纯电动汽车电驱动系统的功率流程

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纯电动汽车电驱动系统的功率流程

电动汽车电驱动的效率问题,首先需要从其功率流程入手研究其各种运行损耗,从而有针对性地设计优化策略。由电动汽车车载动力电池供给电驱动系统的功率Pin,经过逆变器损失Pinv,得到输入电动机的功率P1,P1除去消耗于定子电阻上的定子铜损Pcus和消耗于定子铁芯中的铁损Pfe,余下的大部分电功率借助于气隙旋转磁场由定子传送到转子,这部分功率就是异步电机的电磁功率凡。电磁功率传送到转子以后,在转子电阻上又发生了转子铜损Pcur。

在气隙旋转磁场传递电磁功率的过程中,与转子铁芯存在着相对运动,旋转磁场切割着转子铁芯,理应引起转子铁芯中的铁损,但实际上由于异步电机在正常运行时转差率很小,即气隙旋转磁场与转子铁芯相对运动很小,以至转子铁芯中磁通变化频率很低,通常仅l~3周/秒,所以转子的铁损可以略去不计。

这样,从定子传送到转子的电磁功率仅须扣除转子铜损R盯,从而可得使转子产生旋转运动的机械功率PΩ。还需考虑机械损耗PΩloss。和附加损耗P▲loss,就可得到由轴上输出的总机械功率P2。由轴上输出的机械功率岛再经过传动系和变速器传递给驱动轮,驱动轮的输出功率为Pout.

这个功率变换的过程,可形象地用如图3.1所示的功率流程图来表示。

电驱动系统的功率流程

图1电驱动系统的功率流程

因此电驱动系统的综合效率为:

电机效率为:

电动汽车驱动系统的功率流程中,逆变器损耗还没有好的方法进行估计,逆变器损耗随着电流幅值的增大而增大,可以近似为定子电流的函数:

其中,is为定子相电流,Kl、K2是由开关器件决定的互相关系数。事实上,在功率等级低于100kW的中小功率异步电机驱动系统中,逆变器的损耗相对驱动系统的整体损耗所占比例较小,并且电机效率优化控制的结果使的电机定子电流幅值减少,从而也降低了逆变器的开关损耗。所以,电动汽车电驱动系统的效率最优问题可近似等价于求解其驱动电机的效率问题。

机械损耗PΩloss表示为:

式中,kL是机械损耗系数。可见由于机械损耗随转速升高而增大,因此电机在低速状态下运行亦可减少机械损耗。

杂散损耗玩P▲loss杂散损耗很难计算,电机设计中常采用经验值。国际电工委员会(mC)推荐输出功率的0.5%为异步电机的杂散损耗。在各项电机损耗中,杂散损耗和机械损耗一般占总损耗的20%左右,主要由生产工艺或设备运行工况决定,与电气变量无关,一般通过选用低噪音、高精度的电机专用轴承,提高电机装配质量,减小此类损耗。

定子铜损Pcus、定子铁损Pfe和转子铜损Pcur与磁场和负载大小有关,大约占电机各项损耗的80%,也称为可控损耗。

本文来源:纯电动汽车电驱动系统的功率流程

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