純電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率流程
2017-01-21
研究=電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)的效率問題,首先需要從其功率流程入手研究其各種運(yùn)行損耗,從而有針對(duì)性地設(shè)計(jì)優(yōu)化策略。由電動(dòng)汽車車載動(dòng)力電池供給電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率Pin,經(jīng)過逆變器損失Pinv,得到輸入電動(dòng)機(jī)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(chǎng)由定子傳送到轉(zhuǎn)子,這部分功率就是異步電機(jī)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(chǎng)傳遞電磁功率的過程中,與轉(zhuǎn)子鐵芯存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng),旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割著轉(zhuǎn)子鐵芯,理應(yīng)引起轉(zhuǎn)子鐵芯中的鐵損,但實(shí)際上由于異步電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)差率很小,即氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子鐵芯相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(jì)。
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(yùn)動(dòng)的機(jī)械功率PΩ。還需考慮機(jī)械損耗PΩloss。和附加損耗P▲loss,就可得到由軸上輸出的總機(jī)械功率P2。由軸上輸出的機(jī)械功率島再經(jīng)過傳動(dòng)系和變速器傳遞給驅(qū)動(dòng)輪,驅(qū)動(dòng)輪的輸出功率為Pout.
這個(gè)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。
圖3-1電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率流程
因此電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的綜合效率為:
電機(jī)效率為:
電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的功率流程中,逆變器損耗還沒有好的方法進(jìn)行估計(jì),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):
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(shí)上,在功率等級(jí)低于100kW的中小功率異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中,逆變器的損耗相對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整體損耗所占比例較小,并且電機(jī)效率優(yōu)化控制的結(jié)果使的電機(jī)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(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率優(yōu)問題可近似等價(jià)于求解其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的效率問題。
機(jī)械損耗PΩloss表示為:
式中,kL是機(jī)械損耗系數(shù)??梢娪捎跈C(jī)械損耗隨轉(zhuǎn)速升高而增大,因此電機(jī)在低速狀態(tài)下運(yùn)行亦可減少機(jī)械損耗。
雜散損耗玩P▲loss雜散損耗很難計(jì)算,電機(jī)設(shè)計(jì)中常采用經(jīng)驗(yàn)值。國際電工委員會(huì)(mC)推薦輸出功率的0.5%為異步電機(jī)的雜散損耗。在各項(xiàng)電機(jī)損耗中,雜散損耗和機(jī)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(yùn)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(jī)專用軸承,提高電機(jī)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(chǎng)和負(fù)載大小有關(guān),大約占電機(jī)各項(xiàng)損耗的80%,也稱為可控?fù)p耗。
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