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純電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)的功率流程

2017-01-21

研究=電動汽車電驅(qū)動的效率問題,首先需要從其功率流程入手研究其各種運行損耗,從而有針對性地設(shè)計優(yōu)化策略。由電動汽車車載動力電池供給電驅(qū)動系統(tǒng)的功率Pin,經(jīng)過逆變器損失Pinv,得到輸入電動機的功率P1,P1除去消耗于定子電阻上的定子銅損Pcus和消耗于定子鐵芯中的鐵損Pfe,余下的大部分電功率借助于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場由定子傳送到轉(zhuǎn)子,這部分功率就是異步電機的電磁功率凡。電磁功率傳送到轉(zhuǎn)子以后,在轉(zhuǎn)子電阻上又發(fā)生了轉(zhuǎn)子銅損Pcur。

在氣隙旋轉(zhuǎn)磁場傳遞電磁功率的過程中,與轉(zhuǎn)子鐵芯存在著相對運動,旋轉(zhuǎn)磁場切割著轉(zhuǎn)子鐵芯,理應(yīng)引起轉(zhuǎn)子鐵芯中的鐵損,但實際上由于異步電機在正常運行時轉(zhuǎn)差率很小,即氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子鐵芯相對運動很小,以至轉(zhuǎn)子鐵芯中磁通變化頻率很低,通常僅l~3周/秒,所以轉(zhuǎn)子的鐵損可以略去不計。

這樣,從定子傳送到轉(zhuǎn)子的電磁功率僅須扣除轉(zhuǎn)子銅損R盯,從而可得使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動的機械功率PΩ。還需考慮機械損耗PΩloss。和附加損耗P▲loss,就可得到由軸上輸出的總機械功率P2。由軸上輸出的機械功率島再經(jīng)過傳動系和變速器傳遞給驅(qū)動輪,驅(qū)動輪的輸出功率為Pout.

這個功率變換的過程,可形象地用如圖3.1所示的功率流程圖來表示。

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圖3-1電驅(qū)動系統(tǒng)的功率流程

因此電驅(qū)動系統(tǒng)的綜合效率為:

20150511111925_17485 (1)

電機效率為:

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電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的功率流程中,逆變器損耗還沒有好的方法進行估計,逆變器損耗隨著電流幅值的增大而增大,可以近似為定子電流的函數(shù):

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其中,is為定子相電流,Kl、K2是由開關(guān)器件決定的互相關(guān)系數(shù)。事實上,在功率等級低于100kW的中小功率異步電機驅(qū)動系統(tǒng)中,逆變器的損耗相對驅(qū)動系統(tǒng)的整體損耗所占比例較小,并且電機效率優(yōu)化控制的結(jié)果使的電機定子電流幅值減少,從而也降低了逆變器的開關(guān)損耗。所以,電動汽車電驅(qū)動系統(tǒng)的效率優(yōu)問題可近似等價于求解其驅(qū)動電機的效率問題。

機械損耗PΩloss表示為:

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式中,kL是機械損耗系數(shù)??梢娪捎跈C械損耗隨轉(zhuǎn)速升高而增大,因此電機在低速狀態(tài)下運行亦可減少機械損耗。

雜散損耗玩P▲loss雜散損耗很難計算,電機設(shè)計中常采用經(jīng)驗值。國際電工委員會(mC)推薦輸出功率的0.5%為異步電機的雜散損耗。在各項電機損耗中,雜散損耗和機械損耗一般占總損耗的20%左右,主要由生產(chǎn)工藝或設(shè)備運行工況決定,與電氣變量無關(guān),一般通過選用低噪音、高精度的電機專用軸承,提高電機裝配質(zhì)量,減小此類損耗。

定子銅損Pcus、定子鐵損Pfe和轉(zhuǎn)子銅損Pcur與磁場和負載大小有關(guān),大約占電機各項損耗的80%,也稱為可控損耗。

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