻電機工作原理開關磁阻電機工作原理電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電

4、動機電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機ACBACBAABBCC電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機ACBACBAABBCC電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機ACBACBAABBCC電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機ACBACBAABBCC電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機ACBACBAABBCC電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術

5、 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機電動汽車電驅動技術電

6、動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機電動

7、汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 12/8 極三相開關磁阻電動機極三相開關磁阻電動機電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 4.13 開關磁阻電動機的相數與結構開關磁阻電動機的相數與結構 )22kNNkmNsrs定子和轉子齒槽數應為偶數。定子和轉子齒槽數應為偶數。定子和轉子齒槽數不相等。定子和轉子齒槽數不相等。定子和轉子齒槽數盡量接近。定子和轉子齒槽數盡量接近。電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 4.13 開關磁阻電動機

8、的相數與結構開關磁阻電動機的相數與結構 相數相數 3 4 5 6 7 8 9定子極數定子極數 6 8 10 12 14 16 18轉子極數轉子極數 4 6 8 10 12 14 16步進角步進角(度度) 30 15 9 6 4.28 3.21 2.5 開關磁阻電機常用方案開關磁阻電機常用方案相數越大，轉矩脈動越小，但成本越高，故常用三相、相數越大，轉矩脈動越小，但成本越高，故常用三相、四相，還有學者在研究兩相、單相四相，還有學者在研究兩相、單相SRM。低于三相的低于三相的SRM 沒有自起動能力！沒有自起動能力！電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 常用開關磁阻電機方案結構常用開關磁阻電機方案結

9、構兩相兩相 4/2結構結構三相三相 6/4結構結構四相四相 8/6結構結構六相六相 12/10結構結構電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 Te K J TL R1 d 1/dtt1 u1 + - . . . Rm d m/dt um + - 耦合磁場耦合磁場 i1 im 4.14 開關磁阻電機基本方程及性能開關磁阻電機基本方程及性能 SRM系統示意圖系統示意圖電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 第第k相繞組的相電壓平衡方程相繞組的相電壓平衡方程:dtdiRukkkkkkkkkiiL),(磁鏈方程磁鏈方程:電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 電阻壓降電阻壓降dtdLidtdiiLiLiRd

10、tddtdiiiRUkkkkkkkkkkkkkkkk電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 LeTdtdDdtdJT22電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 diiWci0),(),(iWTcediTmNTrNerav/20),(2電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 不計磁路飽和，假定繞組電感與電流無關，此時電感只與轉子位置有關。 1 0 2 3 0 4 5 電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 stator = 1位置位置rotor1 電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 statorrotor=0o = 0 位置位置電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 statorrotor2 = 2位置

11、位置電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 statorrotor3 = 3位置位置電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 statorrotor4 = 4位置位置電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 statorrotor5 = 5位置位置電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 =0 定子磁極軸線與轉子凹槽中心重合定子磁極軸線與轉子凹槽中心重合 1( 5) 轉子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置轉子凹槽前沿與定子磁極前沿相遇位置 2 轉子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置轉子磁極前沿與定子磁極前沿相遇位置 3 轉子磁極前沿與定子磁極前沿重合位置轉子磁極前沿與定子磁極前沿重合位置 4 轉子凹槽前沿與定子磁極

12、后沿重合位置轉子凹槽前沿與定子磁極后沿重合位置 1 0 2 3 0 4 5 電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 SRSR電機繞組電感的分段線性解析式：電機繞組電感的分段線性解析式：544max43max32min221min)()()(KLLLKLLK=(Lmax-Lmin)/(3-2)= (Lmax-Lmin)/s電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 54243322200000iKiKTTTSRSR電機轉矩的分段線性解析式：電機轉矩的分段線性解析式：=L iW=i /2 = L i 2/2電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 SRSR電機轉矩的分段線性解析電機轉矩的分段線性解析電動汽車電

13、驅動技術電動汽車電驅動技術 on 2 :電感上升，使繞組電感上升，使繞組電流下降電流下降 off 3 : 在電感達最大之前，繞組在電感達最大之前，繞組關斷，繞組續流。關斷，繞組續流。 3 z 4 (zz=2=2offoff- -onon) ) 在電感下降之前，續流結在電感下降之前，續流結束。否則會產生反向轉矩束。否則會產生反向轉矩典型電流波形典型電流波形電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 一段為飽和段，視為與一段為飽和段，視為與 =0的位置的的位置的磁化曲線平行磁化曲線平行,斜率為斜率為Lmin；一段為非飽和段，為；一段為非飽和段，為L( ,i)的的 不飽和段。不飽和段。準線性模型分析準線性

14、模型分析實際磁化曲線實際磁化曲線分段線性磁化曲線分段線性磁化曲線電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 準線性模型繞阻電感準線性模型繞阻電感電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 某某8/6 SRM實際特性分析實際特性分析磁通及磁力線分布磁通及磁力線分布電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 磁鏈特性磁鏈特性某某8/6 SRM實際特性分析實際特性分析電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 電感特性電感特性某某8/6 SRM實際特性分析實際特性分析電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 互感特性互感特性某某8/6 SRM實際特性分析實際特性分析電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 靜態轉矩特性靜態轉矩特性

15、某某8/6 SRM實際特性分析實際特性分析電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 SR電動機的矩角特性電動機的矩角特性 A B C D D A B C D D Te 30 O 導導通通相相控控制制 60 Tstmin 四相四相SR電動機的矩角特性電動機的矩角特性 電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 兩相起動時合成轉矩波形兩相起動時合成轉矩波形 D A C AB BC CD DA Te 30 O 導導通通相相控控制制 60 B D SR電動機的矩角特性電動機的矩角特性電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 可控量為：可控量為：Us、 on 、 off控制法控制法1：固定：固定 on , off，通

16、過電流斬波限制電流，通過電流斬波限制電流，得到恒轉矩得到恒轉矩控制法2：固定on ,off，由速度設定值和實際值之差調制Us，進而改變轉矩*基速以上，角度位置控制基速以上，角度位置控制(APC)，輸出恒功率，輸出恒功率4.15 開關磁阻電動機的控制策略開關磁阻電動機的控制策略電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 O i Imin Imax 設定電流上、下幅值的斬波圖設定電流上、下幅值的斬波圖 4.15 開關磁阻電動機的控制策略開關磁阻電動機的控制策略電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 O i Imax 設定電流上限和關斷時間斬波圖設定電流上限和關斷時間斬波圖 4.15 開關磁阻電動機的控制策

17、略開關磁阻電動機的控制策略電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 O i PWM斬波調壓控制的電流波形斬波調壓控制的電流波形 4.15 開關磁阻電動機的控制策略開關磁阻電動機的控制策略電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 O T off on增大增大 APC運行時運行時Tav與與 on、 off的關系的關系 4.15 開關磁阻電動機的控制策略開關磁阻電動機的控制策略電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 0 0 Amin Cmaxn 2 1 電電流流斬斬波波可可控控區區 起起動動斬斬波波 定定角角度度斬斬波波 變變角角度度斬斬波波 APC控控制制 可可變變角角度度運運行行區區 控制方式的合理選擇控

18、制方式的合理選擇 4.15 開關磁阻電動機的控制策略開關磁阻電動機的控制策略電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 功率變換器是直流電源和功率變換器是直流電源和SRM的接口，起著將電的接口，起著將電能分配到能分配到SRM繞組中的作用，同時接受控制器的繞組中的作用，同時接受控制器的控制。控制。 由于由于SRM遵循遵循“最小磁阻原理最小磁阻原理”工作，因此只需工作，因此只需要單極性供電的功率變換器。功率變換器應能迅要單極性供電的功率變換器。功率變換器應能迅速從電源接受電能，又能迅速向電源回饋能量。速從電源接受電能，又能迅速向電源回饋能量。4.16 開關磁阻電動機功率變換器開關磁阻電動機功率變換器電動

19、汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 對功率變換器主電路的要求對功率變換器主電路的要求 （1）較少數量的主開關元件；）較少數量的主開關元件；（2）可將全部電源電壓加給電動機相繞組；）可將全部電源電壓加給電動機相繞組；（3）主開關器件的電壓額定值與電動機接近；）主開關器件的電壓額定值與電動機接近；（4）具備迅速增加相繞組電流的能力；）具備迅速增加相繞組電流的能力；（5）可通過主開關器件調制，有效地控制相電流；）可通過主開關器件調制，有效地控制相電流；（6）能將能量回饋給電源。）能將能量回饋給電源。4.16 開關磁阻電動機功率變換器開關磁阻電動機功率變換器電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 1、雙開

20、關型、雙開關型 + US - - VD1 VD2 VT1 VT2 4.16 開關磁阻電動機功率變換器開關磁阻電動機功率變換器電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 + US - - VD1 VD4 VT1 VT4 VD2 VD5 VT2 VT5 VD3 VD6 VT3 VT6 A B C 4.16 開關磁阻電動機功率變換器開關磁阻電動機功率變換器電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 4.16 開關磁阻電動機功率變換器開關磁阻電動機功率變換器2、H橋型橋型電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 4.16 開關磁阻電動機功率變換器開關磁阻電動機功率變換器主電路工作方式主電路工作方式電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 V0V0導通導通 V0V0關斷關斷單管斬波方式單管斬波方式4.16 開關磁阻電動機功率變換器開關磁阻電動機功率變換器電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 四相斬波方式四相斬波方式4.16 開關磁阻電動機功率變換器開關磁阻電動機功率變換器電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 斬波：斬波：V1V1關斷，續流關斷，續流換相：換相：V2V2關斷，關斷，V1V1導通導通兩相斬波方式兩相斬波方式4.16 開關磁阻電動機功率變換器開關磁阻電動機功率變換器電動汽車電驅動技術電動汽車電驅動技術 SRM 功功率率 變變換換器