摘要：

1：首次提出變相變極的調(diào)速方法，并將其應(yīng)用在電動(dòng)車電控設(shè)計(jì)中。

2：首次提出比輪轂電機(jī)更有應(yīng)用前景的長(zhǎng)柱形電動(dòng)機(jī)，從電機(jī)功率密度，構(gòu)件復(fù)用，散熱性能及安全性來(lái)看，長(zhǎng)柱形電動(dòng)機(jī)是最適合用于電動(dòng)車電機(jī)的。

在所有的電機(jī)控制課本中，交流直流電機(jī)的調(diào)速的本質(zhì)是什么？如何從調(diào)速的本質(zhì)優(yōu)化電動(dòng)車電控方案？

在學(xué)習(xí)時(shí)，這兩個(gè)問(wèn)題帶來(lái)了解決問(wèn)題的方向。根據(jù)鄭萍《電機(jī)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理》

圖 1 機(jī)電換能器方框圖

調(diào)速屬于機(jī)電換能器。在這本書(shū)中，盡管用數(shù)學(xué)很詳盡地解釋了機(jī)電能量轉(zhuǎn)換關(guān)系。卻沒(méi)有給出電機(jī)調(diào)速的本質(zhì)。

通過(guò)學(xué)習(xí)總結(jié)得出：電動(dòng)機(jī)調(diào)速的本質(zhì)是能量有序地轉(zhuǎn)換為變化的磁場(chǎng)，通過(guò)磁力作用到機(jī)械形變。

那么如何通過(guò)這樣的本質(zhì)特性優(yōu)化電機(jī)調(diào)速，并形成一種較優(yōu)的電動(dòng)車電控方案呢？

抓住兩個(gè)字"有序能量轉(zhuǎn)換"

圖 2 電機(jī)調(diào)速的本質(zhì)

如圖2，所有的電機(jī)都是利用導(dǎo)體產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)獲得動(dòng)力。如何有序地掌控能量，如何合理地調(diào)速成為電動(dòng)車電控的關(guān)鍵。

電場(chǎng)和磁場(chǎng)的變化耦合的最佳形式是正弦波式變化。故交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速也是最佳的。

通過(guò)工況匹配，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的篩選。得到三相同步或異步電動(dòng)機(jī)是最佳的。

但目前電動(dòng)車電控方案存在一個(gè)很大的問(wèn)題，有序的能量變換方式不是最佳的。

為什么這樣說(shuō)呢？

當(dāng)前的三相異步電機(jī)控制方案中，電池里的負(fù)電荷從負(fù)極出發(fā)，經(jīng)過(guò)SPWM變換，到達(dá)電機(jī)實(shí)現(xiàn)電磁耦合能量變化，然后從正極回來(lái)鋰離子上，實(shí)現(xiàn)電荷中和。這個(gè)負(fù)電荷走完了一整個(gè)閉環(huán)回路。

圖 3 雙逆變器三相電機(jī)開(kāi)繞組理想電路

如3中，負(fù)電荷只需要經(jīng)過(guò)一半的路徑。這樣的路徑短了之后呢？負(fù)電荷走的路短，消耗的能量就少了。

我們進(jìn)一步簡(jiǎn)化

圖 4 單相開(kāi)繞組雙逆變器簡(jiǎn)化電路

如圖4是一個(gè)單相電感，兩邊是變化的有序正弦波電壓，能量可以從左右兩邊的電池向電機(jī)繞組移動(dòng)，也可以在制動(dòng)時(shí)將能量反饋給電池。當(dāng)然也可以在左右電池流動(dòng)。當(dāng)這是單相的 時(shí)候，其優(yōu)勢(shì)不能發(fā)揮。當(dāng)3~9相并實(shí)現(xiàn)變相變極的時(shí)候，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)這是一種有序控制電磁能量的較佳方式。

圖 5 九相變相變極異步電動(dòng)機(jī)控制主回路

如5所示。4個(gè)獨(dú)立的50V電池組、若干逆變器組和一個(gè)九相異步電動(dòng)機(jī)。我們假定每相繞組功率在5~10KW，那么九相可以得到45~90KW的總功率。而通過(guò)控制每一相的電壓、電位角、及串接接線方式。我們就能夠得到一個(gè)變相變極的調(diào)速方式。外加簡(jiǎn)單調(diào)頻，就可以得到超越現(xiàn)在所有電動(dòng)車電控方案的調(diào)速方式。

這種調(diào)速方式的調(diào)速性能不只是調(diào)速性能好，更多的是實(shí)現(xiàn)了能量的有序控制。此外，如果優(yōu)先實(shí)現(xiàn)將其中一個(gè)或多個(gè)電池組電量用完，可以停車就更換電池組。以一輛百公里10~20度耗電量的車輛計(jì)算，每行駛一百公里，更換掉其中一個(gè)電量最少的電池組。那么其更換電池的重量較輕，便捷性超過(guò)加油。從而解決了電動(dòng)車的里程焦慮、充電難題。

然而，這種電控方式的還會(huì)帶來(lái)更多的變化，尤其是電動(dòng)機(jī)。我曾花非常多的時(shí)間去學(xué)習(xí)電動(dòng)機(jī)構(gòu)造設(shè)計(jì)，認(rèn)為長(zhǎng)柱形電動(dòng)機(jī)比輪轂電機(jī)更適合電動(dòng)車，因長(zhǎng)柱形電機(jī)可以將定子繞組融入車身，成為為車體的一部分且傳動(dòng)結(jié)構(gòu)也較輪轂電機(jī)簡(jiǎn)單，更重要的是其散熱性能更高。軸向電機(jī)的高功率密度是電磁耦合面更寬，而長(zhǎng)柱形電機(jī)可以超越軸向電機(jī)的功率密度。

比如，如果我們將一個(gè)30KW的三相異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)成長(zhǎng)達(dá)1米的，細(xì)長(zhǎng)圓柱電機(jī)。定子是殼體與車身融為一體，定子是車軸與傳動(dòng)融為一體。而雙逆變器開(kāi)繞組的接線方式可以讓電控及整車布局更加節(jié)省空間。將電機(jī)做成長(zhǎng)柱形還能節(jié)省電纜。

如果沒(méi)有變相變極的調(diào)速，沒(méi)有采用開(kāi)繞組雙逆變器。長(zhǎng)柱形電機(jī)沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。

目前市面上沒(méi)有這樣的產(chǎn)品，更多是長(zhǎng)寬接近的矩形電機(jī)，大直徑電機(jī)扭矩更高。

以上是學(xué)習(xí)過(guò)程中一些筆記心得。

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