电动摩托车用小型电机的种类特性介绍.docVIP

电动摩托车用小型电机的种类、特性报告 电动机是电动摩托车的一个重要部件，目前在电动摩托车驱动领域，主要有直流电机交流电机和开关磁阻电动机应用范围比交广泛。 直流电机当电枢旋转几何中性线时，F=0，电枢由于惯性继续运转。取图所示位置，原N极性下导体ab转到S极下，受力方向从左向右，原S 极下导体cd转到N极下，受力方向从右向左该电磁力形成逆时针方向的电磁转矩线圈在该电磁力形成的电磁转矩作用下继续逆时针方向旋转直流电动机在直流电源作用下转动起来。 ——与电机结构相关的参数； Φ——电机每极磁通量，Wb； n——电机转速，r/min。 1.2.2 电枢电压方程 如图所示，——外接电源电压，V； Ia——电枢电流，A； Ra——电枢电阻，.2.3 电磁转矩方程 式中，T——电磁转矩，Nm； KT——与电机结构相关的常数。 .3 直流电机的机械特性 直流电机按照励磁方式可分为两种，永磁式和电励磁式。电磁式是由磁性材料提供磁场；电励磁式是由磁极上绕线圈，在线圈中通入直流电，来产生电磁场。根据励磁线圈和转子绕组的连接关系，励磁式的直流电机可以分为：串励电机、他励电机、并励电机、复励电机。.3.1 串励串励 式中，Rf——串励绕组电阻，KΦ——励磁系数。串励.3.2 他励Φ为常数，点击的数学模型为： Ra很小，所以在负载转矩变化时，转速n的变化不大，电机特性也较硬。永磁直流电机和并励电机也有类似的机械特性。 1.3.3 复励电机 2.1永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM） 永磁同步电机是用永磁体取代绕线式同步电机转子中的励磁绕组，从而省去了励磁线圈、滑环和电刷，定子中通入三相对称交流电。由于电机定子三相绕组接入三相对称交流电而产生旋转磁场，根据磁极异性相吸、同性相斥的原理，不论定子旋转磁极与永磁转子起始时的相对位置如何，定子的旋转磁极由于磁拉力拖着转子同步旋转，同步电机转速可表示为： 式中，fs为电源频率；pn为电机极对数。 永磁同步电机系统以其高效、高控制精度、高转矩密度等特点在电动车电驱动系统中具有很高的应用价值。但是由于电动车的复杂运行工况造成的电机参数随温度、转速等因素的变化对系统的控制性能产生很大的影响。 2.2无刷直流电机（Brushless DC Motor,BDCM） 2.2.1 无刷直流电机工作原理 无刷直流电机是用装有永磁体的转子取代有刷直流电机的定子磁极，将原直流电机的电枢变为定子。有刷直流电机是依靠机械转向器将直流通入到转子绕组上，颠倒原直流电机定、转子和采用永磁体的好处是省去了机械换向器和电刷，消除了机械磨损，提高了功率密度。 无刷直流电机的位置传感器、控制电路以及功率开关器件组成的换向装置，使得无刷直流电机在运行过程中由定子绕组所产生的磁场和转动中的转子所产生的永磁磁场，在空间中始终保持90°的电角度。 下面以三相星形绕组半控桥电路加以说明无刷直流电机工作原理。图中，3个光电位置传感器VP1、VP2、VP3的安装位置各相差120°，V1、V2、V3是三个功率管。当VP1为高电平时，V1导通，电流流入A-A’，在定转子相互磁场的作用下使转子的磁极按照顺时针方向转动，当转子转过120°后，VP2为高电平，VP1为低电平，从而使V1截止，V2导通，电流从绕组A-A’断开而流入B-B’， 转子磁场的作用下照顺时针方向继续转动120°后，VP3为高电平，VP2为低电平，从而使V2截止，V3导通，电流从绕组C-C’流入。由此可见，是位置传感器实现了各相绕组电流的换向。 2.2.2 无刷直流电机数学模型 （1）电压方程 假设磁路不饱和，不计涡流和磁损耗，三相绕组完全对称，则三相绕组的电压平衡方程可表示为： 式中： ua,ub,uc——定子相绕组电压(V)； ia,ib,ic——定子相绕组电流（A）； ea,eb,ec——定子相绕组电动势（V）； r——定子三相绕组(Ω)； L——每相绕组的自感（H）； M——绕组间的互感（H）； p——微分算子（d/dt）。 由于转子磁阻不随转子位置变化而变化，因而定子绕组的自感和互感为常数。当三相绕组为Y连接且没有中线时，则有： 故而有： 因此可以得到无刷直流电机的等效电路图，如下图： （2）转矩方程 永磁无刷直流电动机的电磁转矩是由定子绕组中的电流与转子磁极产生的磁场相互作用而产生的，定子绕组产生的电磁转矩表达式为 电磁转矩为： ，ω为电机转子的角速度。 在每相绕组感应电动势和电流同相位的情况下，电磁转矩又可以表示为： 式中，KT为转矩常数；Ф为电机每极气隙磁通量；Im为定子绕组各相电流的幅值。 2.2.3 无刷直流电机的运行特性分析 电动机是一种输入电功率、输