第3章2电动汽车用电动机
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新能源汽车汽车驱动电机介绍
.3.
整车控制器（VCU）根据驾驶员意图发出各种指令，电机控制器响应并反馈，实时 调整驱动电机输出，以实现整车的怠速、前行、倒车、停车、能量回收以及驻坡等功能。 电机控制器另一个重要功能是通信和保护，实时进行状态和故障检测，保护驱动电机系统 和整车安全可靠运行。
.4.
C33DB 驱动电机系统技术指标参数
9～16V
标称容量 重量
防护等级
85kVA 9kg IP67
.5.
第二章 驱动电机系统关键部件简介
C33DB 驱动电动机采用永磁同步电机（PMSM）
具有效率高、体积小、重量轻及可靠性高等优点；是动力系统的重要执行机构， 是电能与机械能转化的部件，且自身的运行状态等信息可以被采集到驱动电机控制器。 依靠内置传感器来提供电机的工作信息，这些传感器包括： ü 旋转变压器：用以检测电机转子位置，控制器解码后可以获知电机转速； ü 温度传感器：用以检测电机的绕组温度，控制器可以保护电机避免过热。
.22.
检修——驱动电机高压接口定义
高压连接器
.23.
检修——C33DB（大洋/大郡）
交流高压接口
C33DB（大洋） 直流高压接口
C30/33DB（大郡）
建议检修时先确认插件是否连接到位。
.24.
电机控制器（MCU）
.25.
第三章 驱动电机系统控制策略简介
控制策略
基于STATE机制的驱动电机系统上下电控制策略:基于整车STATE机制上下电策略要求，约束 了该机制下MCU在整车上下电过程各STATE中应该执行的动作、需要实现逻辑功能、允许及禁止 的诊断等。
1
12
13
23
24
35
建议检修时先确认插件是否连接到位，是否有“退针”现象。
整车控制器（VCU）根据驾驶员意图发出各种指令，电机控制器响应并反馈，实时 调整驱动电机输出，以实现整车的怠速、前行、倒车、停车、能量回收以及驻坡等功能。 电机控制器另一个重要功能是通信和保护，实时进行状态和故障检测，保护驱动电机系统 和整车安全可靠运行。
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C33DB 驱动电机系统技术指标参数
9～16V
标称容量 重量
防护等级
85kVA 9kg IP67
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第二章 驱动电机系统关键部件简介
C33DB 驱动电动机采用永磁同步电机（PMSM）
具有效率高、体积小、重量轻及可靠性高等优点；是动力系统的重要执行机构， 是电能与机械能转化的部件，且自身的运行状态等信息可以被采集到驱动电机控制器。 依靠内置传感器来提供电机的工作信息，这些传感器包括： ü 旋转变压器：用以检测电机转子位置，控制器解码后可以获知电机转速； ü 温度传感器：用以检测电机的绕组温度，控制器可以保护电机避免过热。
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检修——驱动电机高压接口定义
高压连接器
.23.
检修——C33DB（大洋/大郡）
交流高压接口
C33DB（大洋） 直流高压接口
C30/33DB（大郡）
建议检修时先确认插件是否连接到位。
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电机控制器（MCU）
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第三章 驱动电机系统控制策略简介
控制策略
基于STATE机制的驱动电机系统上下电控制策略:基于整车STATE机制上下电策略要求，约束 了该机制下MCU在整车上下电过程各STATE中应该执行的动作、需要实现逻辑功能、允许及禁止 的诊断等。
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建议检修时先确认插件是否连接到位，是否有“退针”现象。
《新型能源汽车动力电池与驱动电机》课程标准
《新型能源汽车动力电池与驱动电机》课程标准新型能源汽车动力电池与驱动电机课程标准简介本课程旨在介绍新型能源汽车动力电池与驱动电机的基本原理与应用。
通过研究本课程，学生将了解到新型能源汽车动力电池和驱动电机的关键知识和技能，为他们在新能源汽车领域的职业发展提供基础支持。
课程目标1. 理解新型能源汽车动力电池的工作原理和基本特性。
2. 掌握新型能源汽车动力电池的种类和应用。
3. 理解驱动电机的原理和构造。
4. 掌握驱动电机的种类和性能评价方法。
5. 研究新型能源汽车动力电池与驱动电机的系统集成和控制策略。
课程内容第一章：新型能源汽车动力电池- 1.1 动力电池的概念和分类- 1.2 锂离子电池的原理和特性- 1.3 镍氢电池、铅酸电池等其他动力电池的特点- 1.4 动力电池的安全性和寿命管理第二章：驱动电机- 2.1 驱动电机的原理和分类- 2.2 直流电动机和交流电动机的特点与应用- 2.3 永磁同步电机和异步电机的特性比较- 2.4 驱动电机的效率和控制策略第三章：新型能源汽车动力系统集成- 3.1 动力电池系统的设计与集成- 3.2 驱动电机系统的设计与集成- 3.3 动力电池与驱动电机系统的匹配与优化- 3.4 整车电控系统的设计与调试评估方法- 平时表现及课堂参与：30%- 作业和实验报告：30%- 期末考试：40%参考书目- 1. 《新能源汽车动力电池与驱动电机技术》赵力主编，机械工业出版社，2018年- 2. 《新能源汽车驱动电机与电控技术》张军著，科学出版社，2019年以上为《新型能源汽车动力电池与驱动电机》课程的初步标准，请根据需要进行调整和完善。
祝你的文档写作顺利！。
电动汽车电驱动理论与设计 第2版-电动汽车电驱动理论与设计-03-电动汽车电驱动系统参数匹配
2. 效率利用指数
1
1
i
电 机 驱 动 系 统 效 率 ×100%
0.8 0.6 0.4 0.2 0 100 2500
电 机 驱 动 系 统 效 率 ×100%
0.8 0.6 0.4 0.2 0 150 100 车 速 V/(Km/h) 1000 50 0 0 500 时 间 t/s 1500
50 车 速 V/(Km/h) 0 500 0
M HEV [(1 HFW ) ice bat HFW em ] T
为蓄电池效 为发动机效率利用指数； HF 式中： 为混合动力系统的动力混合程度； 率； 为电机驱动系统效率利用指数； 为传动系效率。
高效区利用率 基于工况的运行效能 效率利用指数 系统匹配指数
电驱动系统评估方法
电机驱动系统综合性能评价指标
1. 高效区利用率 定义为电机驱动系统效率位于某区间的工作点数量与全部工作点数量的比值，记为 i 高效区利用率定义为效率大于80％的工作点数量与全都工作点数量的比值。 N i i N 以表3-2所示的国内某混合动力汽车参数为例，结合具体行驶工况进行仿真。图3-13 为两种典型行驶工况，图3-14为电机驱动系统工作点分布范围。
由电动机的最大输出转矩和最大爬坡度对于的行驶阻力确定传动系的速比下 限为
电动车辆电驱动系统性能评估方法和标准
汽车行驶工况
按照用途来分，行驶工况可分为标准工况和非标准工况。标准工况是由一个国家或 地区通过法规形式确立的用于认证和检测等用途的行驶工况。非标准工况则属于一 些研究机构和汽车厂商用于特定研究用途的非法规类行驶工况。 按表现形式分，行驶工况可分为瞬态和模态工况。瞬态工况的速度——时间曲线与 车辆实际运行过程非常相似，更符合车辆实际行驶特征；模态工况的车速——时间 曲线主要由一些折线段组成，分别代表匀速、匀加速和匀减速等运行工况.
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电 机 驱 动 系 统 效 率 ×100%
0.8 0.6 0.4 0.2 0 100 2500
电 机 驱 动 系 统 效 率 ×100%
0.8 0.6 0.4 0.2 0 150 100 车 速 V/(Km/h) 1000 50 0 0 500 时 间 t/s 1500
50 车 速 V/(Km/h) 0 500 0
M HEV [(1 HFW ) ice bat HFW em ] T
为蓄电池效 为发动机效率利用指数； HF 式中： 为混合动力系统的动力混合程度； 率； 为电机驱动系统效率利用指数； 为传动系效率。
高效区利用率 基于工况的运行效能 效率利用指数 系统匹配指数
电驱动系统评估方法
电机驱动系统综合性能评价指标
1. 高效区利用率 定义为电机驱动系统效率位于某区间的工作点数量与全部工作点数量的比值，记为 i 高效区利用率定义为效率大于80％的工作点数量与全都工作点数量的比值。 N i i N 以表3-2所示的国内某混合动力汽车参数为例，结合具体行驶工况进行仿真。图3-13 为两种典型行驶工况，图3-14为电机驱动系统工作点分布范围。
由电动机的最大输出转矩和最大爬坡度对于的行驶阻力确定传动系的速比下 限为
电动车辆电驱动系统性能评估方法和标准
汽车行驶工况
按照用途来分，行驶工况可分为标准工况和非标准工况。标准工况是由一个国家或 地区通过法规形式确立的用于认证和检测等用途的行驶工况。非标准工况则属于一 些研究机构和汽车厂商用于特定研究用途的非法规类行驶工况。 按表现形式分，行驶工况可分为瞬态和模态工况。瞬态工况的速度——时间曲线与 车辆实际运行过程非常相似，更符合车辆实际行驶特征；模态工况的车速——时间 曲线主要由一些折线段组成，分别代表匀速、匀加速和匀减速等运行工况.
电动汽车用永磁同步轮毂电机的设计及分析
摘要作为清洁能源汽车，电动汽车具有高能效，低噪音和零排放，成为世界新能源汽车发展的主要方向。
而对于永磁同步电动机，其结构简单，运行效率高，功率密度高，调速性能优良，符合电动汽车用电动机的要求。
因此，它在汽车工业中受到很多关注，并已广泛应用于电动汽车领域。
本文在有限元分析的基础上，采用场路结合的设计方法进行了电动汽车用永磁同步轮毂电机的设计和运行特性分析。
分析磁路结构参数变化对电机性能的影响，开发出适用于电动汽车的高效率、高功率密度、高过载能力的驱动电机，并由此总结了适用于电动汽车驱动的永磁同步电动机的设计方法，为后续系列产品的开发奠定了基础。
本文的主要研究工作有以下几个部分：根据电动汽车发展的关键技术，结合电动汽车的特殊运行条件和动力驱动特性，分析各种电动机性能的优缺点。
本文选择内置永磁同步电动机作为研究对象，通过对其结构特点和工作原理的分析，确定设计任务目标，使设计突出电动汽车驱动电机的特性。
以有限元软件为基础，依据电机学和相关电磁场理论，本文采用场路结合设计方法，确定了电机的设计方案，进行了电机主要尺寸设计、绕组方案确定、极槽配合选择、永磁体参数计算、永磁体充磁方向分析、气隙长度的设计等工作，完成样机的初步设计方案；然后根据电机电磁设计方案，建立有限元求解模型，对电机进行有限元分析计算，主要是对电机的空载、负载及过载工况进行仿真，并在此基础上研究电机的磁场分布、气隙磁密、空载反电动势、齿槽转矩、转矩转速以及永磁体涡流损耗等；研究相关结构的参数变化对电机的影响；从转子结构方面分析电机的弱磁扩速性能；为保证所设计的电机结构在运行时能够满足实际工况的机械强度需求，还对电机进行机械结构仿真，确保电机的各部分的应力能够满足所用材料的屈服强度的要求，保证电机的稳定运行。
最后依据设计结果制作了额定功率8.5kW、额定转速650r/min的样机，对样机的性能进行试验测试，测试结果表明样机具有较大的过载倍数和高效运行区域，达到预期设计目标。
《新能源汽车技术》教学课件 第3章 纯电动汽车
3.1纯电动汽车的结构及行驶性能
2.电力驱动及其控制技术 电动机与驱动系统是电动汽车的关键部件，要使电
动汽车有良好的使用性能，驱动电机应具有调速范围宽、 转速高、启动转矩大、体积小、质量小、效率高且有动 态制动强和能量回馈等特性。
3.1纯电动汽车的结构及行驶性能
3.电动汽车整车技术 电动汽车是高科技综合性产品，除电池、电动机外，
3.1纯电动汽车的结构及行驶性能
(1)电池技术 电池是电动汽车的动力源泉，也是一直制约电动汽
车发展的关键因素。要使电动汽车能与燃油汽车相竞争， 关键就是要开发出比能量高、比功率大、使用寿命长的 高效电池。
3.1纯电动汽车的结构及行驶性能
作为第3代燃料电池是当今理想的车用电池，但目 前还处于研制阶段，一些关键技术还有待突破。
3.1纯电动汽车的结构及行驶性能
3.1.1纯电动汽车的基本结构
纯电动汽车的定义：纯电动汽车（简称BEV）是指以 车载电源（如铅酸电池、镍氢电池或锂离子电池）为动力， 用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求 的车辆。
3.1纯电动汽车的结构及行驶性能
纯电动汽车，顾名思义是以电池等电能元件作为驱 动源。
新能源汽车
主讲人：XXX 教授
第三章
纯电动汽车
新能源又称非常规能源
3.1 结构及行驶性能 3.2 基础设施建设 3.3 车型实例
在断加剧的“人、 车、自然”的矛盾之 下，人们开始把目光 从传统的燃油汽车转 向新能源汽车。
第三章纯电动汽车
3.1纯电动汽车的结构及行驶性能
近年来，各国争相对汽车节能减排技术进行了大量 的研究与发展，最普遍的方式就是对传统内燃机汽车采 取一定的技术改造。例如代用燃料、发动机多气门技术 、涡轮增压、稀燃、分层燃烧、电控喷射等。
电气课件- 起动机
组成：主要由吸拉线圈、保持线圈、活动 铁心、接触盘等组成。
第二节 直流串励式电动机的工作原理
直流电动机是将电能转 变为机械能的装置，是 以通电导体在磁场中受 磁场力作用这一原理为 基础制成的。见P54
如图3－3a所示线圈abcd 的电流方向是：蓄电池 正极－励磁绕组－电刷 －换向片A－线圈（a至d） - 换 向 片 B－ 电 刷 － 搭 铁 。
3）汽车每行使6000～7500KM，检查起动机工作是 否正常，有无异常噪声。
4）汽车每行驶12000～15000KM，检查起动机外观、 导线连接与紧固情况；用发动机检测仪或专用仪器检 测启动电流和起动电压。桑塔纳、捷达轿车起动机稳 定运转5S时的电流应为110A左右，蓄电池电压不低于 9.6V；切诺基吉普车起动机稳定运转5S时的电流应为 160A左右，蓄电池电压不得低于9.6V。
2）电枢绕组断路的检修。因为电枢绕组导线的截面 积较大，所以不易断路。如有断路发生，一般都是 端头与换向器片之间的焊点脱焊或虚焊所致。因此， 有无断路故障可通过外观检查判断。发现断路时， 可用220W/220V电烙铁焊接修复。
第三节 起动保护电路
1)起动时，将点火开关旋至起动（II）档，组合继电器 线圈L1通电，其电路为：蓄电池正极－电磁开关主触 头Z1－30A熔断器7－电流表5－点火开关“II”档－组 合继电器“SW”接线柱－起动继电器线圈L1－保护继
电器常闭触点K2－E接线柱－搭铁－蓄电池负极。
线圈L1通电后，产生电磁力，使起动继电器触点K1闭 合，接通了起动机电磁开关中吸引线圈与保持线圈的
第五节 启动系统的检修与试验
一. 启动系统的正确使用
由于起动机工作电流大、转速高，因此在使用时，应 当注意以下几点：
1）每次接通起动机时间不得超过5S，连续两次接通 起动机应间隔15S以上时间，当连续三次接通起动机 仍不能启动时，应查明原因并排除故障后再使用起动 机。
第二节 直流串励式电动机的工作原理
直流电动机是将电能转 变为机械能的装置，是 以通电导体在磁场中受 磁场力作用这一原理为 基础制成的。见P54
如图3－3a所示线圈abcd 的电流方向是：蓄电池 正极－励磁绕组－电刷 －换向片A－线圈（a至d） - 换 向 片 B－ 电 刷 － 搭 铁 。
3）汽车每行使6000～7500KM，检查起动机工作是 否正常，有无异常噪声。
4）汽车每行驶12000～15000KM，检查起动机外观、 导线连接与紧固情况；用发动机检测仪或专用仪器检 测启动电流和起动电压。桑塔纳、捷达轿车起动机稳 定运转5S时的电流应为110A左右，蓄电池电压不低于 9.6V；切诺基吉普车起动机稳定运转5S时的电流应为 160A左右，蓄电池电压不得低于9.6V。
2）电枢绕组断路的检修。因为电枢绕组导线的截面 积较大，所以不易断路。如有断路发生，一般都是 端头与换向器片之间的焊点脱焊或虚焊所致。因此， 有无断路故障可通过外观检查判断。发现断路时， 可用220W/220V电烙铁焊接修复。
第三节 起动保护电路
1)起动时，将点火开关旋至起动（II）档，组合继电器 线圈L1通电，其电路为：蓄电池正极－电磁开关主触 头Z1－30A熔断器7－电流表5－点火开关“II”档－组 合继电器“SW”接线柱－起动继电器线圈L1－保护继
电器常闭触点K2－E接线柱－搭铁－蓄电池负极。
线圈L1通电后，产生电磁力，使起动继电器触点K1闭 合，接通了起动机电磁开关中吸引线圈与保持线圈的
第五节 启动系统的检修与试验
一. 启动系统的正确使用
由于起动机工作电流大、转速高，因此在使用时，应 当注意以下几点：
1）每次接通起动机时间不得超过5S，连续两次接通 起动机应间隔15S以上时间，当连续三次接通起动机 仍不能启动时，应查明原因并排除故障后再使用起动 机。
《汽车电器与电子技术》第03章起动机解析
磁路饱和后：Ф=常数， 电动机转矩为：
M=CmФIS
由上面两个公式可知， 串激式直流电动机的电 磁转矩在磁路未饱和时， 与电枢电流的平方成正 比；在磁路饱和后，磁 通Φ几乎不变，电磁转 矩才与电枢电流成线性 关系，如图所示。
这是串激式直流电动机的一个重要特点，即在 电枢电流相同的情况下串激式直流电动机的转 矩要比并激式直流电动机大。特别在起动的瞬 间，由于发动机的阻力矩很大，起动机处于完 全制动的情况下，n =0，反电动势Ef＝0。此时 电枢电流将达最大值（称为制动电流），产生 最大转矩（称为制动转矩），从而使发电机易 于起动。这是起动机采用串激电动机的主要原 因之一。
3.5.2 起动机运转无力
故障现象 起动时，驱动齿轮能啮人飞轮齿环， 但起动机转速明显偏低甚至停转。 故障原因 1）电源故障 2）起动机故障 故障诊断
3.5.3 起动机空转
故障现象 起动时，起动机转动，但发动机不转。 故障原因 单向离合器打滑；飞轮齿环的某一部 分严重缺损。 故障诊断
E f Ce n
式中 Ce —— 与电机结构有关的常数 （Ce=PZ/60α）； n —— 电动机转速。
由于反电动势的存在，直流电源加在电枢上的 电压，一部分用来平衡反电动势，另一部分则 降落在电枢绕组的电阻上，称为电压平衡方程 式，即
U E f I s Rs
式中 RS——电枢回路的电阻，它包括电枢绕 组的电阻以及电刷与换向器的接触电阻。 可求出电枢电流：
2. 起动机的特性曲线
起动机的转矩、 转速、功率与 电流的关系称 为起动机的特 性曲线，如图 所示为QDl24型 起动机的特性 曲线。
新能源汽车技术第3章2电动汽车用电动机ppt课件
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
3.4 异步电动机
异步电动机又称感应电动机，是由气隙旋转磁 场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从 而实现电能量转换为机械能量的一种交流电动机。
异步电动机的种类很多。最常见的方法是按转 子结构和定子绕组相数分类。
按照转子结构来分，有笼型异步电动机和绕线 型异步电动机；按照定子绕组相数来分，有单相异 步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。
新能源汽车技术 第 1 页
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
1.异步电动机的结构与特点
1)．异步电动机的结构 ➢ 异步电动机主要由静止的定子和旋转的转子两大部
分组成。 (1)定子 异步电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座构 成。 (2)转子。异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组 和转轴组成。
新能源汽车技术 第 2 页
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
1.异步电动机的结构与特点
三相异步电动机的典型结构
新能源汽车技术 第 3 页
HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
1.异步电动机的结构与特点
2).异步电动机的特点
➢ 转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自 交流电力系统；结构简单，制造、使用、维护方便， 运行可靠性高，重量轻，成本低。
新能源汽车技术 第 26 页
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5.异步电动机的控制
2). 异步电动机直接转矩控制 直接转矩控制是将电动机输出转矩作为直接控
制对象，通过控制定子磁场向量控制电动机转速。 通过控制PWM型逆变器的导通和切换方式，控制
3.4 异步电动机
异步电动机又称感应电动机，是由气隙旋转磁 场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从 而实现电能量转换为机械能量的一种交流电动机。
异步电动机的种类很多。最常见的方法是按转 子结构和定子绕组相数分类。
按照转子结构来分，有笼型异步电动机和绕线 型异步电动机；按照定子绕组相数来分，有单相异 步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。
新能源汽车技术 第 1 页
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1.异步电动机的结构与特点
1)．异步电动机的结构 ➢ 异步电动机主要由静止的定子和旋转的转子两大部
分组成。 (1)定子 异步电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座构 成。 (2)转子。异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组 和转轴组成。
新能源汽车技术 第 2 页
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1.异步电动机的结构与特点
三相异步电动机的典型结构
新能源汽车技术 第 3 页
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1.异步电动机的结构与特点
2).异步电动机的特点
➢ 转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自 交流电力系统；结构简单，制造、使用、维护方便， 运行可靠性高，重量轻，成本低。
新能源汽车技术 第 26 页
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5.异步电动机的控制
2). 异步电动机直接转矩控制 直接转矩控制是将电动机输出转矩作为直接控
制对象，通过控制定子磁场向量控制电动机转速。 通过控制PWM型逆变器的导通和切换方式，控制
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第3章_2_电动汽车用电 动机
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2020/11/26
第3章2电动汽车用电动机
3.4 异步电动机
异步电动机又称感应电动机，是由气隙旋转磁 场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从 而实现电能量转换为机械能量的一种交流电动机。
异步电动机的种类很多。最常见的方法是按转 子结构和定子绕组相数分类。
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第3章2电动汽车用电动机
3.异步电动机的运行特性
•异步电动机的工作特性
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第3章2电动汽车用电动机
3.异步电动机的运行特性
2)．异步电动机的机械特性 Ø 异步电动机的机械特性是指电动机在恒定电压和恒
定频率的情况下，电动机的转速与转矩之间的关系。 Ø 异步电动机的机械特性分为自然机械特性和人为机
Ø （3）永磁同步电动机具有较硬的机械特性，对于因 负载的变化而引起的电动机转矩的扰动具有较强的 承受能力；
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第3章2电动汽车用电动机
1.永磁同步电动机的结构与特点
Ø （4）永磁电动机转子为永久磁铁无需励磁，因此电 动机可以在很低的转速下保持同步运行，调速范围 宽；
Ø （5）永磁同步电动机与异步电动机相比，不需要无 功励磁电流，因而功率因数高，定子电流和定子铜 耗小，效率高；
Ø 异步电动机的转子转速与定子旋转磁场的同步转速 之间存在转速差，它的大小决定着转子电动势及其 频率的大小，直接影响异步电动机的工作状态。通 常将转速差与同步转速的比值，用转差率表示，即 有
Ø 式中， 为转差率； 为定子旋转磁场的同步转速； 为转子转速。
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第3章2电动汽车用电动机
3.异步电动机的运行特性
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第3章2电动汽车用电动机
2.永磁同步电动机的运行原理与特性
3)．功率与转矩 当永磁同步电动机具有滞后功率因数并考虑电枢电 阻的影响，电动机从电网输入的电功率为
式中， 为电动机的功率角。 电动机的电磁功率为
式中， 为电动机的电枢绕组铜耗。
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第3章2电动汽车用电动机
2.永磁同步电动机的运行原理与特性
(4)直接转矩控制技术对转矩实行直接控制。控制效 果不取决于电动机的数学模型是否能够简化，而是 取决于转矩的实际状况。
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第3章2电动汽车用电动机
3.5 永磁同步电动机
永 磁 同 步 电 动 机 （ Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）具有高效、高控制 精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性及低振动噪 声的特点，通过合理设计永磁磁路结构能获得较高 的弱磁性能，在电动汽车驱动方面具有很高的应用 价值，受到国内外电动汽车界的高度重视，是最具 竞争力的电动汽车驱动电机系统之一。
• 如果忽略电枢电阻的影响，则
•上式的前半部分称为基本电磁功率，由永磁磁场与电 枢磁场相互作用产生；后半部分因凸极效应产生，称为 附加电磁功率或磁阻功率。
Ø （3）运动方程 在一般情况下，电气传动系统的运动方程式是
Ø 式中，TL为负载转矩；J为机组的转动惯量；D为与 转速成正比的负载转矩阻尼系数；K为扭转弹性转矩
系数；为极对数。
Ø 对于恒转矩负载，D=0，K=0，则
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第3章2电动汽车用电动机
4.异步电动机的数学模型
Ø （4）转矩方程
按照机电能量转换原理，可求出电磁转矩Te的表达
按照转子结构来分，有笼型异步电动机和绕线 型异步电动机；按照定子绕组相数来分，有单相异 步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。
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第3章2电动汽车用电动机
1.异步电动机的结构与特点
1)．异步电动机的结构
Ø 异步电动机主要由静止的定子和旋转的转子两大部 分组成。 (1)定子 异步电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座构 成。 (2)转子。异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组 和转轴组成。
•
分别为定
子和转子相电压的瞬时值；
•
分别为定
子和转子相电流的瞬时值；
•
分别为各
相绕组的全磁链；
分别
为定子和转子绕组的电阻。
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第3章2电动汽车用电动机
4.异步电动机的数学模型
Ø 上述各量度已折算到定子侧。将电压方程写成矩阵
形式，并以微分算子 代替微分符号 。
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第3章2电动汽车用电动机
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第3章2电动汽车用电动机
4.异步电动机的数学模型
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•三相异步电动机的物理模 型
第3章2电动汽车用电动机
4.异步电动机的数学模型
Ø （1）电压方程 三相定子绕组的电压平衡方程为
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第3章2电动汽车用电动机
4.异步电动机的数学模型
Ø 三相转子绕组折算到定子侧后的电压方程为
4.异步电动机的数学模型
Ø （2）磁链方程 六个绕组的磁链可表示为
对角线元素是各有关绕组的自感，其余各项是绕组 间的互感。
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第3章2电动汽车用电动机
4.异步电动机的数学模型
➢ 根据磁链方程和电压方程，可以得到展开后 的电压方程为
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第3章2电动汽车用电动机
4.异步电动机的数学模型
式为
•T•e =•pL•m•1•[•(•iA••ia +••iB••ib +••iC••ic•)•sinq+••(•iA••ib +••iB••ic +••iC••ia•)•sin( q+•120•o) +••(•iA••ic +••iB••ic +••iC••ib•)•sin( q-•120•o)]
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第3章2电动汽车用电动机
2.永磁同步电动机的运行原理与特性
2)．电压方程式 Ø 忽略磁饱和效应的影响，永磁同步电动机的电压方
程式为
Ø 式中， 为电枢端电压； 为励磁电动势； 为电枢
电流；
为电枢电流在d轴的分量； 为电枢电
流在q轴的分量； 为电枢绕组电阻； 为直轴同步
电抗； 为交轴同步电抗。
所以
运算得到 式中，
为转子励磁时间常数。
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第3章2电动汽车用电动机
5.异步电动机的控制
由简化得电压矩阵方程式可得
进一步计算可得
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第3章2电动汽车用电动机
5.异步电动机的控制
Ø 异步电动机矢量控制的特点
(1)可以从零转速起进行速度控制，因此调速范围很宽 广；
(2)可以对转矩实行较为精确控制； (3)系统的动态响应速度很快； (4)电动机的加速度特性很好。
1)．异步电动机的工作特性
Ø 异步电动机的工作特性是指电动机在保持额度电压 和额定频率不变的情况下，电动机的转速、电磁转 矩、定子电流、效率和功率因数随输出功率变化的 特性。
Ø 转速特性和转矩特性关系到电动机与机械负载匹配 的合理性；定子电流特性可以表明电动机的发热情 况，关系到电动机运行的可靠性和使用寿命；效率 特性和功率因数特性关系到电动机运行的经济性。
Ø 目前对异步电动机的调速控制主要有恒压频比开环 控制（VVVF）、转差控制、矢量控制（VC）以及直 接转矩控制（DTC）等。
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第3章2电动汽车用电动机
5 .异步电动机的控制
1)．异步电动机的矢量控制
矢量控制理论采用矢量分析的方法来分析交流 电动机内部的电磁过程。
它模仿对直流电动机的控制技术，将交流电动 机的定子电流解耦成互相独立的产生磁链的分量和 产生转矩的分量。分别控制这两个分量就可以实现 对交流电动机的磁链控制和转矩控制的完全解耦， 从而达到理想的动态性能。
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第3章2电动汽车用电动机
•直接转矩控制系统结构图
5.异步电动机的控制
Ø 直接转矩控制的特点 (1)直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动 机的数字模型，控制电动机的磁链和转矩。 (2)直接转矩控制磁通估算所用的是定子磁链，只要 知道定子电阻就可以把它观测出来。
(3)直接转矩控制采用空间矢量的概念来分析三相交 流电动机的数学模型和控制其各物理量。
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第3章2电动汽车用电动机
4.异步电动机的数学模型
Ø 三相异步电动机的数学模型 将前述式子归纳起来，便构成在恒转矩负载下三相 异步电动机的多变量非线性数学模型。
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第3章2电动汽车用电动机
5 .异步电动机的控制
Ø 异步电动机是一个多变量（多输入输出）系统，其 中变量电压（电流）、频率、磁通、转速之间又相 互影响， 所以其又是强耦合的多变量系统。如何对 这样一个非线性、多变量、强耦合的复杂系统进行 有效控制，成为研究的重点。
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第3章2电动汽车用电动机
1.永磁同步电动机的结构与特点
1)．永磁同步电动机结构 永磁同步电动机分为正弦波驱动电流的永磁同步电 动机和方波驱动电流的永磁同步电动机。这里介绍 的主要是以三相正弦波驱动的永磁同步电动机。
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第3章2电动汽车用电动机
•永磁同步电动机的结构示意图
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第3章2电动汽车用电动机
1.异步电动机的结构与特点
•三相异步电动机的典型结构
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第3章2电动汽车用电动机
•1.异步电动机的结构与特点
2).异步电动机的特点
Ø 转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自 交流电力系统；结构简单，制造、使用、维护方便， 运行可靠性高，重量轻，成本低。
表面嵌入式转子结 构
•内置式转子结构
•a）内置径向式 b）内置切向式 c）内置混合 式
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2020/11/26
第3章2电动汽车用电动机
3.4 异步电动机
异步电动机又称感应电动机，是由气隙旋转磁 场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从 而实现电能量转换为机械能量的一种交流电动机。
异步电动机的种类很多。最常见的方法是按转 子结构和定子绕组相数分类。
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第3章2电动汽车用电动机
3.异步电动机的运行特性
•异步电动机的工作特性
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第3章2电动汽车用电动机
3.异步电动机的运行特性
2)．异步电动机的机械特性 Ø 异步电动机的机械特性是指电动机在恒定电压和恒
定频率的情况下，电动机的转速与转矩之间的关系。 Ø 异步电动机的机械特性分为自然机械特性和人为机
Ø （3）永磁同步电动机具有较硬的机械特性，对于因 负载的变化而引起的电动机转矩的扰动具有较强的 承受能力；
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1.永磁同步电动机的结构与特点
Ø （4）永磁电动机转子为永久磁铁无需励磁，因此电 动机可以在很低的转速下保持同步运行，调速范围 宽；
Ø （5）永磁同步电动机与异步电动机相比，不需要无 功励磁电流，因而功率因数高，定子电流和定子铜 耗小，效率高；
Ø 异步电动机的转子转速与定子旋转磁场的同步转速 之间存在转速差，它的大小决定着转子电动势及其 频率的大小，直接影响异步电动机的工作状态。通 常将转速差与同步转速的比值，用转差率表示，即 有
Ø 式中， 为转差率； 为定子旋转磁场的同步转速； 为转子转速。
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第3章2电动汽车用电动机
3.异步电动机的运行特性
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2.永磁同步电动机的运行原理与特性
3)．功率与转矩 当永磁同步电动机具有滞后功率因数并考虑电枢电 阻的影响，电动机从电网输入的电功率为
式中， 为电动机的功率角。 电动机的电磁功率为
式中， 为电动机的电枢绕组铜耗。
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2.永磁同步电动机的运行原理与特性
(4)直接转矩控制技术对转矩实行直接控制。控制效 果不取决于电动机的数学模型是否能够简化，而是 取决于转矩的实际状况。
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3.5 永磁同步电动机
永 磁 同 步 电 动 机 （ Permanent Magnet Synchronous Motor，简称PMSM）具有高效、高控制 精度、高转矩密度、良好的转矩平稳性及低振动噪 声的特点，通过合理设计永磁磁路结构能获得较高 的弱磁性能，在电动汽车驱动方面具有很高的应用 价值，受到国内外电动汽车界的高度重视，是最具 竞争力的电动汽车驱动电机系统之一。
• 如果忽略电枢电阻的影响，则
•上式的前半部分称为基本电磁功率，由永磁磁场与电 枢磁场相互作用产生；后半部分因凸极效应产生，称为 附加电磁功率或磁阻功率。
Ø （3）运动方程 在一般情况下，电气传动系统的运动方程式是
Ø 式中，TL为负载转矩；J为机组的转动惯量；D为与 转速成正比的负载转矩阻尼系数；K为扭转弹性转矩
系数；为极对数。
Ø 对于恒转矩负载，D=0，K=0，则
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4.异步电动机的数学模型
Ø （4）转矩方程
按照机电能量转换原理，可求出电磁转矩Te的表达
按照转子结构来分，有笼型异步电动机和绕线 型异步电动机；按照定子绕组相数来分，有单相异 步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。
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1.异步电动机的结构与特点
1)．异步电动机的结构
Ø 异步电动机主要由静止的定子和旋转的转子两大部 分组成。 (1)定子 异步电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座构 成。 (2)转子。异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组 和转轴组成。
•
分别为定
子和转子相电压的瞬时值；
•
分别为定
子和转子相电流的瞬时值；
•
分别为各
相绕组的全磁链；
分别
为定子和转子绕组的电阻。
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4.异步电动机的数学模型
Ø 上述各量度已折算到定子侧。将电压方程写成矩阵
形式，并以微分算子 代替微分符号 。
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•三相异步电动机的物理模 型
第3章2电动汽车用电动机
4.异步电动机的数学模型
Ø （1）电压方程 三相定子绕组的电压平衡方程为
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4.异步电动机的数学模型
Ø 三相转子绕组折算到定子侧后的电压方程为
4.异步电动机的数学模型
Ø （2）磁链方程 六个绕组的磁链可表示为
对角线元素是各有关绕组的自感，其余各项是绕组 间的互感。
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4.异步电动机的数学模型
➢ 根据磁链方程和电压方程，可以得到展开后 的电压方程为
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4.异步电动机的数学模型
式为
•T•e =•pL•m•1•[•(•iA••ia +••iB••ib +••iC••ic•)•sinq+••(•iA••ib +••iB••ic +••iC••ia•)•sin( q+•120•o) +••(•iA••ic +••iB••ic +••iC••ib•)•sin( q-•120•o)]
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2.永磁同步电动机的运行原理与特性
2)．电压方程式 Ø 忽略磁饱和效应的影响，永磁同步电动机的电压方
程式为
Ø 式中， 为电枢端电压； 为励磁电动势； 为电枢
电流；
为电枢电流在d轴的分量； 为电枢电
流在q轴的分量； 为电枢绕组电阻； 为直轴同步
电抗； 为交轴同步电抗。
所以
运算得到 式中，
为转子励磁时间常数。
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5.异步电动机的控制
由简化得电压矩阵方程式可得
进一步计算可得
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5.异步电动机的控制
Ø 异步电动机矢量控制的特点
(1)可以从零转速起进行速度控制，因此调速范围很宽 广；
(2)可以对转矩实行较为精确控制； (3)系统的动态响应速度很快； (4)电动机的加速度特性很好。
1)．异步电动机的工作特性
Ø 异步电动机的工作特性是指电动机在保持额度电压 和额定频率不变的情况下，电动机的转速、电磁转 矩、定子电流、效率和功率因数随输出功率变化的 特性。
Ø 转速特性和转矩特性关系到电动机与机械负载匹配 的合理性；定子电流特性可以表明电动机的发热情 况，关系到电动机运行的可靠性和使用寿命；效率 特性和功率因数特性关系到电动机运行的经济性。
Ø 目前对异步电动机的调速控制主要有恒压频比开环 控制（VVVF）、转差控制、矢量控制（VC）以及直 接转矩控制（DTC）等。
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5 .异步电动机的控制
1)．异步电动机的矢量控制
矢量控制理论采用矢量分析的方法来分析交流 电动机内部的电磁过程。
它模仿对直流电动机的控制技术，将交流电动 机的定子电流解耦成互相独立的产生磁链的分量和 产生转矩的分量。分别控制这两个分量就可以实现 对交流电动机的磁链控制和转矩控制的完全解耦， 从而达到理想的动态性能。
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•直接转矩控制系统结构图
5.异步电动机的控制
Ø 直接转矩控制的特点 (1)直接转矩控制直接在定子坐标系下分析交流电动 机的数字模型，控制电动机的磁链和转矩。 (2)直接转矩控制磁通估算所用的是定子磁链，只要 知道定子电阻就可以把它观测出来。
(3)直接转矩控制采用空间矢量的概念来分析三相交 流电动机的数学模型和控制其各物理量。
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4.异步电动机的数学模型
Ø 三相异步电动机的数学模型 将前述式子归纳起来，便构成在恒转矩负载下三相 异步电动机的多变量非线性数学模型。
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5 .异步电动机的控制
Ø 异步电动机是一个多变量（多输入输出）系统，其 中变量电压（电流）、频率、磁通、转速之间又相 互影响， 所以其又是强耦合的多变量系统。如何对 这样一个非线性、多变量、强耦合的复杂系统进行 有效控制，成为研究的重点。
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第3章2电动汽车用电动机
1.永磁同步电动机的结构与特点
1)．永磁同步电动机结构 永磁同步电动机分为正弦波驱动电流的永磁同步电 动机和方波驱动电流的永磁同步电动机。这里介绍 的主要是以三相正弦波驱动的永磁同步电动机。
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•永磁同步电动机的结构示意图
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第3章2电动汽车用电动机
1.异步电动机的结构与特点
•三相异步电动机的典型结构
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•1.异步电动机的结构与特点
2).异步电动机的特点
Ø 转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自 交流电力系统；结构简单，制造、使用、维护方便， 运行可靠性高，重量轻，成本低。
表面嵌入式转子结 构
•内置式转子结构
•a）内置径向式 b）内置切向式 c）内置混合 式