多电源电力总成的控制系统.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流多电源电力总成的控制系统.精品文档.多电源电力总成的控制系统(1) (2008-03-24 23:27:05) 标签：汽车 分类：新能源汽车一、概述“863”计划中关于纯电动车辆和燃料电池电动车辆（包括混合动力电动车辆的电动机驱动系统）的多电源电力总成控制系统的研究，其内容包括：对EV、FCEV的整车总布置的研究和开发；多电源电力总成控制系统的建模与仿真；研究和开发满足整车性能及产品实用性要求的系统总成等。EV、FCEV本身就是一个小型的供、配电系统，一般包括：（1）电源：目前主要采用的电源有高能蓄电池组、超级电容器、燃料电池发动机等，它们为

2、电动车辆驱动提供电能；（2）电流变换装置：包括单向DC/DC变换器和逆变器、双向DC/DC变换器等，用它们实现EV和FCEV等的直-直系统或直-交系统的供、配电；（3）驱动系统：包括交流电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机等电动机。系统也适合于HEV的电动机的供、配电系统。EV主要电源为蓄电池，FCEV的主要电源为燃料电池，目前电动车辆的车载电源多采用混合电源（动力蓄电池+辅助电源、燃料电池+辅助电源）。EV的辅助电源有：超级电容器或发动机-发电机组，FCEV的辅助电源有：蓄电池或超级电容器等。3、 多电源电力总成控制系统在EV和FECV撒谎能够采用了多电源电力供电系统，主电源和辅助电源的电能，

3、通过电流变换器“并网”后，带动电动机转动，将电能转换为动能来带动电动车辆行驶。电动机是EV和FECV的唯一的动力装置。3、 电动车辆电源主要技术性能2.1 电压 电源（包括混合电源）在规定条件下工作时应达到的电压为额定电压。各种电源在供电时都要达到额定电压。一般电动机的额定电压为220380V，因此，要求各种电源的稳定电压达到250400V，符合电动机工作电压的要求，以保证电动机正常运转。蓄电池在规定的放电条件下放电时，电池的电压将逐渐降低，当电池再不宜继续放电时，电池的最低工作电压称为终止电压。再继续使用蓄电池放电，蓄电池会遭到破坏，这是用蓄电池供电的重要特征。2.2 额定容量和额定电流电源

4、在规定的放电条件下，应该放出的最低限度的容量，称为额定容量，额定容量一般用质量容量（Ah/kg）或体积容量（Ah/L）来表示。电动机在额定电压下，电动机轴上输出的机械功率为额定功率时的电流为电动机的额定电流。电动机的功率、电压和电流的关系为：在电动机起动时最大电流可能是额定电流的23倍，但是，蓄电池或燃料电池的特性不适宜大电流放电，通常采用与超级电容器或辅助电源并联的方式，来提供电动机起动时所需要的额外电流。2.3 比能量和能量密度2.3.1 比能量 电源单位质量中所能输出的能量为比能量，比能量的计算如下：式中：C按额定电流放电时的实际放电容量，Ah； Up放电过程中的平均电压，V； G单节电

5、池的质量（包括电解液），kg。2.3.2 能量密度 电源单位体积所能输出的能量为能量密度，能量密度的计算如下：式中：L单节电池的体积，L。2.4 比功率和功率密度 在一定的放电制度下，电源在单位时间内单位质量所能输出的功率为比功率（W/kg），单位体积中所恩能输出的功率为功率密度（W/L）。2.5 放电速率（放电率） 电源在放电时的时间或放电电流与额定电流的比列成为放电率。2.5.1 时率电源以某种电流强度放电直到电池的电压降低到终止电压时，所经过的放电时间。2.5.2 倍率电源已某种电流强度放电的数值为额定容量数值的倍数。2.6 自放电率蓄电池在存放时间内，在没有负荷的条件下自行放电，使得电

6、池的容量损失为自放电，自放电率用单位时间（月、年）内电池容量下降的百分数来表示。式中： 电池储存时的容量，Ah； 电池储存若干时间以后的容量，Ah； 电池储存的时间，天或月。2.7 循环次数（次）和寿命蓄电池每充电-放电一次为一个循环，在每一个循环中，电池中的化学活性物质要发生一次可逆性的化学反应。随着充电和放电循环次数的增加，电池中的化学活性物质会发生老化变质，使得电池的充电和放电的效率逐渐降低，最后电池损失全部功能而报废。蓄电池除了以循环次数表示使用时间外，一般还要用电池的使用年限来表示电池的寿命多电源电力总成的控制系统(2) (2008-03-24 23:29:19) 标签：汽车 分类：

7、新能源汽车3、 电动车辆用电池的主要性能指标美国先进电池联合体（USABC）提出的动力电池的主要性能指标性能指标单位中期过渡期远期比能量（C/3放电率）Wh/80100150200能量密度（C/3放电率）Wh/L135230300比功率（80%DOD/30s）W/150200300400功率密（80%DOD/30s）W/L250460600循环次数（DOD80%）次60010001000寿命年51010正常充电时间h664快速充电时间min152020快速充电比例%405060充电效率（C/3放电充电6h）%758080工作温度-30+60-30+65-40+85自放电率%/天15/315/3

8、0连续放电一小时率额定能量%707575热损耗（高温电池）W/kWh3.2 价格US/ kWh150 100多电源电力总成的控制系统(3) (2008-03-24 23:30:18) 标签：汽车 分类：新能源汽车二、蓄电池的特性和建模（一）、蓄电池的充电和放电1、蓄电池的充电状态蓄电池充电状态SOC（State of charge）是指参加反应的蓄电池内部电荷状态的变化状态，新的蓄电池在充电之前的SOC=0，经过充电后达到“充满”状态时，充满状态时的SOC=1。蓄电池内部电荷状态的变化状态可以用SOC的百分数（%）的相对量来表示。式中： 蓄电池充放电效率； 充电时的电流，A； 蓄电池实际放电量

9、，Ah； 蓄电池原始的荷电状态，%。 SOC的各种计算方法如下表所示。SOC的各种计算方法计算方法优点缺点应用范围开路电压法（OCV）可在线检测、精度较高动态响应慢各种蓄电池负载电压法可在线检测，数据采集和存储数量大变电流时数据处理较难各种蓄电池恒定电流法（CCV）可在线检测，精度高对变负载不适用各种蓄电池安培-小时法（Ah）可在线检测，精度高，易操作要求有反映损失的模型，对干扰较敏感，精确测量成本高各种蓄电池内阻法（IR）精度高，能够监控电池安全IR和SOC呈非线性变化各种蓄电池比重法（SG）SG和SOC有线性关系，好计算比较麻烦，不够安全，不能用于加水的电池 2、蓄电池的放电状态蓄电池的放

10、电过程，蓄电池的SOC将逐渐降低，电池充满状态时SOC=1。用SOC的百分数来描述电池的放电特性，一般电池放电高效率区为50%80%SOC之间。放电时间愈长，或放电电流愈大，SOC将迅速降低，达到一定程度（蓄电池放电终了，要求保持一定的“残余电量”），放电应立即停止，否则形成过放电对电池造成严重损害。2.1 蓄电池的平均放电电流蓄电池的平均充、放电电流，通常用Peukert方程式计算，Peukert方程式考虑了蓄电池在放电时，开路电压与SOC的变化关系、蓄电池内阻随SOC变化关系，但未考虑放电时温度等因素的影响，蓄电池的平均放电电流：式中： 蓄电池的平均放电电流，A； 蓄电池瞬时放电电流，A；

11、 放电时间，s。2.2 蓄电池的实际容量 用Peukert方程式计算蓄电池的实际容量：式中： 蓄电池实际放电量，Ah； Peukert放电常数（蓄电池一小时的放电容量），Ah； k2Peukert指数，k2=1.31.4； 蓄电池1h的名义放电电流，A。2.3 恒电流放电时的SOC式中： 已放出的电量； 对应恒流放电时的实际的容量。2.4 变流放电时的SOC 对于变流放电可以将电流-时间曲线分为以T划分的微小恒流段，每一段时间间隔为测量部件的采样周期，如果采样周期T取得足够小，式中： t=tj-1时刻的电流值； 当电池充满电（SOC=1）后在温度下以恒电流ij-1放电所能放出的全部电荷。电池的

12、充放电还与放电时的电流强度有密切关系。大电流充电时，电池的电压上升很明显，平缓部分缩短，曲线的斜率大，充电时间缩短。充电电流较小时，电池的电压上升趋缓，曲线也较平缓。大电流放电时，电池的电压下降很明显，平缓部分缩短，曲线的斜率很大，放电时间缩短。放电电流较小时，电池的电压下降趋缓，曲线也较平缓很大，放电时间延长。这种充放电特性对电池的SOC变化有重要意义。多电源电力总成的控制系统(4) (2008-03-24 23:32:39) 标签：汽车 分类：新能源汽车（二）、影响电池的性能因素 在同一型号、同一批量的电池中会出现电荷量和内阻等“不一致性”，产生不一致性的原因有以下几方面：（1）由于电池材

13、质成分微小的差别，活性物质的厚度和微孔率的不一致，活性物质的活化程度的差异等原因引起的不一致性；（2）蓄电池在初充电之前，由于灌注的电解液的密度、温度的差别，以及蓄电池的自放电程度的不同等原因引起的不一致性；（3）由于腐蚀造成电池内部的微短路，或电解液对壳体腐蚀形成的短路等原因引起的不一致性，也会使蓄电池在充电和放电过程中产生“不一致性”。 由于电池的充电可接受电流的不一致性，和电池的放电电流存在的不一致性，将导致电池在串联成电池组，充电时将引起部分电池过充电，放电时引起部分电池过放电，从而对过充电或过放电的电池造成损害。如果在动力电池组中，只要有一个电池有“不一致性”，则整个动力电池组的放电

14、量也就会这个蓄电池的影响，放电电流也大大的降低，而不能达到额定放电电量。（三）、蓄电池的等效电路模型蓄电池的等效电路用于描述蓄电池在低频段，充、放电过程中蓄电池电压动态变化的过程，在蓄电池放电过程中，存在浓差极化、欧姆极化和放电末期的化学极化等三种极化现象，早模拟蓄电池的等效电路时，R0为接触电阻，它是由电极材料、隔膜材料和各种零部件的接触产生的电阻，与蓄电池的结构形式、结构件的材料、活性物质的性能和各种零部件的装配的松紧程度等有关。Rr为极化内阻，R-C回路是模拟蓄电池在放电过程中极化过渡过程的等效电路。E0、R0、Rr和C都是荷电状态SOC和放电电流的函数。电动汽车用蓄电池的主要性能指标电

15、池种类电解质理论比能量（Wh/）实际实际循环寿命（次）理论电压（V）比能量（Wh/）能量密度（Wh/L）比功率（W /）功率密度（W/L）USABC指标 200 400 1000 铅-酸酸性1703040901201301205008001.01.4铅-酸改进型酸性 6070901001502501506009001.01.5镍-镉碱性25040558011012015025030060010001.5镍-氢碱性35050858022010060025080060012001.5钠-硫固态-陶瓷6508012012015010020015031010002.0钠-氯化镍固态-陶瓷 801001

16、301501502601000锂离子固态聚合物45512015013030020030050010003.5锂聚合物有机溶剂21001001202203003204406002.0锌-空气碱性11001802002502002501001.5铝-空气碱性310030035025010012010002.6燃料电池 450550 6080 飞轮储能器机械式 1420800100050000 超级电容器电容式 520 10002000 三、超级电容器的特性和建模1、超级电容器的电容量超级电容器的容量只取决于电容板的面积，与电容板的厚度无关，容量与面积的大小成正比，与电容板之间的间隙大小成反比，在两

17、块电容板之间，用绝缘材料隔开。电容器的容量可以用以下公式表示： F式中： 电介质的介电常数，F/m； 由电极界面大批离子中心的距离，m； 电极界面的表面积，。2、超级电容器的充电和放电 当超级电容器在进行充电时，电容元件上的电压增高的同时，超级电容器的电场能量增大。超级电容器中储存的电量为：式中： 电容器的电容量； 电容器允许的最高充电电压，V。 当超级电容器在进行放电时，超级电容器中储存的电量释放，电场能量减小，同时超级电容器的电压降低，所能释放的电量为：式中： 电容器允许的最低放电电压，V。超级电容器电容量的大小和充电电阻的大小，都会影响超级电容器的充电时间。可以用改变电容器电容量的大小和

18、充电电阻的大小来控制超级电容器的放电时间和放电电流。3、超级电容器的等效电路模型 超级电容器的等效电路模型用于描述超级电容器在充、放电过程中电容器电压动态变化的过程，用试验方法拟合出电路中电压降来构成超级电容器的等效电路。在超级电容器用在交流工况采用“一阶交流等效电路”模型。主要表现为包括交流阻抗特性、频率响应特性、温度特性和在交工况下的效率等交流特性。由于各个单体超级电容器的性能参数的“不一致性”，各个单体超级电容器的电压分配也各不相同，串联的单体超级电容器组的等效电路模型见下图。超级电容器的控制系统通过通信系统采集各个单体超级电容器信息和传递控制数据，对各个单体超级电容器的充、放电进行均衡

19、控制，达到与电动车辆动力性能匹配的要求。多电源电力总成的控制系统(5) (2008-03-24 23:33:35) 标签：汽车 分类：新能源汽车 四、电流变换器的结构和工作原理1、双响DC/DC变换器在以蓄电池和超级电容器组成的混合电源上，一般蓄电池以稳态充、放电的形式工作，超级电容器在接受外电源或制动反馈的电能时，能够大电流的充电的形式工作。在车辆起动或加速时能够已大电流的放电的形式工作。通常在蓄电池和超级电容器与电力总线之间装置双向升、降压（Buck-Boost）型DC/DC变换器，双向控制和调配所输入和输出的电流。在升、降压双向DC/DC变换器的输入端装置2个导通开关和2个整流器，分别组

20、成两个大功率的直流电转换器（IGBT），在输入端装有电感器L2和电容器C，在输出端装有电感器L1。升、降双向DC/DC变换器结构见下图。 双向DC/DC变换器处于充电工况时，导通开关Q1切断，导通开关Q2导通，充电时或储存制动反馈时的电流，经动力总线向蓄电池或超级电容器中充电。在通过电感L1时，部分电流暂时存留在电感L1中，当导通开关Q2关闭后，电感L1中存留的电流通过整流器D2转存在电容器C中。双向DC/DC变换器在对超级电容器充电时处于降压（Buck）状态。在超级电容器电路上装置电感L1还可以减小进入超级电容器线路的电流脉冲。充电时DC/DC变换器总线端的电压与超级电容器端的电压关系为：式

21、中： 导通开关Q2的占空比， =t2/T2； t2导通开关Q2的导通时间，s； T2导通开关Q2的导通周期，s； 系统电压，V。双向DC/DC变换器处于放电工况时，导通开关Q1导通，导通开关Q1切断。蓄电池或超级电容器放电，电容器C中储存的电荷也同时放电，电流方向是由超级电容器向动力总线方向流动，DC/DC变换器对外放电处于升压（Boost）状态。在总线电路上装置电感L2可以减小进入总线的电流脉冲。放电时DC/DC变换器总线端的电压与蓄电池或超级电容器端的电压关系为：式中： 导通开关Q1的占空比， =t1/T1； t1导通开关Q1的导通时间，s； T1导通开关Q1的导通周期，s。五、驱动电动机

22、的特性和建模（一）、三相感应电动机的原理和特性当三相交流电输入感应电动机的定定子绕组时，在定子绕组中就有励磁电流通过，励磁电流在定子铁芯中产生交变磁通和旋转磁场。此时，转子产生感应电势并有感应电流通过来推动转子作旋转运动。当转子带有机械负荷时，转子电流增加，由于电磁感应作用，定子绕组中励磁电流也增加。三相感应电动机中定子旋转磁场与转子电流互相感应产生电磁转矩，电磁转矩和旋转磁场的转速与三相交流电源的频率f1、相电压U1和转子电阻R2有密切的关系，当频率f1、相电压U1和转子电阻R2确定后，即可确定电动机的转矩与转速关系的机械特性，如下图所示。1、 感应电动机的基本特征1.1 磁极对数根据三相交

23、流电动机的结构不同，定子的磁极的对数也各有不同，三相交流电动机最少有一对磁极。极数愈多，三相交流电动机的转速愈低。1.2 同步转速和转差率三相交流电动机的定子旋转磁场的转速是电动机的“同步”转速n0。在三相异步感应电动机工作时，由于存在漏磁通和漏电抗，使得转子的转速n低于旋转磁场转速n0，转子的转速n与磁场转速n0相差的程度为转差率s，转子的转差率为： 转速的转速： 电动机起动前处于停止状态时n=0、s=1，电动机在空载时n=n0，s1。一般小型三相异步感应电动机的s=5%10%，大型三相异步感应电动机的s=3%5%。1.3 频率f1在三相异步感应电动机工作时，定子磁场转速的频率为： Hz 感

24、应电动机的转速随频率f1的增加而增加，同时也使电动机的转矩T改变。我国三相交流电的频率为50Hz。1.4 电源的相电压U1感应电动机的转矩随相电压U1改变而改变，随相电压U1的增减使感应电动机的转矩也随之增减，不同相电压U1时，感应电动机的特性曲线基本相似。1.5 三相感应电动机的转子电阻R2改变时，感应电动机的机械特性三相交流感应电动机转子电阻R2增大时，感应电动机的最大转矩时的转速n将减小，转矩岁转速变化的特性曲线也不同。 三相感应电动机的特性与三相交流电源的频率f1，三相交流电源的相电压U1和电动机转子电阻R2等有关，因此，可以用调频、调压和改变转子电阻的方法来改变三相交流感应电动机的特

25、性，见下表。不同的磁极对数、频率和转差率时三相交流电动机的转速（单位r/min）磁极对数P频率f1=50Hz频率f1=60Hz频率f1=150Hz频率f1=200Hz旋转磁场同步转速转子转速s=3%10%旋转磁场同步转速转子转速s=3%10%旋转磁场同步转速转子转速s=3%10%旋转磁场同步转速转子转速s=3%10%130002700210036003492324090008730810012000116401080021500145513501800174616204500436540506000582054003100097090012001164108030002910270040003

26、88036004750727.567590087381022502242.520253000291027005600582540720698.464818001746162024002328216065004854506005825400150014551350200019401800多电源电力总成的控制系统(6) (2008-03-24 23:34:44) 标签：汽车 分类：新能源汽车1、 感应电动机矢量控制 现代感应电动机多采用矢量控制系统，矢量控制的理论是认为感应电动机与直流电动机的转矩具有相同的机理，即电动机的转矩为磁场与其互相垂直的电流的积。在感应电动机的定子电流可以分解为产生磁场的

27、电流分量和产生转矩的转矩电流，通过对电动机定子电流的幅值和相位（即电流矢量）进行控制，使输出的是稳定的三相正弦波，即可达到控制感应电动机的目的。定子电流与转子电流和励磁电流之间的关系如下图所示。转差频率为：式中：T2电动机转子电路时间常数，T2=M/r2； I1定子电流； I2转子电流；IM励磁电流；s转差率；f电源频率；fs转差频率；M励磁电感；r2转子电阻。 相位角： 在对E/f进行控制的基础上，通过检测电动机的实际转速nn对应的频率fn，并按照希望得到的转矩来对输出的频率进行控制。调节相位角对定子电流的相位进行控制，称为电动机的矢量控制方法。矢量控制可以消除转差频率控制在转矩电流过渡过程

28、中的波动，提高电动机控制的品质。上图为感应电动机的等效电路图和电流矢量图，如果需要将电动机的I1改变为I2时，只有改变I1的相位角从1变为2，也就是要对定子的电流进行矢量变换控制来实现控制转子电流I2的幅值，以保证转矩电流平稳的变化，对定子的电流进行矢量变换控制来实现控制转子电流I2的幅值的控制方法，称为转差频率控制方法。2、 感应电动机的矢量控制系统感应电动机的矢量控制系统，由DC/DC变换器输入直流电流输送到电压型晶体管逆变器中，经过逆变器转换的三相交流电来驱动三相感应电动机（IM）。感应电动机的矢量控制的逆变器系统，用DSP系统和控制回路控制，电流传感器将三相交流电（3）信号传送到A/D

29、变换器，经转差频率控制器分解为磁场电流id和转矩电流iq，在转矩电流与磁场电流的相互垂直的坐标系d-q中，q轴超前d轴90，然后数据传送到电流控制器中。编码器将感应电动机的相位变化和速度变化的信息传递到速度控制器与发出的速度指令比较，产生新的磁场电流id和转矩电流iq，然后数据经电流控制器，输送到DSP系统的处理后，向脉冲宽度调制电压型晶体管逆变器PWM发出控制指令，对输入电动机的电压、电流、频率和相位按新的速度指令进行调控，就可以改变电动机的转速和转矩。3、 感应电动机的机械特性感应电动机的动态模型具有高度的非线性，控制比直流电动机的控制要复杂，交流电动机通常采用变频变压（VVVF）、磁场定

30、向控制等控制方法，改变电源频率f1和转差率s进行控制达到改变感应电动机的动态特性。感应电动机的机械特性一般分为三个阶段：恒转矩阶段在电动机的频率在基频以下时，用恒压、恒频控制时，频率的调节范围一般为0.5320Hz，保持U1/f1的比值近似不变，转差率s保持不变，这是的磁通和转矩Tn也都近似不变。电动机保持以恒定转矩模式运转。恒功率阶段在高于额定转速跳速时，定子电压U1不变，转差率s随转速的增加而增大，这时磁通和转矩Tn都减小，电动机的转速增大，电动机的功率近似不变，电动机保持以恒功率模式运转。高速区感应电动机的转速超过恒功率区最大转速时，电动机进入高转速区，定子电压U1不变，转差率s保持不变

31、，定子电流衰减，电动机的转矩以速度的平方减少。（二）、永磁无刷直流电动机的原理和特性1、永磁无刷直流电动机的数学模型 永磁无刷电动机PMBDC（Permanentmotor direct current）的电压方程式为：式中： 、 、 定子绕组各相电压瞬时值； 、 、 定子绕组各相电流瞬时值； 、 、 定子绕组各相电动势瞬时值； R各相定子绕组的电阻； L定子绕组各相的电感； M定子绕组任意两相间的互感。永磁无刷电动机的电磁转矩表达式：式中：电动机转子的角速度。 在每相绕组的感应电动势和电流同相位的情况下，可推导出电磁转矩的公式为：式中： 转矩系数； 电动机每极气隙磁通量； 相电流的最大值。2

32、、永磁无刷电动机的机械特性永磁无刷电动机的转矩公式与直流电动机的转矩公式是相同的。由此可得到永磁无刷电动机的机械特性，保持电动机的端电压不变，永磁无刷电动机的机械特性是一条直线，调节电动机的端电压可改变永磁无刷电动机的机械特性达到调速的目的。当电压从零上升到额定值时，转速也相应的上升到额定转速，保持定子电流为最大值Im，可做到恒转矩调速。3、 永磁无刷直流电动机的控制系统永磁无刷直流电动机具有很高的功率密度和宽广的调速范围。永磁无刷直流电动机的控制系统较为复杂，有多种控制策略，在采用方波电流（实际上方波为顶宽不小于120的矩形波）的永磁无刷直流电动机的控制比较容易，驱动效率也最高。方波电动机可

33、以比正弦波电动机产生大15%左右的电功率，由于磁饱和等因素的影响，三相合成产生的恒定电磁转矩是一种脉动电磁转矩。永磁无刷直流电动机实际上是一种隐极式同步电动机，在正常运行时电枢电流磁动势与永磁磁极的磁动势，在空间位置相差90电角度。在高速运行时是通过“弱磁调速”的技术来升速。永磁无刷直流电动机的基本控制系统，由直流电源、电容器、IGBT三向绝缘栅晶体管逆变器、PMBDC永磁无刷直流电动机、PS电动机转轴位置检测器、逻辑控制单元、120导通型PWM脉宽调制信号发生器、驱动电路和其他一些电子器件共同组成。3.1 转轴位置检测器：检测转轴位置的信号，并经过位置信号处理，将信号输送到逻辑控制单元。码盘

34、检测电动机的转速，经过速度反馈单元、速度调节器，对电动机的运行状态进行研判，将信号输送到逻辑控制单元。经过逻辑控制单元计算后，将控制信号传送到PWM发生器。3.2 电流检测器：按照闭环控制方式，将反馈电流进行综合，经过电流调节器调控，也将电流信号输入PWM发生器。3.3 由转轴位置检测器根据转子的转角，和速度调节器，对电动机的运行状态进行判别，共同发出的转子位置的信号A、B、C，以及电流检测器对电流的调控信号，共同输入PWM脉宽调制信号发生器后，产生脉宽调制的信号（导通相位及相电流大小），自动换流来改变向定子绕组的供电频率和电流的大小，控制逆变器的功率开关元件的导通规律。逆变器的功率开关由上半

35、桥开关元件S1S3和下半桥开关元件S4S6组成，在同一时刻只有处于不同桥臂上的一个开关元件被导通（例如S1及S6），电动机的电磁转矩T与开关元件导通的电流成正比。4、永磁无刷直流电动机的特性 经过弱磁调速后，永磁无刷电动机可以实现恒功率调速，其特性曲线见下图。永磁无刷直流电动机的机械特性与三相交流感应电动机相类似，（三） 永磁磁阻同步电动机 开关磁阻同步电动机的定子电流波形具有正弦波形的反电动势波形是最常用的波形。永磁同步电动机工作时，将正弦波形的三相交流电输入电动机的定子中，来控制永磁磁阻同步电动机运转。永磁磁阻同步电动机具有高效率（达97%）和高比功率（远远超过1Kw/kg）。“输出扭矩/

36、转动惯量”比，都大于相类似的三相感应电动机。在高速转动时有良好的可靠性，运转平稳，工作时电流损耗小，弱磁控制也较容易实现。永磁磁阻电动机在材料的电磁性能、磁极数量、磁场衰退等多方面的性能都优于其他种类的电动机，工作噪声也低。1、 永磁磁阻同步电动机的数学模型永磁磁阻同步电动机实际上是一种凸极式电动机，永磁磁阻同步电动机不仅能够产生永磁转矩，而且在一定的条件下，还能产生磁阻转矩，是永磁转矩和磁阻转矩复合的一种电动机。由于永久磁铁的磁阻接近于空气，因此，永磁体中心轴（d轴）的磁路辞阻比较大，而相邻的两个永磁磁极之间对称轴（q轴）的磁路磁通比较小，所以永磁磁阻同步电动机q轴的电感Lq大于d轴的电感L

37、d，LqLd。当调节定子电流相位而使定子磁动势的空间位置改变时，不仅对永磁磁极产生去磁作用，而且由于Lq、Ld会使磁阻转矩。凸极（内埋）式永磁磁阻同步电动机的转矩公式如下：式中： 电动机磁极的对数； 永磁磁极产生的磁链； 定子电流触发相位提前角； 永磁转矩； 磁阻转矩。 1） ：永磁磁极产生的磁链。随着永磁磁阻同步电动机转子层数的增加，也增大，Lq、Ld也增大。转子层数超过3层以上、Lq、Ld 增加不大，但转子的结构变得很复杂，增加了制造工艺的难度。 2） ：永磁转矩。与 、 、 有关，定子电流相位提前角愈大，愈小，则永磁转矩愈小。 3） ：磁阻转矩。与 、 、 有关，当d、q两轴之间磁阻差值 愈大，也愈大。 角从0开始增加， 也增加。 =45时， 达到最大；角继续增加， 又逐渐减小。