电动机是把电能转换成机械能的一种设备,它是利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子(如鼠笼式闭合铝框)形成磁电动力转矩。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机。
1.直流电动机
直流电动机的优点是具有优良的电磁转矩控制特性,调速比较方便,控制装置简单、价廉;缺点是效率较低、质量大、体积大、价格贵。目前,车用驱动电动机已经较少使用直流电动机了。
(1)直流电动机的基本类型
直流电动机的基本类型包括他励直流电动机和串励直流电动机。
1)他励直流电动机。可分别控制励磁电流和电枢电流,来实现对他励直流电动机的控制。他励直流电动机具有线性特性和稳定输出特性,可以扩大其调速范围,能够实现在减速和制动时的再生制动,回收一部分能量。
2)串励直流电动机。串励直流电动机的励磁电流和电枢电流相等,能获得每单位电流的最高转矩,起动转矩大,有较好的起动特性以及较宽的恒功率调速范围,有利于提高混合动力电动汽车的动力性能。
(2)直流电动机的控制系统
直流电动机在电源电路上,可以采用较少的控制元件,最常采用的有IGBT斩波器。IGBT斩波器是在安装直流电源与直流电动机之间的一个周期性的通断开关装置,它根据直流电动机输出转矩的需要,脉冲输出和变换直流电动机所需电压,与直流电动机输出的功率相匹配,来驱动和控制直流电动机运转。IGBT斩波器目前已经商品化,有不同规格可供用户选用。
(3)直流电动机的特点
直流电动机的磁场和电枢可以分别控制,因此控制起来比较容易,而且控制性能较好。直流电动机的容量范围很广,可以根据所需的转矩和最高转速来选用所需要的容量,市场上有各种不同结构的直流电动机可供选用,直流电动机的制造技术和控制技术都较成熟,驱动系统价格较便宜。
直流电动机有电刷、换向器等容易磨损的接触零件,在高速旋转时电刷与换向器之间会产生火花,严重时还会形成“环火”,从而限制了直流电动机转速的提高。直流电动机相对于其他电动机,结构较复杂,体积较庞大,也较笨重,对使用环境要求高,可靠性较差,价格高,要经常维护和修理。
2.交流电动机(www.xing528.com)
(1)三相异步感应电动机的结构
三相异步感应电动机有笼型异步感应电动机和绕线式异步感应电动机两种。其中,笼型异步感应电动机是应用最广泛的电动机。
三相异步感应电动机的定子和转子由层叠、压紧的硅钢片组成,之间没有相互接触的部件,两端采用铝盖封装,结构简单,运行可靠,经久耐用,价格低廉。典型的三相异步感应电动机如图3-16所示。
图3-16 典型的三相异步感应电动机
1—冷却风扇;2—转子;3—定子;4—转轴。
(2)三相异步感应电动机的基本性能
三相异步感应电动机的功率容量覆盖面很宽,最高转速可以达10000~12000r/min,采用空气冷却或液体冷却方式,冷却自由度高,对环境的适应性好,并且能够实现再生制动。与同样功率的直流电动机相比,三相异步感应电动机效率较高,质量约小50%。目前,三相异步感应电动机已经能够大批量地生产,有各种不同型号规格的系列产品供用户选用,且价格便宜,维修简单方便,应用十分广泛。
(3)三相异步感应电动机的控制系统
由于在混合动力电动汽车上,一般采用发电机或动力电池组作为电源,且三相异步感应电动机不能直接使用直流电源,另外,三相异步感应电动机具有非线性输出特性,因此在采用三相异步感应电动机时,需要应用逆变器中的功率半导体交换器件,将直流电变换为频率和幅值都可以调节的交流电。在混合动力电动汽车上,通常功率电路有交-直-交逆变器系统、交-交变频器系统、直-交逆变器系统。在有些装有交流发电机的混合动力电动汽车上,根据动力系统结构模型的要求,可采用前两种逆变器或变频器系统。图3-17为交流电动机调速系统功率电路的基本形式。
图3-17 交流电动机调速系统功率电路的基本形式
(a)交-直-交逆变器;(b)交-交变频器;(c)直-交逆变器
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