电动汽车用变绕组异步电机建模与实验研究

发布时间：2020-08-19 17:48

【摘要】：电动汽车相比于传统燃油汽车具有更清洁、更高效率等优点,在能源、环境问题日益突显的当下,电动汽车成为一种有效的解决途径,越来越受到人们的重视。另一方面,相对于燃油汽车,电动汽车无需离合器等复杂机械装置,制造难度和成本更有优势;随着电力电子与电机控制等相关技术不断进步,电动汽车的发展水平逐渐提高。宽广的调速范围是电动汽车驱动电机的一项关键的性能要求。变绕组匝数作为一种新的调速方法,可以在不显著增加驱动器功率和电压等级的情况下进一步扩展电机的转速范围,使电机的输出特性接近理想的汽车驱动特性,在电动汽车中有着良好的应用前景。本文以变绕组异步电机为例,首先运用交流电机绕组理论研究了其变绕组匝数运行的暂态过程建模方法,使用绕组分段分析的方法,列写各绕组的电压与磁链方程,得到基于状态方程的模型,并进行了仿真分析;然后基于建模过程与仿真结果,设计并制作了变绕组异步电机的实验平台,详细设计了包括主电路、绕组切换电路、电源、驱动等各个部分,并设计了基于CAN通信的LabVIEW上位机界面;最后,利用该实验平台进行绕组切换实验。结果表明,实验结果验证了建模方式的正确性;设计的实验平台能实现异步电机变绕组运行的需求,并定性分析了绕组切换电路的设计原则。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U469.72;TM343
【图文】：

汽车驱动,输出特性

１．３变绕组S/数调速方法在电动汽车中的应用逡逑对于巧车类负载来说，其驱动系统理想的输出特性是在除较低速外全速度范逡逑围内的恒功率特性口６］。如图１－２所示。在低速时，为了防止车轮打滑，驱动系逡逑统的输出转矩不能无限制地加大，因此被限制在一个有限的值；在这个速度Ｗ上，逡逑驱动系统的输出特性保持恒功率特性，即转矩转速呈反比例关系。逡逑＼逦Ｐｏｗｅｒ逡逑Ｓｐｅｅｄ逡逑图１－２汽车驱动系统理想的输出特性Ｗ逡逑对于内燃机汽车来说，其动力来源是汽油发动机或柴油发动机，其输出特性逡逑如图１－３（ａ）所示，可见其只在特定转速范围内才能达到最优性能，为了得到理逡逑想的动力特性，传统的燃油汽车使用多级变速箱，通过挡位切换使动力系统整体逡逑特性接近理想特性，如图１－３（ｂ）所示。逡逑１００「逦，逦／逦＂Ｉ邋如０逦．—＿１！！＿炉３［逡逑一Ｉ邋§逡逑＿逦Ｉ逦＼＼逦２＂＾邋ｇｅａｒ逡逑１４０－逦／逦Ｉ逡逑Ｓｐｅｃ？

典型特性,汽车,输出特性

转矩特性,电机

逦第１椝绪论逡逑电动汽车动为来源是电机，目前应用最为广泛的交流电机的典型转矩特性如逡逑图１－４所示。由于电机驱动器电压和功率等级的限制，电动汽车较难运到全速逡逑度范围内恒功率的理想特性；另一方面，电机的转速范函化受到驱动器输出电压逡逑与功率的限制。很多时候，电机低速大转矩和较高的极速的性能目标很难同时达逡逑到叫逡逑ｒ，ｐ，ｖ逡逑Ａ逡逑Ｐｏｗｅｒ邋Ｕｎｉｉｉ逦Ｐｏｗｅｒ逡逑Ｖｏｌｔａｇｅ邋ｌｉｍｉｔ逡逑Ｔ邋逦邋Ｘ邋／逦Ｖｏｌｔａｇｅ逡逑０逦＂化逦ｎ逡逑图１－４电机典型转矩特性逡逑为了尽可能使电动汽车驱动系统的动力特性接近理想动力特性，可Ｗ采用与逡逑内燃机汽车类似的解决方法，即在驱动电机与传动轮之间加入多级变速箱的方法逡逑。但是加入变速箱后使电动汽车的结构变得复杂，故障率提高，也增加了整体逡逑成本。如果将电机绕组设计成若干种结构，使其具有不同的转矩特性，采用变绕逡逑组结构的方法

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