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無刷直流電機性能分析

作者 Admin 瀏覽 發布時間 11/11/07

一、無刷直流電機的意義
人們對環境和能源的日益關注,推動了電動汽車的發展,加速了世界強國在電動汽車領域的競爭。在目前電池技術制約下,如何提高電能效率、提高電動汽車續駛歷程,是電動汽車行業關注的焦點。無刷直流電機啟動轉矩大、調速性能好、效率高、能量密度大、過載能力強、性能穩定、安全可靠,是電動汽車的理想驅動電機。無刷直流電機的產業化生產,對提高電動汽車性能、促進電動汽車行業發展、使我國電動汽車行業趕超世界先進水平具有積極的促進作用。
二、無刷直流電機的先進性
電動車輛主要用于城市交通,車輛大部分時間處于啟動、加速、制動的工作狀態,因此電機的起動性能、加速性能、低速時的效率、制動時的能量再生能力、電機的過載能力、電機的能量密度、電機可靠性對電動車輛尤為重要,是衡量電動車輛電機的重要指標。目前電動車輛還沒有專用電機可選,只能選用通用電機,如直流串激電機、直流并激電機、永磁直流電機、異步電機等。通用電機的負載特性為恒負載特性,而電動車輛特性為變負載特性,兩者特性不匹配,影響了電機出力,進而影響了電動車輛性能。另外,通用電機的最大效率點均設計在額定點附近,當負載偏離額定點時,電機效率急劇下降,影響了車輛的續駛里程。開關磁阻電機在低速時具有較大的轉矩,但效率偏低,永磁同步電機具有較高的效率,但低速時轉矩無法提升。只有無刷直流電機具備了以上電機的所有優點,它具有串激直流電機的低速轉矩提升功能、并激直流電機的調速性能、永磁同步電機的高效特性和接近異步電機的可靠性,非常適合電動車輛的需要。現就各種電機技術指標匯總見表1。
表1            各種電機技術指標匯總
    電
性      機       
能     直流串激電機 支流并激電機 永磁直流電機 鼠籠異步電機 磁阻開關電機 永磁同步電機 無刷直流電機 
起動性能 5 4 4 2 3 4 5
低速性能 5 4 4 3 3 4 5
低速時效率 3 3 4 3 4 5 5
平均效率 3 3 4 4 3 5 5
能量密度 2 2 3 4 4 5 5
過載能力 4 4 4 4 3 5 5
再生能力 3 5 4 3 2 5 5
可靠性 2 2 2 5 5 4 4
制造成本 4 4 4 5 5 4 4
控制器成本 5 5 5 4 4 4 4
合     計 36 36 38 37 37 45 47
從上表看無刷直流電機是最為理想的電動車輛驅動電機,與其它電機相比其主要優點為:①電機外特性好,非常符合電動車輛的負載特性,尤其是電機具有可貴的低速大轉矩特性,能夠提供大的起動轉矩,滿足車輛的加速要求。②速度范圍寬,電機可以在任何轉速下全功率運行,這是無刷直流電機的獨有特性,這樣可以省去汽車的機械變速器,改變內燃車輛的傳動模式,進一步提高整車效率。③電機效率高,尤其是在輕載車況下,電機仍能保持較高的效率,這對珍貴的電池能量是很重要的,該種電機可比永磁直流電動機提高效率10%以上,比Y系列電動機提高效率20%以上。④過載能力強,這種電機比Y系列電動機可提高過載能力20%以上,滿足車輛的突起堵轉需要。⑤再生制動效果好,因電機轉子具有很高的永久磁場,在汽車下坡或制動時電機可完全進入發電機狀態,給電池充電。⑥電機體積小、重量輕、比功率大、可有效地減輕重量、節省空間。⑦電機無機械換向器,采用全封閉式結構,防止塵土進入電機內部,可靠性高。⑧電機控制系統比異步電機簡單。
無刷直流電機是在永磁同步電機的基礎上發展而來,它比永磁同步電機具有更高的效率和更大的低速轉矩,兩種電機的外特性見圖1。
三、無刷直流電機的現狀
電機分為直流電機、同步電機和異步電機,在我國三種電機的生產分工較為明確,無刷直流電機是三種電機的集合,是電機發展的高層次產品,代表電機的發展方向。目前無刷直流電機研究剛剛起步,主要集中在高等學校,如浙江大學、北京航空航天大學、上海交通大學等,均在進行1.5kw以下樣機的研究試驗,清華大學正在做15KW電機的樣機實驗,中科院正在做28 KW電機的樣機實驗。在企業中生產高性能、大容量這種電機的廠家還沒有,只有生產結構簡單、性能較低、容量在0.2KW以下、用于電動自行車電機的廠家。國際發達國家對無刷直流電機的研制與中國大體相當,但像美國、日本在無刷直流電機控制方面比中國先進。
 

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