
1在设计电动汽车驱动电机时,需要考虑哪些性能指标?目前对于电动汽车性能的评定,主要是考虑以下三个性能指标:(1)最大行驶里程:电动汽车在电池充满电后的最大行驶里程;(2)加速能力:电动汽车从静止加速到一定的时速所需要的最小时间;(3)最高时速:电动汽车所能达到的最高时速。
为了使一辆电动汽车的性能尽可能优秀,相比于工业用电机,电动汽车的驱动电机有着特殊的性能要求。
在日常驾驶中,特别是在城市中行驶的电动汽车通常需要频繁的启动或者停车、加速或减速因此,对电动机的转矩控制的动态性能要求较高。
电动汽车不仅需要在城市低速行驶时保持高效节能,同时也需要在高速路上行驶,保持较高的运行效率。
为了使得电动汽车跑得更远,就必须要减少整车的重量,现在的电动汽车通常取消了多级变速器,这就要求在低速行驶或爬坡时,电机可以提供较大的转矩,通常来说要能够承受4-5倍的过载,这也是电动汽车容错性的必须要求。
为了减重,电机设计时尽量设计为高额定转速,同时尽量采用铝合金外壳,高速电机体积小,有利于减少电动汽车的重量。
电动汽车比燃油汽车节能的一大利器就是电动汽车最优化的能量利用,也就是说电动汽车具有制动能量回收功能,再生制动回收的能量一般要达到总能量的10%-20%,那么电动机也有支持能量的回收能力。
电动汽车所使用的电机工作环境更加复杂、恶劣,要求电机在有着很好的可靠性和环境适应性,同时还要保证电机生产的成本不能过高。
关于电动汽车驱动电机具体的性能指标要求,在我国的国家标准全文公开系统http://www.gb688.cn/bzgk/gb/index,查阅驱动电机相关国家标准,有如下结果:可以看到,国家标准中,对电动机的外观外形和安装尺寸质量;机械强度;密封性能;耐高压性能;绝缘性能;输入输出特性(控制精度;工作效率;响应时间);安全性;各种环境下的适应性;可靠性做出了明确的规定。
鉴于国家标准的法律性质和权威地位,设计电动汽车的驱动电机必须符合国标的规定,性能必须达到国家标准,同时根据用户的实际需求改进。
2 感应电机、永磁电机(包括永磁无刷直流电机和永磁同步电机)各有哪些优点、缺点?永磁电机:永磁无刷直流电机通常情况下转子磁极采用瓦型磁钢,经过磁路设计,可以获得梯形波的气隙磁密,定子绕组多采用集中整距绕组,因此感应反电动势也是梯形波的。
无刷直流电机的控制需要位置信息反馈,必须有位置传感器或是采用无位置传感器估计技术,构成自控式的调速系统。
控制时各相电流也尽量控制成方波,逆变器输出电压按照有刷直流电机PWM的方法进行控制即可。
本质上,无刷直流电机也是一种永磁同步电动机,调速实际也属于变压变频调速范畴。
两者区别可以认为是方波和正弦波控制导致的设计理念不同。
感应电动机: 又称“异步电动机(asynchronousmotor)”,即转子置于旋转磁场中,在旋转磁场的作用下,获得一个转动力矩,因而转子转动。
转子是可转动的导体,通常多呈鼠笼状。
定子是电动机中不转动的部分,主要任务是产生一个旋转磁场。
旋转磁场并不是用机械方法来实现。
而是以交流电通于数对电磁铁中,使其磁极性质循环改变,故相当于一个旋转的磁场。
这种电动机并不像直流电动机有电刷或集电环,依据所用交流电的种类有单相电动机和三相电动机,单相电动机用在如洗衣机,电风扇等;三相电动机则作为工厂的动力设备目前成功实现高速化的主要有感应电机、永磁电机,它们各有优缺点。
从功率密度和效率来看,选择顺序为永磁电机、感应电机;然而从转子机械特性来看其选择顺序需要颠倒过来,即感应电机和永磁电机。
在确定高速电机结构形式时,需要对其电磁特性和机械特性综合对比研究。
目前中小功率高速电机采用永磁电机较多,中大功率高速电机采用感应电机较多。
感应电机相比永磁电机更稳定耐用,表现在几个方面。
第一,几乎没有电枢反应,适合过载。
第二,过载的时候温升可能比较高,其转子能耐受较高的温度。
缺点就是转子导体上有电流会产生欧姆损耗,对应永磁电机转子永磁体的涡流损耗,这在低速差别比较明显,感应电机效率会差。
感应电机比较适合弱磁,弱磁运行时不会增加额外的励磁损耗,而永磁电机需要施加额外的弱磁电流。
如果弱磁运行时出现逆变器(或控制器或传感器)故障,导致无法提供弱磁电流,永磁电机就会变成一个高电压的源头,通过续流二极管,击穿母线电容,比较危险,所以最好额外添加一个断路器于永磁电机绕组端口和逆变器输出端之间。
永磁电机最大的优势是高转矩密度。
在轴向安装空间有限的场合,几乎只能使用永磁电机。
高能永磁体的出现使得大气隙电机成为了可能,而感应电机的额定励磁电流散热,需要水冷甚至超导体。