新能源汽车逆变器课件

新能源汽车驱动电机的基本知识

       通过有效的控制策略将动力蓄电池提供的直流电转化为交流实现电机的正转以及反转控制。在减速/制动时将电机发出的交流电转化为直流电，将能回收给动力蓄电池或者提供给超级电容等储能设备供给二次制动使用。

2.驱动电机

       将电能转换成机械能为车辆行驶提供驱动力的电气装置，该装置也具备机械能转化成电能的功能。

       3.驱动电机控制器

       控制动力电源与驱动电机之间能量传输的装置，由控制信号口电路、驱动电机控制电路和驱动电路组成。

4.直流母线

       电压驱动电机系统的直流输入装置。

5.额定电压

       直流母线的标称电压。

6. 最高工作电压

       直流母线电压的最高值。

7.输入输出特性

       表示驱动电机、驱动电机控制器或驱动电机系统的转速、转矩，电流等参数间的关系。功率、效率、电压、降价能艳一 障假电机。

8.持续转矩

       规定的最大、长期工作的转矩。

9.持续功率

       规定的最大、长期工作的功率。

10. 工作电压范围

       能够正常工作电压范围。

11.转矩-转速特性

       转速特性一般是形容频率的曲线，转矩特性是确定电压上升的该驱动电机可以达到的并可以短时工作而不出现故障的最大转矩值曲线。

12.峰值转矩电机

       伴积认当机械设备转速为零(堵转) 时的转矩。

13. 堵转转矩

       功率大 效亮高。

14.最高工作转速

       达到最高功率而呈现出来的最高速度。

       电动汽车对驱动电机的特性要求有哪些与传统工业驱动电机不同，电动汽车的驱动电机通常要求能够频繁的起动/停车、加速减速，低速/爬坡时要求高转矩、高速行驶时要求低转矩并要求变速范围大。

       电动汽车对驱安知动运转名定二年量功率察度二座童动电机的要求可归纳如下:为了充分利用有限的车载空间，减小车辆质量，降低运行中的能量消耗，应尽量减小驱动电机的体积和质量。驱动电机可以采用铝合金外壳，各种控制装置和冷却系统等也要求尽可能轻量化和小型化。

       1.高功率密度、轻量化在允许的范围内尽可能采用高电压，可以减小驱动电机的尺寸和控制器、导线等设备的尺寸，特别是可以降低逆变器的成本。

       2.全速段高效运行-次充电续航里程长，特别是在车辆频繁起停或变速运行的情况下，驱动电机应具有较高的效率。

       3.低速大转矩及高速宽调速即使没有变速器，驱动电机本身应能满足所需的转矩特性，以获得在起动、加速、行驶、减速、制动等各种运行工况下的功率和转矩要求。

       驱动电机应具有自动调速功能，可以减轻驾驶人的操作强度，提高驾驶的舒适度，并且能够达到与传统内燃机汽车同样的控制响应。与低速电动机相比，高转速驱动电机的体积和质量较小，有利于降低整车装备的质量舒适度高

       4。高可靠性，在任何运行工况下驱动电机都应具有高可靠性，以确保车辆的行驶安全。

       5.安全性能，动力蓄电池组、驱动电机等强电部件的工作电压能达到 300V 以上，对电气系统的安全性和控制系统的安全性提出了更高的要求，新能源汽车驱动电机必须符合相关车辆电气控制的安全性能标准和规定。

       6.低成本、低噪声为降低新能源汽车的使用成本，驱动电机的使用寿命应和车辆保持一致，真正实现节能环保的目标。同时驱动电机还要求具有耐温和耐潮性能好、运行噪声低、结构简单、成本低、适合批量生产，使用维护方便等特点。

       7.能量回收。能量回收系统对于提高电动汽车的能量利用率具有重要意义。对驱动电机及电机控制器要求较高。

问题引导2:

驱动电机主要分为哪几类

       驱动电机可分为两大类，即有刷电动机和无刷电动机。习惯上将有换向器的直流动机简称为直流电动机。

       由于技术成熟、控制简单，直流电动机曾在电力驱动领域有着突出的地位。实际上各类直流电动机包括 (串励、并励、他励) 和永磁直流电动机都曾在电动汽车上得到应用，但其电刷和换向器需要经常维护、可靠性低，正在被交流无刷电动机取代。

       无换向器电动机包括异步电动机、永磁同步电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机等。

       无换向器电动机在效率、功率密度、运行成本、可靠性等方面明显优于传统的直流电动机，因此在现代电动汽车中获得广泛应用。驱动电机分类如下:

       永磁直流电动机有刷电动机串励直流电动机直流电动机、并励直流电动机他励直流电动机笼型异步电动机绕线转子电励磁式无刷电动机、同步电动机、永磁同步磁阻式永磁无刷电动机开关磁阻电动机。

问题引导 3:

新能源汽车驱动电机如何选择

       选择新能源汽车驱动电机的关键是电动机的机械特性。

       至今为止电动汽车采用的驱动电机主要包括:直流电动机、交流异步电动机、永磁同步电动机、直流无刷电动机和开关磁阳电动机。关于机械特性可以用转矩-转速特性和功率-转速特性曲线来表示，并可作为选择电动机的参考依据。

       在选择新能源汽车的驱动电机时可以向电动机生产厂家提出所需要的各种性能参数，以作为电动机设计的依据。实际上大多数情况下是新能源汽车制造商根据电动机生产厂家提供的技术性能参数选择现成的电动机。

       可供电动汽车选用的电动机种类繁多，功率范围很厂新能源汽车对于驱动电机的调速范围、可靠性、在恶劣环境下的工作能力等方面有比较高的要求。

       1.额定电压的选择电动机电压的选择主要依据车辆总体参数的要求来设计，车辆的自重、蓄电池等相关数确定后，才能确定电动机的由压，转速等参救，即当车辆自重确定后，蓄电池的个数就确定了，电动机的电压等级也随之确定。

       但总体要求是:尽可能提高电压等级，这样就可以使电动机在满足驱动要求的情况下，使电动机的功率小一些，电动机的电流也小一些，这样蓄电池的容量选择、安装空间、安装方式等就更容易处理。

       2.额定转速的选择根据电动汽车的速度、动力性能的要求，需要选择不同转速的驱动电机。

(1)低速电动机

       低速电动机的转速为 3000 ~6000r/min，扩大的恒功率区的低速电动机额定转矩高、转子电流大、电动机的尺寸和质量较大，且相应的转换器、控制器的尺寸也较大，各种电器的损耗较大，但减速器的速比较小。

       一般低速电动机的转动惯量大、反应慢，不太适用于电动汽车。

(2)中速电动机

       中速电动机的转速为 6000 ~10000r/min，它的各种参数介于低速电动机和高速电动机之间。

(3)高速电动机

       高速电动机的转速为 10000~15000r/min，扩大的恒功率区宽，尺寸和质量较小，相应的转换器和控制器的尺寸也较小，各种电器内在的损耗较小。但其减速器的速比要大大增加，通常需要采用行星齿轮传动机构。

       高速电动机的使用主要受电磁材料的性能、高速轴承的承载能力的限制。一般高速电动机的转动惯性小、起动快、停止也快，电动汽车常采用高速电动机作为驱动电机。

汽车逆变器的功能及工作原理(新能源逆变器工作原理详解)

       随着新能源汽车的发展，消费者 对新能源汽车的认可度越来越高。与传统燃油汽车的关键部件不同，新能源汽车的关键部件是 quot三电 quot系统，即电池、电子控制和电机。其中，电控作为连接电池和电机的桥梁，负责将电池的直流电转化为电机所需的交流电。电控的技术名称是逆变器，在电动车行业俗称电机控制器。承担控制电机驱动和电气制动的任务。

       众所周知，直流电是恒定的，而交流电是交变的。DC和AC之间的转换是如何完成的？

       DC波形和交流波形

       DC和交流电之间的转换需要控制两个特性，一个是电流的方向，一个是电流的大小。电动车逆变电路等效电路如下图所示。我们把动力电池等效为电池，把电机简化为负载。

       等效电路

       从下图可以看出，电流方向的改变可以通过闭合和打开开关的组合来实现。从而实现改变交流电方向的目的。

       电流方向

       电流方向

       交流电有频率。如果电机要求的交流电频率为50Hz，则意味着上述开关需要在1秒钟内完成50次周期性变化。然而，实际上没有这样的开关。实际上，我们用MOSET管代替开关。MOSET管的最高频率可以达到1000KHz，可以满足实际工艺中的频率要求。

       Moset管

       Moset管电路

       解决了电流方向和频率的问题后，直流电的大小如何与交流电等效？通过 quot在 quot和 quot关闭 quotMOSET管的，可以实现有无电流，从而输出方波。开关闭合时输出恒定值，开关断开时输出值为0。如下图所示，绿色波形为方波。

       直流方波

       上图中的红框显示的是一段方波。可以看出，周期的平均值随着高电平和低电平的比例而变化。青色波形是一个周期内方波的平均值。可以看出，一个周期内的常数时间越长，平均值越高。最后，上部方波的平均波形成为下部波形。

       通过开关的组合改变电流方向，整个周期中的波形如下

       可以看到，通过开关的组合和开关时间的变化，由方波组合出一个类似正弦波的波形。如果减少每个方波的周期时间，曲线会越来越平滑，平均方波会无限接近正弦波。这个处方波的平均波形的效果相当于正弦波的效果，完成了从DC到交流的逆变。

       最后，还有一个问题。在实际的逆变过程中，我们如何知道一个方波周期中高电平和低电平各占多少？在实际的波形调制过程中，需要一个叫做比较器的电子元件，利用比较器的输出信号来控制MOSET管的开关。等效电路图见下图。图中大三角是比较器，小三角是二极管。二极管的作用是防止同一支路的开关同时导通而造成短路。

       调制电路

       将三角波和正弦波两种波形输入比较器进行比较。见下图。

       比较波形

       当正弦波小于三角波时，比较器输出0，当正弦波大于三角波时，比较器输出1。这样，匹配正弦波特性的方波控制信号可以被输出和输入到MOSET管。输出为1时控制其导通，输出为0时控制其关断，这样就可以根据信号控制开关输出想要的等效逆变波形，最终控制电机旋转，从而完成整个逆变过程。

       01

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新能源汽车逆变器是怎么工作的？

       逆变器是一种DC to AC的变压器，它其实与转化器是一种电压逆变的过程。

       转换器是将电网的交流电压转变为稳定的12V直流输出，而逆变器是将Adapter输出的12V直流电压转变为高频的高压交流电；两个部分同样都采用了用得比较多的脉宽调制（PWM）技术。其核心部分都是一个PWM集成控制器，Adapter用的是UC3842，逆变器则采用TL5001芯片。TL5001的工作电压范围3.6～40V，其内部设有一个误差放大器，一个调节器、振荡器、有死区控制的PWM发生器、低压保护回路及短路保护回路等。

       输入接口部分：输入部分有3个信号，12V直流输入VIN、工作使能电压ENB及Panel电流控制信号DIM。VIN由Adapter提供，ENB电压由主板上的MCU提供，其值为0或3V，当ENB=0时，逆变器不工作，而ENB=3V时，逆变器处于正常工作状态；而DIM电压由主板提供，其变化范围在0～5V之间，将不同的DIM值反馈给PWM控制器反馈端，逆变器向负载提供的电流也将不同，DIM值越小，逆变器输出的电流就越大。

       电压启动回路：ENB为高电平时，输出高压去点亮Panel的背光灯灯管。

       PWM控制器：有以下几个功能组成：内部参考电压、误差放大器、振荡器和PWM、过压保护、欠压保护、短路保护、输出晶体管。

       直流变换：由MOS开关管和储能电感组成电压变换电路，输入的脉冲经过推挽放大器放大后驱动MOS管做开关动作，使得直流电压对电感进行充放电，这样电感的另一端就能得到交流电压。

       LC振荡及输出回路：保证灯管启动需要的1600V电压，并在灯管启动以后将电压降至800V。

       输出电压反馈：当负载工作时，反馈采样电压，起到稳定I逆变器电压输出的作用。

       使用方法及注意事项：

       1、直流电压要一致

       每台逆变器都有接入直流电压数值，如12V，24V等，要求选择蓄电池电压必须与逆变器直流输入电压一致。例如，12V 逆变器必须选择12V蓄电池。

       2、逆变器输出功率必须大于电器的使用功率，特别对于启动时功率大的电器，如冰箱、空调，还要留大些的余量。

       3、正、负极必须接正确

       逆变器接入的直流电压标有正负极。红色为正极（+），黑色为负极（—），蓄电池上也同样标有正负极，红色为正极（+），黑色为负极（—），连接时必须正接正（红接红），负接负（黑接黑）。连接线线径必须足够粗，并且尽可能减少连接线的长度。

       4、应放置在通风、干燥的地方，谨防雨淋，并与周围的物体有20cm以上的距离，远离易燃易爆品，切忌在该机上放置或覆盖其它物品，使用环境温度不大于40℃。

       5、 充电与逆变不能同时进行。即逆变时不可将充电插头插入逆变输出的电气回路中.

       6、两次开机间隔时间不少于5秒（切断输入电源）。

       7、请用干布或防静电布擦拭以保持机器整洁。

       8、在连接机器的输入输出前，请首先将机器的外壳正确接地。

       9、为避免意外，严禁用户打开机箱进行操作和使用。

       10、怀疑机器有故障时，请不要继续进行操作和使用，

       应及时切断输入和输出，由合格的检修人员或维修单位检查维修。

       11、在连接蓄电池时，确认手上没有其它金属物，以免发生蓄电池短路，灼伤人体。

       12、使用环境，基于安全和性能的考虑，安装环境应具备以下条件：

       1）干燥：不能浸水或淋雨；

       2） 阴凉：温度在0℃与40℃之间；

       3）通风：保持壳体上5CM内无异物,其它端面通风良好。

       13、安装使用方法

       1）将转换器开关置于关(OFF)的位置,然后把雪茄头插入车内点烟器插口,确保插到位而接触良好；

       2）确认所有电器的功率在G-ICE标称功率以下方可使用,将电器的220V插头直接插入转换器一端的 220V插座内,并确保两个插座所有连接电器的功率之和在G-ICE标称功率以内；

       3）开启转换器开关，绿色指示灯亮，表示工作正常。

       4）红色指示灯亮，表示因过压/欠压/过载/过温，导致转换器关断。

       5）在很多情况下，由于车用点烟器插口输出有限，使得正常使用时转换器报警或关断，这时只要发动车辆或减小用电功率即可恢复正常。

       14、注意事项

       1）电视机，显示器，电动机等在启动时电量达到峰值，尽管转换器可以承受标称功率2倍的峰值功率，但有些功率符合要求的电器的峰值功率可能会超过转换器的峰值输出功率，引发过载保护，电流被关断。同时带动多个电器，可能发生这种情况，这时应先关闭电器开关，打开转换器开关，然后逐个打开电器开关，并应最先开启峰值最高的电器。

       2）在使用过程中，电瓶电压开始下降，当转换器DC输入端的电压降到10.4-11V时，报警器发出峰鸣声，此时电脑或其它敏感电器应及时关闭，若忽视报警声，转换器将在电压到9.7-10.3V时，自动关断，这样可以避免电瓶被过量放电，电源保护关断后，红色指示灯亮起；

       3）应及时启动车辆,给电瓶充电,防止电量衰竭,影响汽车启动和电瓶寿命；

       4）尽管转换器没有过压保护功能，输入电压超过16V，仍有可能损坏转换器；

       5）连续使用后，壳体表面温度会上升到60℃，注意气流通畅，易受高温影响的物体应远离。

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