电动机汽车交流调速仿真研究毕业论文(编辑修改稿)

电动机汽车交流调速仿真研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

的行驶需要，因此，从技术结构来看，变速箱不再是整个动力系统的必要装置，但是，在变频调速的性能方面，还是对电动机提出了较高的要求，另外，倒车也是日常驾驶时经常遇到的问题，所以，还需要电动机能够自如的在正反转状态间切换。 异步电动机具备变频调速的能力，其 效果相当于我们所理解的装配有无级变速箱的车辆在加速时发动机转速与车速较为线性的对应关系。 而上面提到的倒车问题，异步电动机也可轻易通过自身正反转的切换给予满足。 永磁同步电动机 事实上，永磁同步电动机的结构与上面提到的直流电动机相似，这样便可具备无刷直流电动机结构简单、运行可靠、 功率 密度大、调速性能好等特点。 与此同时，由于永磁同步电动机采 用的 驱动方式 不同于直流电动机，所以，在噪音以及控制精度环节，永磁同步电动机更胜一筹。 永磁同步电动机的使用对于电动车的乘坐舒适性也有帮助。 通常情况下，我们把乘员舱的静音性当做衡量一款汽车舒适性的因素之一，对于一般用户而言，这样的衡量标准电动车同样适用。 目前的电动车大多只提供一级减速器，所以，电动机的转速较高，受电动机 驱动方式 、装配精度以及各个部件间的匹配等因素影响，车辆行驶时电动机发出的噪音有可能影响到车内乘员的乘坐舒适性。 当然，我们并不能否然整车隔音工程的作用，但仅评价对噪音源的控制，永磁同步电动机还是有一定优势，另外，它的体积也更小，换言之，布置更为灵活，更轻的自重对整车重量也有所贡献。 宝马 i3 所使用的正是永磁同步电动机。 从技术优势来看，永磁同步电动机应该成为高端电动车必用的一个类型，但事情也没有这么绝对， 特斯拉 MODEL S 使用的则是上面介绍的异步电动机类型，尽管在重量和体 积方面，异步电动机并不占优势，但其转速范围广泛以及高达 20xx0rpm电动机汽车交流调速系统仿真研究 4 左右的峰值转速即使不匹配二级 差速器 也能够满足该 级别 车型高速巡航的转速需求，至于重量对续航 里程 的影响，高能量密度的 18650 电池能够“掩盖”电机重量的劣势。 此外，异步电机稳定性优秀也是 特斯拉 选择其的重要原因。 开关磁阻电动机 开关磁阻电动机是一个很具发展潜力的电动机，在同样具备结构简单、坚固耐用、工作可靠、效率高等优势外，它的调速系统可 控参数多和经济指标比上述电动机都要好。 功率 密度也更高，这意味着电动机在重量更轻且 功率 大，当电流达到额定电流的 15%时即可实现 100%的起动转矩。 另外，更小的体积也使得电动车的整车设计更 为灵活，可以将更大的空间贡献给车内，更为重要的是，这种电动机的成本也不高。 电动汽车用电机的发展和现 状 电动汽车电机是指以车载电源为动力，电动汽车电机用电机驱动车轮行驶，电动汽车电机符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。 由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但当前技术尚不成熟。 电源为电动汽车的驱动电动机提供电能，电动汽车电机将电源的电能转化为机械能，通过传动装置或直接驱动车轮和工作装置。 目前，电动汽车上应用最广泛的电源是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于比能量较 低，充电速度较慢，寿命较短，逐渐被其他蓄电池所取代。 发展经历： 永磁无刷直流电机通过改变永磁直流电机的定子和转子的位置，就可以得到永磁无刷直流电机。 需注意到是“直流”这个术语会引起误解，因为它并不是指直流电机，实际上它采用交流方波供电，所以也称为永磁无刷方波电机。 它最大的优点是无刷，消除了电刷带来的许多问题。 而且方波电流方波磁场相互作用可以产生更大的转矩。 永磁无刷同步电机用永磁材料代替传统同步电机的励磁绕组，就能去掉传统的电刷、滑环和励磁绕组的铜损，由于采用正弦交流电及无刷结构 ，又叫永磁无刷交流电机。 其优点是高能量密度和高效率，其恒功率区域有更宽的转速范围，并可以以矢量控制方法来满足电动汽车的高性能要求。 5 异步电机驱动系统：异步电机其特点是结构简单、坚固耐用、成本低廉、运行可靠、低转矩脉动、低噪声、不需要位置传感器、转速极限高。 异步电机矢量控制调速技术比较成熟，使得异步电机驱动系统具有明显的优势，因此被较早应用于电动汽车的驱动系统，目前仍然是电动汽车驱动系统的主流产品，但已被其它新型无刷永磁牵引电机驱动系统逐步取代。 电动汽车电机最大缺点是驱动电路复杂，成本高；相 对永磁电机而言，异步电机效率和功率密度偏低。 电动汽车的发展趋势： 虽然各种各样的驱动用电动机早已研究得很成熟 ,但它们并不能直接适用于电动车 ,因为电动车有其特有的运行特点 ,所以所用的电动机必须满足这些特点才能获得高性能。 电动车最显著的特点是频繁的起停、加减速，而不是运行于某一恒速下。 近期电动车主要用于在污染比较严重的大中城市市区固定路线行驶和某些特殊场合 ,如机场、车站、码头、仓库、遂道和旅游区域等地方。 人们对电动车的 1 次充电行驶距离和最高时速有一定要求 ,但要求不是很高。 一般 1 次充电行驶 50～ 100km,最高时速在 100kmh 以内就可满足要求。 从长远看 ,电动车要取代燃油汽车 ,它的性能必须可与燃油汽车相比 ,所以它的 1 次充电行驶距离和最高时速都要大大提高。 另外 ,可靠性和价格也是人们比较关注的问题。 本章小结 本章主要概括了电动汽车用电机的种类，有 无刷有齿轮减速用电机无刷直流电动机轮毂式无齿轮传动有刷直流电动机。 以及 电动汽车用电机的特点，和电动汽车的发展趋势和现状，电动汽车用电机研究水平逐渐成熟，同时也能在不断提高其性能。 电动机汽车交流调速系统仿真研究 6 第二章 异步电动机变频调速理论 随着交流传动 系统的飞速发展 ,交流调速系统正以良好的动态、静态性能广泛应用于业生产的各个领域，打破了过去传动领域内直流调速系统所占的统治地位。 二十二世纪将是交流调速占统治的时代。 七十年代初，矢量控制技术提出以后，交流电机控制系统的性能不断得到改善。 目前， PWM供电的交流电机调速系统在中小功率电气传动领域中得到广泛的应用。 异步电动机变频调速系统的发展 由于控制理论上的突破和电力电子技术的迅猛发展，变频调速装置和交流调速的发展十分迅速。 大容量交流调速系统 齿 1980年 8月东芝公司为日本大同特殊钢公 司星崎钢厂二重式可轧机提供的晶闸管交一交变频器供电的笼型异步电动机传动系统投产，额定功率 180OkW，在世先采用矢量变换控制原理实现了大容量交流电动机传动，揭开了大容量、高性能交流传动系统工业应用的序幕。 15年来 ,大容量交流传动系统的容量不断扩大 ,性能不断提高 ,其发展方向是多品种、数字化控制、提高性能指标和扩大单机容量。 在控制技术方面，新的大容量交流传动系统大都采用多微处理机 (CPU)全数字化控制。 多 CPU及高速数字信号处理器 DSP的应用大大提高了计算和处理速度，不但能够快速完成多任务，而且促使诸如状态观厕 器、参数估计器、仿真器、非线性解祸等现代控制理论和技术的实用化，大大提高了系统的控制性能。 中小容量变频装置 习惯上把 60k0w 以下的变频调速系统划分为中、小容量范围。 中、小容量变频装置发展的特点是通用化、系列化和规模化生产。 「 1 本是世界上变频器产量最大的国家，中、小容量变频器在中国的市场也最大。 以富士、三肯公司最早 ,其后很多公司的产品也先后进入中国市场。 欧美不少厂家的产品也进入了中国市场 ,如美国AB 公司，英国的 CT 公司，德国的 Siemens 公司，欧洲的 ABB 公司、 AEG 公司等。 中、小容量 变频器儿一乎全都采用一极管整流 `自关断器件逆变的交一直一交电压型变频控制方式，输出正弦波电流。 一最新的产品全都采用微机全数字 化控制。 通用化 7 是中、小容量变频器最突出的特点，其表现为 :的频日前 ,中、小容量变频器 l 王朝着小型化、低噪声、智能化和高性能的方向发展。 IGBT 的开关频率可以超过 20kHz，可以使变频器输出电流的谐波很小并实现静音。 专用集成电路、现场可编程门列阵以及计算机一电路一体化的智能功率模块器件的应用，使变频器的体积大大减小。 已制成了将控制器、驱动电路、功率变流器 集成为一体的微型变频器，如日本富士公司的 KST 系列和三菱公司的 FRZ 系列变频器。 美国一家公司最近推出的变频调速电动机己将变频器装入电动机中，成为真正的智能电机。 异步电动机变频调速系统理论 异步电机采用变频调速技术后，调速范围广，调速时因滑差功率不变而附加能量损失，是一种性能优良的高效调速方式，是交流电机调速传动发展的主要方向。 电机控制方法 一变频调速控制理论技术的发展主要由标量控制向高动态性能的矢量控制 与直接转矩控制发展和无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制方面发展。 变频调速出现的早期 ,电机控制技术主要是恒压频比控制 ,即电压与频率协调控制来实现调速 ， 对动态性能要求不高的场合 ,此种控制方式可以实现高效率的调速。 但是当异步电动机用于乳钢机、数控机床、机器人、载客电梯等高性能调速系统和伺服系统时 ， 系统需要较高的动态性能 ,仅靠恒压频比控制不能达到要求 ,因此国内外学者针对这种情况进行了大量的学术 研究。 二十世纪八十年代中期 ， 德国鲁尔大学的教授又提出一种称为直接转矩控制的交流电机控制理论。 随后日本的教授等人也提出了类似的控制理论并取得良好的控制效果。 近十 多年 ,各国学者和研究部门致力于无速度传感器控制系统的研究利用检测的定子电压、电流来对速度进行估量计算 ， 减少了速度传感器的使用使整个控制系统更加可靠、经济。 目前已经研制出了无速度传感器直接转矩控制和矢量控制系统的实用产品。 近几年来 ， 智能控制研究比较活跃 ,并在很多领域得到了推广和应用 ，典型的如模糊自寻优控制、人工神经网络 控制和基于专家系统的控制等。 随着高频化、大容量、绿色化的新型电力电子器件如雨后春 般涌现 ,变频技术电动机汽车交流调速系统仿真研究 8 也有了快速的飞跃。 二十世纪六十年代中期 ， 由普通晶闹管、小功率晶体管构成的方波 形逆变器进入了实用化七十年代后 ， 全控型高频率 关器件的发展为 PWM(脉宽调制 )控制技术做了铺塾 ,此后 PWM 逆变器、 SPWM 逆变器的应用。