永磁无刷电动轿车电动机驱动及其优缺点

热度:Loading...   日期:16-10-08, 10:47 AM   来源:陆地方舟集团   

永磁无刷电动机驱动及其优缺点

通过采用高能量的永磁体作为励磁机构,永磁电动机驱动具有设计成高功率密度、高转速和高效率电动机的潜力。这些显著优势使其在电动汽车(EV)和混合动力电动汽车(HEV)中的应用令人瞩目。在永磁电动机系列中,无刷直流电动机驱动是应用于EV和HEV的最有希望的选择对象。

永磁无刷直流电动机的主要优点如下:

(1)高效率:永磁无刷直流电动机在所有电动机中效率最高,这是因为励磁采用了永磁体,没有功率消耗。没有机械式换向器和电刷意味着机械摩擦损耗低,因此效率更高。
(2)体积小:最近高能量密度永磁体(稀土永磁体)的引入使永磁无刷直流电动机能获得非常高的磁通密度,这就相应地有可能获得高转矩,从而能使电动机体积小而且重量轻。
(3)易控制:永磁无刷直流电动机与直流电动机一样易于控制,因为在电动机的全运行过程中控制变量容易获得,且保持不变。
(4)易冷却:转子中没有环行电流,因此永磁无刷直流电动机的转子不会发热,仅在定子上有热量产生。定子比转子更易于冷却,因为定子是静止的,且位于电动机的边缘。
(5)低廉的维护、显著的长寿命和可靠性:没有电刷和机械式换向器就不需要相关的定期维护,排除了相关部件出现故障的危险。因此,电劫机的寿命仅随绕组绝缘、轴承和永磁体寿命而变化。

(6)低噪声:由于采用电子换向器,而不是机械式换向器,故不存在与换向器相伴随的噪声。驱动逆变器的开关频率足够高,致使谐波噪声处于听不见的范围。但是,永磁无刷直流电动机也有如下一些缺点:

(1)成本:稀土永磁体比其他永磁体昂贵得多,故导致电动机成本上升。

(2)有限的恒功率范围:大的恒功率范围对获得高的车辆效率是至关重要的。永磁无刷直流电动机不可能获得大于基速两倍的最高转速。
(3)安全性:在电机制造过程中,由于大型稀土永磁体可以吸引飞散的金属物体,故可能有危险性。万一车辆失事,若车轮自由地自旋,而电动机仍然由永磁体励磁,则在电动机的接线端将出现高电压,可能会危及乘客或援救者。

(4)磁体退磁:永磁体可被大的反向磁动势和高温退磁。对每一种永磁材料,其临界去磁力是不同的。当冷却电动机时,特别是如果电动机构造紧凑,必须非常小心。

(5)高速性能:永磁体采用表面安装方式的电动机不可能达到高速,这是因为受限于转子

磁轭与永磁体之间装配的机械强度。

(6)永磁无刷直流电动机驱动中的逆变器故障:由于永磁体位于转子上,永磁无刷直流电动机呈现的主要危险在于万一逆变器出现短路故障。这样,旋转的转子总是被励磁,从而持续地在短路绕组中感生电动势。在短路绕组中,极大的环流和相应的大转矩将堵转转子。车辆的一个或几个车轮停转的危险是不可忽视的。若后轮被堵转,而前轮在旋转,则车辆将会失去控制转动。若前轮被堵转,则驾驶者将无法对车辆进行方向控制。若只有一个车轮被堵转,将诱发使车辆旋转的侧滑转矩,这使得车辆难以控制。除这些车辆可能发生的危险外,还应注意,逆变器短路引起的大电流将导致永磁体处于退磁和毁损的危险之中。

永磁无刷直流电动机驱动的开路故障不会直接危及车辆的稳定性。但是,由于开路导致的无法控制电动轿车电机将带来车辆控制方面的问题。因为磁体总是在励磁,且不能予以控制,所以很难控制永磁无刷直流电动机,使故障最小化。当永磁无刷直流电动机运行在恒功率区时,这是一个特别重要的问题。在恒功率区中,由定子所产生的磁通与磁体产生的磁通反向,并使电动机以较高转速旋转。如果定子磁通消失,磁体产生的磁通将在绕组中感生一个大的电动势,该电动势可危及电子元器件或乘客。

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