电机驱动技术的发展现状与前景展望

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y

课程学术报告

课程名称：电机与电器学科最新发展动态设计题目：电机驱动技术的发展现状及前

景展望

姓名：王胤燊

学号：11S006014

指导教师：梁维燕院士邹继斌教授

杨贵杰教授翟国富教授时间：2012.7.10

哈尔滨工业大学

电机驱动技术的发展现状及前景展望

王胤燊

（哈尔滨工业大学电气工程系，黑龙江哈尔滨150001）

摘要：一个多世纪以前电动机的发明使其成为工业革命以后的主要驱动力之一。它在各种机械运动中的广泛应用使生活变得简单并最终推动了人类的进步。逆变器的出现推动了交流电机速度和转矩控制的发展，这使得电机在仅仅30年就应用到了不可思议的领域。功率半导体元件和数字控制技术的进步使得电机驱动具有了鲁棒性并且能够实现高精度的位置和速度控制。交流驱动技术的应用也带来了能源节约和系统效率的提高。这篇文章回顾了交流电机逆变技术的发展和应用中所起的作用，并介绍了电机驱动技术的发展前景。未来更有效更强劲的电机驱动技术的发展对于实现不污染电网系统和提高生产力这样的节能环保型驱动很重要。

PRESENT ST ATE AND A FUTURISTIC VISION OF MOTOR DRIVE TECHNOLOGY

WANG Yinshen,

(Dept of Electrical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China) Abstract：One of the main driving force behind the industrial revolution was the invention of the electric motor more than a century ago. Its widespread use for all kinds of mechanical motion has made life simple and has ultimately aided the advancement of human kind. The advent of the inverter that facilitated speed and torque control of AC motors has propelled the use of electric motor to new realms that was inconceivable just a mere 30years ago. Advances in power semiconductors along with digital controls have enabled realization of motor drives that are robust and can control position and speed to a high degree of precision. Use of AC motor drives has also resulted in energy savings and improved system efficiency. This paper introduces some futuristic vision for the motor drive technology. The development of more efficient, more powerful electric motor drives to power the demands of the future is important for achieving energy savings, environmentally harmonious drives that do not pollute the electrical power system, and improving productivity.

1引言

电机本体及其控制技术在近几年取得相当大的进步。这要归功于半导体技术的空前发展带来的电力电子学领域的显著进步。电机驱动产业发展的利处已经触及各种各样的设备，从大型工业设备像钢铁制造厂、造纸厂的轧钢机等，到机床和半导体制造机中使用的机电一体化设备。交流电机控制器包括异步电机控制器和永磁电机控制器，这两者在电机驱动业的全过程中起着关键性作用。图1所示为电流逆变器（异步电机控制器）和交

流伺服驱动器（永磁交流电机及其控制器）。图1所示的控制器使用了此行业技术所能提供的最新的功率半导体器件并采用了矢量控制方法中最先进的电机驱动控制算法。目前这样的控制器在各工业商业场合中无所不在。由于交流驱动技术的应用变得更广泛，就很难忽略一个事实：被机电系统能量转换设备消耗的电能中电机消耗大部分，超过整个行业电能产出的70% .

在现定的这种情况下，未来的家用电

器设备将很快采用电机驱动技术，像洗衣机以及一些高压交流电设备中。

图1电流逆变器

因此把研发重点集中在更高效率、更小尺寸、使用更少原材料、对环境更无害、平均无故障时间间隔长、易回收的产品上是很重要的。安川公司想成为这一领域的一份子。

在电机驱动行业中应用的理念、想法和设备很适用于从代用能源如太阳能和风能中获取能量。因此，电力电子学在这些设备中起着重要作用并不惊奇。电机驱动行业在解决未来的能源危机中将成为主力军，同时也将对环境保护贡献卓著。

2 交流电机驱动

现在的工业中把交流电机驱动分为明显不同的两类：异步电机驱动和永磁交流电机驱动。两者基本 区别在于性能和成本上。异步电机仍然是现在工业的主要设备。采用异步电机的一般不需要十分精确地位置和速度控制。这样的设备众所周知的代表性应用为―通用交流电机‖。然而，生产半导体器件的产业和其他较复杂的产业需要较高的精度和受控动作。永磁电机成为满足上述条件的首选，由于它们尺寸更小，效率更高，惯性更低，并因此具有更好的可控性。这样的电机被归类为伺服电机并且被永磁交流电机驱动器控制，一般要比与其配对的异步电机要贵。

2.1 通用交流电机驱动器—V/f 控制

通用交流电机驱动器的电源柜与永磁交流电机驱动器很相似。这两种驱动器都被称为电压源型逆变器，一个即将明确的术语。由于电拓扑包含一个大直流总线电容作为滤波器，并且由于它的电压被调制成各种幅值各种频率的电压之后输送给交流电机，这样的逆变拓扑结构被称为电压源型逆变器并称为现在交流电机驱动器不可分割的一部分。图2

所示为一目前交流电机驱动器的典型原理图。

图2交流电机驱动器

通用交流电机驱动器一般为异步电机提供恒定磁通。因为电机的磁通是施加给电机的电压与频率的比值，利用这个比值不变来实现恒磁通操作。电机电流随负载几乎成线性增长。传送带和其他摩擦负荷需要这样的配置文件。

对于离心负载像风扇和泵，电机中的磁通可以被改成按照平方函数变化。通过这样处理，电机消耗的能量变成速度的立方函数，这可以节省很多能量。尽管V/f的比值用这些措施保持恒定，和恒速度相比还是可以节省很多能量，在速度保持恒定的情况下相当大的能量损失在阀门或阻尼控制上。由于负载的转矩特性具有平方的形式，所以在较低速度范围内降低电压来进一步提高效率是可能的。由此而带来的效率提升极其显著以至于2000年京都议定书成员国们同意把风扇和泵由以往的生产线直接控制操作改为通过交流电机驱动器来操作以节约能源和减少工厂的整体碳排放量。不仅对那些国家甚至对全人类来说把固定速度的风扇和泵转变为可变速率都是非常重要和有意义的。

2.2高性能交流电机驱动器—矢量

控制

尽管大部分工业设备需要并不复杂的V/f控制，但仍然有相当一部分设备需要更高的性能。这样的设备包括机床主轴驱动器，造纸机，拉丝机和钢铁工业中的夹送辊，电梯，石油勘探顶部驱动器，印刷机，轧钢机和其他需要低速大转矩的设备。这样的性能在过去可以用直流电机来实现，而现在逐步被矢量控制的交流电机所取代。矢量控制这一术语在技术上是指产生转矩的输入电流被控制为与异步电机中的磁场正交以产生最佳转矩。基于这样的方向控制被称为场定向控制。和直流电机相似，现在交流电机也能够独立控制磁通量和电机转矩来实现高性能。场定向控制的基本思想是把输入三相时变电流转变成电机中两相时变的成分：α和β成分。这些α和β成分之后被转化成和电机气隙磁场同步旋转的两轴（d轴和q轴）因而使其与交流电机的旋转磁场相对静止（图3(a)）。通过保持d轴和q轴的正交关系及控制q轴成分，即使在停止条件下也可以产生最佳转矩。电机电流从三相到d-q轴的转变需要转子的瞬时位置和速度，这是由安装在交流电机轴上的脉冲编码器来实现的。在直接场定向控制中，交流电机中气隙磁场的位置和大小来源于电机输入电压和电流的测量。把被测磁通和一稳定的参考磁通比较，然后将其接入调节器来调节q-轴磁通为零以实现两正交轴之间的完全去耦。被测磁通的d-轴分量也被用于计算电机产生的电磁转矩，再将此转矩与参考转矩比较。然后转矩调节器控制转矩产生电流成分来实现期望速度下的期望转矩。来自于编码器的角度信息被直接用于执行从三相到两轴的转变，反之亦然。

间接场定向控制的控制原理和直接场定向控制十分不同。在间接场定向控制情况下，气隙磁场并不是明确计算出来的。感应电机转差率是在测

量电流参数的基础上计算出来的。所得的转差率被用于计算偏离角，此偏离角又被加到来自编码器的转角信息以获得气隙磁场的正确位置。这个新估计出来的角度用于转变过程这样d-轴电机电流和气隙磁场完全一致，可以实现高性能转矩控制即使是在停止的条件下。显然和直接场定向控制相比是一个重大的优势。然而，电机转差率和偏离角的计算需要有关转子参数的信息，而这些参数对温度和其他操作条件十分敏感。在较高容量的电机中这一敏感性更加明显。在较高速的情况下，间接场定向控制方法中供微处理器计算转差率和偏离角用的编码器分辨率和计算时间是主要的限制因素。这种局限在直接场定向控制方法中和同时采用这两种类型的控制方法中是不存在的—停止和低速范围下间接场定向控制和高速范围内直接场定向控制是一种经典的现代控制方法，鉴于现在的微处理器具有足够的鲁棒性来进行两种方法的计算并且可以根据基于电机速度的可设置的状态标志位来决定从一种算法转到另一种算法。图3

所示为两种类型控制的典型控制原理图和坐标变换的概念。2.3高性能交流电机驱动器—测器

控制

在上述讨论的控制方案中及图3所示，编码器反馈构成不可或缺的一部分。不幸的是，在很多工业应用中，害怕任何一根传载编码器信号的信号线中断或者编码器本身可能由于电机所处的高温和潮湿等恶劣环境而无法操作。

在其他情况下，轴上编码器的安装可能会花销很大，而用户可能无法承担，在任何一种情况下，都有必要不使用编码器就由交流电机实现高性能。

上述这种情况导致一种被称作测器控制器的新型控制器的出现。一些驱动器制造商把这种控制器称作―开环控制器‖。具有执行实时高密集性计算能力的复杂微处理器的出现使得这个领域的研究非常有趣和具有挑战性。许多研究人员致力于这一课题并且它也成为一个许多主要电机驱动器制造商的重要研发课题。目前有两种日趋流行的方法。他们是：a.通过给电机注入高频信号来显示由定子结构中的齿和槽所决定的特性，这样电机本体就被用作传感器。b.基于机器模型的流量观测器随电机温度的改变更新数据。在后一种情况下，无法进行零输

入频率操作，然而能确定转子位置的凸极电机的开发已经被证实能够控制零输入频率。

实际上，零轴转速胜任很多像拉丝机和顶部驱动器等高性能的应用场合，这些场合下当需要改变钻头的时候，钻头要被夹紧和放松。因此，用于直接转矩控制驱动器的流量观测器更加胜任这些场合。如果所使用的内部微处理器足够快能满足流量观测器的计算要求，其他采用标准PWM技术的流量观测器也可以胜任。很多研究人员已经着手此领域的工作，而且很多电机驱动器制造商提供了高级测器算法。

3电力拓扑学取得的进步

半导体技术的突飞猛进促进了更高开关频率的基于电压源逆变器（现在交流电机驱动器的主力军）的PWM 技术的出现。开关频率在10-kHz 到15-kHz的载体十分普遍。这十分有助于提高电压，电流，和转矩的可控性。同时有助于减少噪声。然而，高速切换的IGBT会增加高频泄漏电流，轴承电流和转轴电压。但这更加剧了电压反射问题带来的电机终端高压，尤其是当电机与驱动器之间的距离在20m 以上时。电力电子和交流电机驱动器领域的研究人员和工程师发现这个问题已经很久了，并且为此开发了很多工具，将这些工具放在电机与驱动器之间以解决类似的应用问题。

3.1三级中性点钳位逆变器

和在电机与驱动器间添加器件相比通过改变电力拓扑结构来较少上述问题是更明智的处理方法。安川公司是第一个提出在通用低压设备中采用三级驱动结构的驱动器制造商。安川公司所属的三级驱动器拓扑结构被称为三级中性点钳位逆变器。

三级中性点钳位逆变器是1980年由A. Nabae, I. Takahashi 和H. Akagi 首先提出并于1981年发表。在这个电路结构中，施加到开关设备上的电压是传统的两级逆变器（图2）的一半。由于这一特性，它被应用于中高压驱动器中。早期在欧洲和日本被应用于钢铁行业和铁路牵引机等领域。

除了处理高压的能力，NPC（中性点钳位）逆变器还有许多优点；较低的线电压和共模电压，一个载波周期内更频繁的电压阶跃，相同载波频率下输出电流中脉动成分更低。这些优点以及之前所说的施加到电机线圈和轴承上的电压较低，对相邻的设备噪声影响更小，使得其与传统的两级电机驱动器相比具有明显的优势。加上先进的PWM控制方案，使得采用双观测器方法来提高动态性能成为可能。

为了发挥上述优越特性，把通用脉宽调制NPC逆变器应用于低压驱动器设备。在此产品中，采用了一项特殊技术来平衡交流总线电容电压。这将在接下来的部分详细解释。

图4为NPC三级逆变器的电路图。每相有4个开关设备（IGBT）顺次串联起来，以U相为例，此电路按以下方式工作。

当IGBT 管和导通时输出电压U和电流总线的正向相连，当

IGBT 管和导通时输出电压U

与中性点O

相连，当IGBT 管

和

导通时输出电压U 与交流总线的负端相连。因此，输出电压有三个量值，而传统的两级拓扑结构只有两个量值。输出电压（相对于直流中性点的电压）与IGBT 的开关状态之间的关系

如表1所示。

需要串联直流总线电容以使得中点输出电压值为零。这并不是缺点，因为电压范围在400-480 V 时高压电解电容不可用，所以在通用逆变器中串联直流电容是很正常的

做法。

由逆变桥流入电容中点的电流是此拓扑结构的唯一的新问题，并且保持两电容间的电压平衡很重要，这要影响到此控制方案。

为了描绘输出电压的波形，设PWM 参考信号U,V

,W 依次为， = A sin (ωt)

(1)

= A sin (ωt –120°)

(2) =A sin(ωt–240°) (3) A 为调制指数。假设不采用三次谐波成分来提高直流线电压的使用。

输出电压的波形随着调制指数和相角改变。为了描绘输出电压的变化，取A 为1.0即采用全电压控制，并使U 相相角为75°。这种条件如图

5所示，相电压为：

= 1.0 sin 75° = 0.966

(4) = 1.0sin(75°–120°)= -0.707

(5) = 1.0sin(75°–240°

) = -0.259 (6)

对上述条件，一个周期被PWM 载波信号的相电压，线电压，共模电压波形如图6所示。

在图6中，Tc 为载波信号的周期。线电

压

定义如下， =

(7)

它是实际施加到电机终端的电压。

共模电压定义如下：

= (

+

+

) / 3 (8)

共模电压影响泄漏电流，转轴电压

和承载电流。

测量的两项和三相逆变器线电压波形如图7所示。所测的共模电压比较如图

8

所示。

图7和图8是一个460V , 7.5kW 电

机驱动系统的波形。从图6到图8可以看出无论是线电压还是共模电压三相逆变器的要比两相逆变器的阶跃小。此外，在某些相角范围内三级逆变器的共模电压幅值要不两级逆变器的低。这些特征给驱动器的应用带来显著的好处。

3.2 三级逆变器的特点与优势

这部分比较两级逆变器与三级逆变器电机终端的冲击电压、泄漏电流、转轴电压和承载电流。 3.2.1 电流波形

首先，由于电压阶跃更小更频繁，

相同PWM 载波频率下三级逆变器的纹波电流成分较小。换句话说，和两级逆变器相比对于同样品质的电流载波频率可以低一些，这样可以减少IGBT 的开关损失。

3.2.2 电机终端的冲击电压

当逆变器与电机之间的电缆较长时，电机终端的电压要比逆变器一端高，这是由陡峭的暂态电压和电缆的分布电感电容引起的。电机终端出现的高电压可能损坏线圈的绝缘材料。电压高速率的变化也会产生线圈匝数之间电压分配不均匀的现象，这会影响绝缘材料的寿命。

由于三相逆变器的电压阶跃是两相逆变器的一半，所以其电机终端的

峰值电压也要低的多。图9中的波形是在把阶跃电压施加到L-C 振荡电路后电压可上摆到输入电压两倍这一概念的基础上得到的。在图9 (a)中，E 的超调量与原有的E 相加使得峰值达到2E 。在图9(b)中，电压跳变0.5E ，再与原有E

相加得到峰值电压为1.5E 。

图10所示为电缆长为100m 时测得的电机电压波形。这些波形清楚的表明峰值电压的不同。从图中也可以看到分布参数引起的高频振荡。

3.2.3 泄露电流

高速率的共模电压使得来自电缆导体和电机线圈的漏电流通过这些组分中的寄生电容流向大地。这个漏电流给逆变器附近的设备带来噪声问题。它和电磁干扰噪声等级有很大关系。

由于共模电压的的阶跃比较小，三级逆变器的漏电流比二级逆变器要小得多。

图11显示三级情况下漏电流峰值显著下降。测量是在460V , 7.5kW 的电机

100m 长电缆的情况下进行的。

3.2.4 转轴电压与轴承电流

有报道在转轴没有接地的情形下

逆变器驱动的电机的轴承发生损坏。这些问题是由共模电压和其尖峰所产生的转轴电压和轴承电流所引起的。

当电机转子随轴承经油脂薄膜绝缘后旋转时，在转子和机架之间存在着电容。这个电容由共模电压通过定子绕组与转子之间的电容充电。因此，

转轴电压的形状和共模电压很相似。转轴电压的尖峰使电流流过轴承的绝缘层。这会导致绝缘层分解和转轴电压的放电。 由于三级逆变器的共模电压的改变较小，使得其在转轴电压和轴承电流方面与两级逆变器相比具有显著优势。图12两级与三级逆变器转轴电压与轴承电流的测试结果。在这些测试中，在轴承和轴承盖之间加入了绝缘材料以便更利于轴承电流的观察。

尽管图12中显示三级逆变器的轴承电流相当小，但仍然很难估计轴承寿命的差异。实际上为了证实三级逆变器的优越性已经进行了很长一段时间的测试了。图13显示出使用三级拓扑结构轴承的寿命会更长。

在图13轴承寿命测试实验中考虑了极端条件包括温度，油脂类型和电机速度等。应该指出实际上正常的轴承寿命比此处显示的

要

长。

图14所示为一400V, 1.5kW的部件。此类部件从18.5kW到高达300KW 有标准的内置直流反应堆。这减小了输入正弦电流的失真。此外，此单元额外装配了一个整流桥以促进十二脉波的整流。这可以通过采用一个角角星隔离相移变压器来实现。使用十二脉波法可使输入电流畸变率降低12%左右。

3.3矩阵变流器

电压源型PWM逆变器已经被列为电机驱动系统的主要控制器。然而，这和前部分叙述的相关的输入方面，交流电源方面或输出方面以及电机方面都有关。两级逆变器的典型问题包括：

a.输入电流的高次谐波对电力系统有不利影响

b.大共模电流及电磁辐射对其他设备的影响

c. 电机终端的冲击电压潜在着使绝缘失效的可能

d.由于转轴电压和轴承电流导致的电机轴承过早损坏

尽管在输入输出的处理上有了各种各样的进步但电压源型逆变器还是引起了电网污染，所以仍然需要一种较简单的不需要外围设备就能处理输入输出电网污染问题的变流器。这样的驱动器将会是可以实现与环境和谐友好的系统。有希望实现这一目标的变流器的拓扑结构是矩阵变流器。

矩阵变流器（MC）是一个直接频率转换设备（AC –Ac变流器），可以直接利用交流电网中的电压产生不同幅值不同频率的输出电压。它是完全可再生的并且具有整功率因数的正弦输入电流。图

15为矩阵变流器的基本拓扑结构。

矩阵变流器的概念首先由V enturini提出。此后，它一直是备受关注的一个拓扑结构。缺乏低成本高性能的半导体器件制约了整个拓扑结构的采纳。由于最近的发展，它逐渐成为非常可行的产品。安川公司是把这种产品商业化的首批公司之一。三相MC 由双向开关组成，这可以做到输入电流和输出电流的PWM控制。它不需要典型电压源型逆变器中的中间直流连接和相关的大电容性滤波器。

在实际应用中，理解开关之间的切换程序十分重要。两开关之间的换流

应该遵循以下两个约束条件：a.避免输

入线短路；b.避免输出开路。

一些遵循以上两个约束条件的多步换流方案被提出。四步换流技术或许是最流行最广泛使用的方法。然而，在所有的技术中，施加的选通信号和实际的双向开关的闭合与断开是不同的，因为每个开关的实际闭合与断开时间是受输出电流的方向和输入电压的幅值所影响的。这样，在换流序列期间，矩阵变流器的输出电压可能出现不期望的失真，这与传统电压源逆变器的上下两开关之间的死区时间引起的电压失真相似。许多研究人员致力于此课题，并提出多种多样的可靠的软硬件应用技术。在所有技术中，唯一可能解决低速情况下的失真问题就是采用一些补偿手段来调节由于换流延误所造成的输出电压的损失。

矩阵变流器的输入是交流电压源，然而其负载是感性电动机，其本质是感性的。由于输入感性负载的电流从一相变为另一相，就可能对输入交流电源产生干扰。为了防止其发生，在矩阵变流器的输入端采用交流电容器，它能够吸收开关脉动电流成分。为了防止外部电源的谐波耦合到输入电容器中，使用了电感器，形成低通输入滤波器。输入LC 滤波器被选择过滤掉矩阵变流器的载波频率成分。矩阵变流器和输入低通LC滤波器产生正弦输入交流电流。低通输入LC滤波器提供了稳定的中性点并且进一步促进滤波器的集成。表2

列出了矩阵变流器与两级电压源型逆变器相比的优点。

矩阵变流器输出相电压有三级，因为它是由三个可用输入相电压构成的。由于输出电压等级要经过三个可用输入电压中的中间电压，输出电压和共模电压的阶跃变化通常要比传统的电压源型PWM逆变器低。由于矩阵变流器得共模电压波形阶跃较小，使其自身比较容易滤波。

图16是矩阵变流器和传统两级逆变器中的共模电压的比较。矩阵变流器中的共模电压较低，所以共模电流、转轴电压和轴承电流也较小。因此矩阵变流器的拓扑结构本身使其更易于滤波。利用不同滤波器的集成以实现

低噪声、较低地电流和较高安全裕量的驱动器是本篇文章的推动力。

从矩阵变流器提供操作说明中，可以说矩阵变流器的性能与矩阵变流器

很相似。由于矩阵变流器是固有的可再生驱动器，所以把它和背靠背型的三级电压源型逆变器相比是合理的。突出的比较特点：

1.矩阵变流器使用9个相反的大块半导体开关设备，而相比之下背靠背型的三级电压源型逆变器使用24个。

2. 矩阵变流器不需要滤波的直流总线电容和相应的软充电电路。

3.在背靠背型的电压源型逆变器中，输入相中的两相或三相总是连在一起的，这会在输入终端产生大幅值的开关频率成分。为了减少其对电力系统的影响，需要大滤波电感器和一些功率分频成分。在矩阵变流器中，既定的输入相或者和电机相连或者悬浮。所以需要衰减的开关频率的幅值成分很小，这样输入滤波器就小得多。

4. 由于没有直流总线电容所以矩阵变流器的控制原理图很复杂，是靠器械将电压源型变流器的前端PWM整流器和电机一侧的逆变器分开的。然而，最近控制理论的进步减轻了这一缺点的严重性。低噪声电机驱动系统所需的各种滤波器都可以很容易的集成到矩阵变流器中。图17为一个带有输入和输出配置的矩阵变流器。除了标准的输入低通LC滤波器以外，还有一个小尺寸的输入电磁干扰滤波器来降低电磁干扰。

输出部分包含普通滤波器（NMF）在电机终端提供正弦波输出电压波形。为了衰减共模电压和共模电流在输出端使用了共模滤波器。转轴电压（共模电压的仿造物）也减小了并有助于减小轴承电流。

图18为实际的环境友好型电力变流器——一个完整的系统，其中包括集成滤波器和矩阵变流器。带有集成滤波器的矩阵变流器的尺寸为：宽530mm，高700mm ，深290mm.等价的具有相似集成滤波器的背靠背式电压源型变流器将比矩阵变流器的体积大出37% 。

3.4中压矩阵变流器

矩阵变流器的一个有趣的应用就是它在中压设备上的应用。矩阵变流器可以以单元为单位产生合适的

电

压。通过适当改变每个单元载体的相角并把它们与电机线圈整合到一起，

就能实现多步中压等级。通过保证足

够高的载波频率，相移载体的电压波

形几乎是正弦输出。安川公司的工程师已经开发出一种比较流行的类似方法。原理图和矢量图在图19中可见。中压矩阵变流器的特点是：

? 四象限操作

? 由于输入变压器的多级相位调

整线圈，输入电流波形非常好 ? 灵活的设计：

O 三个串联的单元产生

3.3kv ,200到3,000kVA 的系统

O 六个串联的单元产生

6.6kv ,200到6,000kVA 的系统

? 通过相移载频可实现多级配置

所以

输出电压波形非常好

4 电机驱动器的前景

电力半导体工业的发展进步始于二十世纪六十年代，其发展直接影响到了电机驱动器行业的发展。沿着这条直接的纽带，可以说正在进行中的新型开关半导体装置（如砷化镓、碳化硅、氮化镓等）的研究和实验将很快主宰电机驱动器行业。将实现更高的开关频率和更小的电能损失。冷却系统的主要改变有希望彻底改变电机驱动器行业。

4.1 碳化硅(SiC)设备的优势与挑战

碳化硅设备可以在超高温环境下工作不用考虑像传统的硅设备的损失和性能下降。碳化硅可以轻易的在150摄氏度甚至更高的温度下工作。有些研究人员已经尝试了250摄氏度。更高的操作温度明显减少了冷却系统的体积和成本。碳化硅市场的另一参与者是功率因数调整设备行业。大部分电器配件使用电源和碳化硅设备，由于它能够在高频高温下工作整体效率显著提高，而且冷却系统显著减小。高频操作意味着和开关作用的无源元件更小。开关电源变压器的尺寸变小并且整个设备的成本降低。

尽管碳化硅设备提供了很多优势，但仍有一些需要解决的问题。首先就是成本问题。无缺陷产量所占比重很低而且以碳化硅肖特基二极管为例材料成本本身就占整个产品的75% .这和传统的硅材料设备十分不同，传统的硅材料设备中材料成本占整个商品成本的10% 到20% 左右。另一个需

要解决的难题就是做成稳定的氧化

层。这一点制约其不能用作可控开关。MOSFET 和IGBT需要这样的氧化层来控制大部分晶体管。由于存在着和氧化层相关的制造问题，所以碳化硅材料的IGBT或MOSFET还在开发中。然而，JFET和BJT不需要此氧化层，所以有些制造商正在计划推出碳化硅型JFET和BJT。碳化硅电力BJT可以实现典型的20倍放大系数。

4.2氮化镓(GaN)设备的优势与挑战

氮化镓设备可以承受高压而不会退化。这些设备可以开合高频高压所以其在电力系统工程和大功率电机驱动器中应用越来越多。氮化镓最近被植入硅晶片中，有4‖ 型和6‖型。这是一项卓越的改进因为它减少了瑕疵品并且使其在电力电子中得到广泛应用。基于氮化镓设备的功率密度一般为硅设备的6倍甚至更高，把它利用在大功率开关设备上很有前景。氮化镓设备也能在高温下工作。因此，研究人员普遍主张氮化镓设备可能更适合高压大功率场合——这给发电和配电行业保留了希望。氮化镓设备成本估计不会比现行的硅电力设备高，这是氮化硅设备的一个优势。然而，现在还太早不能验证此类设备如何适用到电力电子和电机驱动器上。异质结构的氮化镓FET正在开发阶段但主要是为无线电行业使用。可能还要过几年才能研究出在电机驱动器上使用的细节。

尽管碳化硅和氮化镓设备都能在高温高频下工作，但不要忘了这些设备的开关辅助电路也必须能在高温环境下工作。因此，还需处理这些领域的问题。

4.3永磁电机驱动器

永磁（PM）电机在电梯和水泵等工业场合越来越流行。住宅市场将很快在抽水泵，井水，和高压交流电中采用电机驱动器。所有这些场合永磁电机都适用。这些场合中许多都不需要严格的位置控制，也不需要向伺服那样的高性能。在住宅和其他不精确的应用场合采用这些电机的主要目的是减小尺寸和提高效率。大部分场合需要测器控制能力。包括安川公司在内的驱动器制造商已经推出能在开环情况下控制永磁电机的产品。为了达到可接受的性能，需要精确的掌握一些电机参数。在缺少这些信息的情况下，驱动器需要装配自动调整装置，以精确的确定所需的d 轴和q 轴电感值和电机阻抗等。鉴于通用性驱动器现在采用的微处理器有所改善，这项任务相对简单了。然而，挑战在于不采用高端处理器就解决这些问题。

高性能的具有编码器的永磁电机驱动器能很容易做到如果同性能的无编码器的驱动器能实现。IPM（嵌入式永磁）电机更适于测器控制。在2006年4月一个由安川公司设计的测器控制的IPM电机驱动的交通机器人在在北九州国际机场使用。此电机为满足机器人的应用需求而细心设计使其更易于基于凸极的测器控制（无传感器控制）。当机器人的速度从零到最大值变化时，许多轮电机的速度和位置是由驱动器放大器和一个信号动作控制器控制的。有两种机器人，一种是两轮差分驱动，另一种是全方位驱动，

被用来运输人和货物。机器人中使用的无传感器技术向电机中注入高频信号以检测电机内部磁极的位置然后跟踪磁极旋转。此项应用目的是为了帮助机场和超市的治安保卫人员，并能协助机场范围内的包裹运输。图20为这样的两轮运货车的照片，轮子内的实际电机如图21所示。在九州国际机场试用时，两轮差分驱动型是由人驾驶的，全方位驱动型在一个距离25米的轨道上自动控制。机器人（后者）的绝对位置可以由激光范围探测器更

正，这是在考虑了运载货物需要精确位置信息而且轮胎又会在抛光面上打

滑这一情况之后改进的。

4.4 线性电机

高效晶圆传输技术是不断增长的半导体制造业实现更高生产能力的关

键。能减少灰尘污染风险的自动晶圆处理系统总是采用线性电机。现代半导体制造机器很大并需要相对较长冲程的线性电机以完成高效晶圆运输。高效晶圆运输技术对提高生产能力很重要。

有两种类型的永磁同步线性电机，动磁式类型和动圈式类型。动磁式类型（MM ）的磁场在移动而动圈式类型（MC ）线圈在移动。在动磁式类型中，线圈中的损耗随着冲程的增长而增加，因此不适于长途运输场合。另一方面，在动圈式类型线性电机系统中，需要大量的高价磁极沿整个冲程长度的导轨分布，这使得系统造价十分昂贵。

最近，动磁式类型线性电机驱动系统在长冲程领域的应用有了一些发展。在发展中，整个机体被分割成许多小部分。每一部分由一个独立的伺服放大器来驱动。在这个结构中，线圈中的损失减少，因为仅有需要推力那部分需要通电。然而，由于需要很多专用的伺服放大器，所以系统很昂贵。此外，还需要有一个全局控制器来协调处理不同部分的激励，因此使系统复杂贵重。

安川公司的工程师发明了一种新奇的方法：在配有用于旋转电机的电线圈变换的前提下把动磁式类型线性电机应用于长冲程场合如图22和图23

所示。

安川公司采用了分段核心结构及其他结构以制造高性能的伺服电机。和传统绕线结构相比这改善了线圈密

度提高了空间利用率。进一步，铷铁硼(Ni-Fe-B)高性能磁极的使用使体积和尺寸减小了25%而

且转矩也提高

了。

伺服电机和驱动器的前景都十分

明朗。然而，这和更高性能的稀土元素磁材料息息相关，要求新材料能在耐温条件下性能不下降。这些稀土元素磁材料的成本很重要而且通常随着使用量的增加成本会下降的。较大功率电机通常采用IPM （嵌入式永磁）结构因为它与SPM （表贴永磁）结构相比机械稳定性更高。上达400kW 的IPM 电机已经开发出来和测试过了。这些主要应用于风能设备和其他高功率抽运场合。

4.5 可再生能源与电力电子

当把电力电子运用于风力涡轮机时其在机械能到可用电能的有效转换中起着重要的作用。风力涡轮机技术的进步使风能可能替代传统的煤矿与水能。但它仍比煤能和水能贵。通过

把过个风力涡轮机连接到电网上可以实现大规模生产效率。这样的设施被称为风力发电厂并由于对环境友好型能源的迫切需求而日趋流行。

矩阵变流器可能是风力涡轮机的理想驱动器。可能用永磁电机作为主发电机，它把电能输送给矩阵变流器，通过其变压后几乎无谐波失真地把能量引回电网。像之前提到的那样，可以使用大功率永磁电机并把它与矩阵变流器连接后介入电网。

由于风力涡轮机并不被认作应急电源，所以在矩阵变流器涡轮机系统中不需要像连有直流大电容的PWM 逆变器那样具有不间断运行能力。这样系统的速度范围通常也不必很宽。由于风是阵阵吹过，所以通常20%的速度变化范围就足以满足最大能量获取要求和防止扰动。较低功率下的永磁与矩阵变流器结合也是可能的应该慎重考虑。可能的安排如图

24所示。可能需要一个变压器来连到电网。

对于兆瓦级涡轮机，矩阵变流器可用于双馈感应电机的转子回路中。这使得低功率的矩阵变流器被用于处理大量的风能。对此应用场合三级逆变器也是一个不错的候选者。

5 结论

在这篇文章中，陈述了电机驱动器行业的现状。并没有包括电机驱动器行业的所有方面因为这个问题涉及面

太广太宽泛无法全面覆盖。广义的讨论了突出的产品及其特点。文中强调如果找到了电能到机械运动转换的有效手段就可能有办法减轻我们的能源依赖性。反过来，通过在风力涡轮机中使用电力电子器件来把机械能转换成电能的有效手段是另一个人类能够获益的领域。

对当前工程师的挑战和对未来工程师的动力在于发展技术，拓扑结构和空着方法，这会带来更高效的转换过程，无论是由电能到机械能还是相反的过程。

6参考文献

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武汉测绘大学出版社，1998. [2] 王永. ―反电势法‖无刷直流电机

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电动机及其位置控制系统的研究

[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学，

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[4] 于彭波. 无刷直流电机的发展与

应用. 才智，2008：214-267. [5] 周意成，朱平平，张相军等．无

位置传感器的方波无刷直流电机

压缩机负载的控制．电气自动化，

2000(3)：16-19.

电动机技术发展及现状、工作原理、电动机的运行维护大学论文

绪论 近几十年来，随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，中、小功率电动机在工农业生产及人们的日常生活中都有极其广泛的的应用。特别是乡镇企业及家用电器的迅速，更需要大量的中小功率电动机。由于这种电动机的发展及广泛的应用，它的使用、保养和维护工作也越来越重要。本文主要介绍了电动机技术发展及现状、工作原理、电动机的运行维护。 关键词：机电一体化电动机机械技术微电子技术

第一章我国发展机电一体化面临的形式以及对策第一章机电一体化技术发展历程及其趋势 自电子技术一问世,电子技术与机械技术的结合就开始了,只是出现了半导体集成电路,尤其是出现了以微处理器为代表的大规模集成 电路以后,"机电一体化"技术之后有了明显进展,引起了人们的广泛注意. “机电一体化”这个词是日本安川电机公司在上世纪60年代末作商业注册时最先创用的。当时及70年代，人们一直把机电一体化看作是机械与电子的结合。国内早期将“机电一体化技术”与“机械电子学”并用，近年来“机电一体化”更流行使用。 80年代，信息技术崭露头角。微处理机的性能提高，为更高级的机电一体化产品所采用，典型的机电一体化产品如数控机床、工业机器人和汽车的电子控制系统等。微机作为关键技术引入了飞行器系统后，使机械-电子系统在高度控制、排气控制、振动控制和保险气袋等方面获得广泛应用。 关于“机电一体化”这个名词的起源，说法很多。早在1971年，日本“机械设计”杂志副刊就提出了“Electronics”这一名词，从图47.6-1可见它是融合机械技术、电子技术、信息技术等多种技术为一体的新兴的技术。采用机电一体化技术设计和制造出的产品，称之为机电一体化产品。

电动汽车用驱动电机系统的现状及发展趋势

电动汽车用驱动电机系统的现状及发展趋势 中国汽车技术研究中心窦汝振李磊宋建锋 摘要：介绍了我国电动汽车用驱动电机系统的研发现状,以及车用系统与普通工业用系统间的差异,指出了发展趋势。 1 引言 我国汽车工业的发展面临着来自能源安全、环境保护和气候变化等可持续发展要求的多重挑战。随着近几年汽车保有量的快速增加，汽车能源消耗增长呈现加速趋势，进一步加剧了我国石油供需矛盾。在当前石油资源日益紧张，价格不断攀升的国际形势下，发展电动汽车特别是混合动力汽车是缓解我国石油资源短缺现状的有效途径，也是增强我国汽车工业核心竞争力的重大战略举措。 经过“八五”、“九五”规划的实施，特别是“十五”国家863电动汽车重大专项,我国已实现了官、产、学、研的资源整合,具有了电动汽车用驱动电机系统自主研发能力。在国家“三纵三横”总体布局中(如附图所示),驱动电机及其控制系统被列为“三横”中的共性技术之一。 附图国家“十五”电动汽车重大专项布局示意 2 电动汽车用驱动电机系统的特点及分类 电动汽车对驱动电机系统的要求至少包括： （1）基速以下输出大转矩，以适应车辆的启动、加速、负荷爬坡、频繁起停等复杂工况； （2）基速以上为恒功率运行，以适应最高车速、超车等要求； （3）全转速运行范围内的效率最优化，以提高车辆的续驶里程； （4）结构坚固、体积小、重量轻、良好的环境适应性和高可靠性； （5）低成本及大批量生产能力。 电动汽车最早采用了直流电机系统,特点是成本低、控制简单,但重量大,需要定期维护。随电力电子技术、自动控制技术、计算机控制技术的发展,包括异步电机及永磁电机在内的交流电机系统体现出比直流电机系统更加优越的性能,目前已逐步取代了直流电机控制系统。特别是借助于设计方法、开发工具及永磁材料的不断进步,用于驱动的永磁同步电动机得到了飞速发展。 电动汽车中常用的交流电机主要有异步、永磁、开关磁阻三大类型，其特点如表1所示。

电机驱动技术的发展现状与前景展望

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程学术报告 课程名称：电机与电器学科最新发展动态设计题目：电机驱动技术的发展现状及前 景展望 姓名：王胤燊 学号：11S006014 指导教师：梁维燕院士邹继斌教授 杨贵杰教授翟国富教授时间：2012.7.10 哈尔滨工业大学

电机驱动技术的发展现状及前景展望 王胤燊 （哈尔滨工业大学电气工程系，黑龙江哈尔滨150001） 摘要：一个多世纪以前电动机的发明使其成为工业革命以后的主要驱动力之一。它在各种机械运动中的广泛应用使生活变得简单并最终推动了人类的进步。逆变器的出现推动了交流电机速度和转矩控制的发展，这使得电机在仅仅30年就应用到了不可思议的领域。功率半导体元件和数字控制技术的进步使得电机驱动具有了鲁棒性并且能够实现高精度的位置和速度控制。交流驱动技术的应用也带来了能源节约和系统效率的提高。这篇文章回顾了交流电机逆变技术的发展和应用中所起的作用，并介绍了电机驱动技术的发展前景。未来更有效更强劲的电机驱动技术的发展对于实现不污染电网系统和提高生产力这样的节能环保型驱动很重要。 PRESENT STATE AND A FUTURISTIC VISION OF MOTOR DRIVE TECHNOLOGY W ANG Yinshen, (Dept of Electrical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China) Abstract：One of the main driving force behind the industrial revolution was the invention of the electric motor more than a century ago. Its widespread use for all kinds of mechanical motion has made life simple and has ultimately aided the advancement of human kind. The advent of the inverter that facilitated speed and torque control of AC motors has propelled the use of electric motor to new realms that was inconceivable just a mere 30years ago. Advances in power semiconductors along with digital controls have enabled realization of motor drives that are robust and can control position and speed to a high degree of precision. Use of AC motor drives has also resulted in energy savings and improved system efficiency. This paper introduces some futuristic vision for the motor drive technology. The development of more efficient, more powerful electric motor drives to power the demands of the future is important for achieving energy savings, environmentally harmonious drives that do not pollute the electrical power system, and improving productivity. 1引言 电机本体及其控制技术在近几年取得相当大的进步。这要归功于半导体技术的空前发展带来的电力电子学领域的显著进步。电机驱动产业发展的利处已经触及各种各样的设备，从大型工业设备像钢铁制造厂、造纸厂的轧钢机等，到机床和半导体制造机中使用的机电一体化设备。交流电机控制器包括异步电机控制器和永磁电机控制器，这两者在电机驱动业的全过程中起着关键性作用。图1所示为电流逆变器（异步电机控制器）和交

我国驱动电机类型及其发展现状

我国驱动电机类型及其发展现状 1.驱动电机类型及其发展 驱动电机是电动汽车的关键部件，直接影响整车的动力性及经济性。驱动电机主要包括直流电机和交流电机。目前电动汽车广泛使用交流电机，主要包括：异步电机、开关磁阻电机和永磁电机（包括无刷直流电机和永磁同步电机）。各类型电机主要特点见表1. 车用电机的发展趋势如下：（1）电机本体永磁化：永磁电机具有高转矩密度、高功率密度、高效率、高可靠性等优点。我国具有世界最为丰富的稀土资源，因此高性能永磁电机是我国车用驱动电机的重要发展方向。 （2）电机控制数字化：专用芯片及数字信号处理器的出现，促进了电机控制器的数字化，提高了电机系统的控制精度，有效减小了系统体积。 （3）电机系统集成化：通过机电集成（电机与发动机集成或电机与变速箱集成）和控制器集成，有利于减小驱动系统的重量和体积，可有效降低系统制造成本。 2.国外发展情况根据国外资料介绍 近年来美、欧开发的电动客车多采用交流异步电机，国外典型产品技术参数请见表 2.为了降低车重，电机壳体大多采用铸铝材料，电机恒功率范围较宽，最高转速可达基速的2～2.5倍。 日本近年来问世的电动汽车大多采用永磁同步电机。产品功率等级覆盖3～123kW，电机恒功率范围很宽，最高转速可达基速的5倍。日本近几年开发的电动汽车驱动电机概况见表3. 3.我国发展现状 （1）交流异步电机驱动系统我国已建立了具有自主知识产权异步电机驱动系统的开发平台，形成了小批量生产的开发、制造、试验及服务体系；产品性能基本满足整车需求，大功率异步电机系统已广泛应用于各类电动客车；通过示范运行和小规模市场化应用，产品可靠性得到了初步验证。 （2）开关磁阻电机驱动系统已形成优化设计和自主研发能力，通过合理设计电机结构、改进控制技术，产品性能基本满足整车需求；部分公司已具备年产2000套的生产能力，能满足小批量配套需求，目前部分产品已配套整车示范运行，效果良好。 （3）无刷直流电机驱动系统国内企业通过合理设计及改进控制技术，有效提高了无刷直流电机产品性能，基本满足电动汽车需求；已初步具有机电一体化设计能力。 （4）永磁同步电机驱动系统已形成了一定的研发和生产能力，开发了不同系列产品，可应用于各类电动汽车；产品部分技术指标接近国际先进水平，但总体水平与国外仍有一定差距；基本具备永磁同步电机集成化设计能力；多数公司仍处于小规模试制生产，少数公司已投资建立车用驱动电机系统专用生产线。 （5）永磁电机材料永磁电机的主要材料有钕铁硼磁钢、硅钢等。部分公司掌握了电机转子磁体先装配后充磁的整体充磁技术。国内研制的钕铁硼永磁体最高工作温度可达280℃，但技术水平仍与德国和日本有较大差距。 硅钢是制造电机铁芯的重要磁性材料，其成本占电机本体的20%左右，其厚度对铁耗有较大影响，日本已生产出0.27mm硅钢片用于车用电机，我国仅开发出0.35mm硅钢片。 （6）电机控制器关键部件电机控制器用位置／转速传感器多为旋转变压器，目前基本采用进口产品，我国部分公司已具备旋转变压器的研发生产能力，但产品精度、可靠性与国外仍有差距。IGBT基本依赖进口，价格昂贵，国产车用IGBT尚处于研究阶段。 4.我国驱动电机及其控制器存在的主要问题 （1）电机原材料、控制器核心部件研发能力较弱，依赖进口，如硅钢片、电机高速轴承、位置／转速传感器、IGBT模块等。进口产品成本高，影响电机系统产业化。 （2）我国车用电机的机电集成水平与国外差距较大。控制器集成度较低，体积、重量相对偏大。 （3）我国车用电机系统尚处于起步阶段，制造工艺水平落后，缺乏自动化生产线，造成产品可靠性、

新能源汽车驱动电机发展趋势【干货】

新能源汽车驱动电机发展趋势【干货】

新能源汽车驱动电机发展趋势 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 随着全球汽车电动化渗透率的不断提高，驱动电机行业将会迎来整体规模的迅速扩张。在这一过程当中，具备规模效应和技术优势的第三方电机制造商将有机会迅速扩大市场份额，收获业绩的大幅增长。 全球驱动电机市场趋势 根据估测，随着全球汽车电动化快速推进，新能源汽车电机系统市场将随之快速扩张，市场规模有望从2015年的$23亿增长到2030年的$318亿。 新能源汽车电机系统主要包括电动机和逆变器两部分，虽然同其他大部分汽车零部件一样，这两部分部件长期都面临降价压力，但是由于新能源汽车总量的上升，行业总体还是具备较大上升空间。我们预期到2030年市场规模年均增速将在18%-20%左右。

系统单价方面，电机系统整体往高功率方向发展的同时也带来了装配价格的提升。 根据估测，在中性假设条件下，2030年电动车销量将达到2000万台，约占当年乘用车总销量的16%-18%。然而，如果放到乐观情景下，即电池价格大幅下滑，且环保政策更加严厉的条件下，电动车销量增长的速度有可能大幅上升，我们预期在乐观情况下新能源汽车年销总量有可能达到3000万台的水平，约占当年汽车销量的25%-27%。 预计单电机混动车的功率需求大约在30kw左右(平均价格约$200-$300)，双电机插电混功率约为50-100kw(平均价格$800-$1000)，纯电动车的电机功率约为200kw(平均价格$1000-$1500)。 电动机市场情况

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新能源汽车驱动电机发展趋势 容来源网络，由“机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在机械展. 随着全球汽车电动化渗透率的不断提高，驱动电机行业将会迎来整体规模的迅速扩。在这一过程当中，具备规模效应和技术优势的第三方电机制造商将有机会迅速扩大市场份额，收获业绩的大幅增长。 全球驱动电机市场趋势 根据估测，随着全球汽车电动化快速推进，新能源汽车电机系统市场将随之快速扩，市场规模有望从2015年的$23亿增长到2030年的$318亿。 新能源汽车电机系统主要包括电动机和逆变器两部分，虽然同其他大部分汽车零部件一样，这两部分部件长期都面临降价压力，但是由于新能源汽车总量的上升，行业总体还是具备较大上升空间。我们预期到2030年市场规模年均增速将在18%-20%左右。 系统单价方面，电机系统整体往高功率方向发展的同时也带来了装配价格的提升。

根据估测，在中性假设条件下，2030年电动车销量将达到2000万台，约占当年乘用车总销量的16%-18%。然而，如果放到乐观情景下，即电池价格大幅下滑，且环保政策更加严厉的条件下，电动车销量增长的速度有可能大幅上升，我们预期在乐观情况下新能源汽车年销总量有可能达到3000万台的水平，约占当年汽车销量的25%-27%。 预计单电机混动车的功率需求大约在30kw左右(平均价格约$200-$300)，双电机插电混功率约为50-100kw(平均价格$800-$1000)，纯电动车的电机功率约为200kw(平均价格$1000-$1500)。 电动机市场情况 我们预计到2030年电动机(不包括逆变器)的销量年均增速将达到18%，到2030年行业整体销量达到$195亿，相较2015年$12亿的水平扩展近17倍。

电动机技术发展及现状、工作原理、电动机的运行维护

机电一体化毕业论文

摘要 作为机电系的一名学生，将来工作学习都会以机电为主，所以必须掌握好各种机电的专业知识。我会本着认真的态度对待专业课的学习，提高自己的专业素养.接下来我将介绍一下我对电动机发展史的认识 关键词：机电一体化电动机机械技术微电子技术

目录 绪论 --------------------------------------------------------------4 第一章我国发展机电一体化面临的形式以及对策----------------------5 一、机电一体化技术发展历程及其趋势------------------------5 二、典型机电一体化产--------------------------------------7 三、我国发展“机电一体化”面临的形式和任务----------------7 四、我国发展“机电一体化”的对策--------------------------9 第二章电动机的发展及工作原理------------------------------------11 一、电动机技术发展及现状----------------------------------11 二、电动机工作原理----------------------------------------12 三、电动机的维护------------------------------------------13. 四、结论--------------------------------------------------16 致谢---------------------------------------------------------------17 参考文献-----------------------------------------------------------18

步进电机驱动器的技术发展

将“电机固有步距角”细分成若干小步的驱动方法，称为细分驱动，细分是通过驱动器精确控制步进电机的相电流实现的，与电机本身无关。其原理是，让定子通电相电流并不一次升到位，而断电相电流并不一次降为0(绕组电流波形不再是近似方波，而是N级近似阶梯波)，则定子绕组电流所产生的磁场合力，会使转子有N个新的平衡位置(形成N个步距角)。 最新技术发展： 国内外对细分驱动技术的研究十分活跃，高性能的细分驱动电路，可以细分到上千甚至任意细分。目前已经能够做到通过复杂的计算使细分后的步距角均匀一致，大大提高了步进电机的脉冲分辨率，减小或消除了震荡、噪声和转矩波动，使步进电机更具有“类伺服”特性。 采用细分技术与步进电机精度提高的关系：步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术，其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动，提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。 步电机系统解决方案

细分后电机运转时对每一个脉冲的分辨率提高了，但运转精度能 否达到或接近脉冲分辨率还取决于细分驱动器的细分电流控制精度 等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大;细分数越大精度越难控制。 真正的细分对驱动器要有相当高的技术要求和工艺要求，成本亦会较高。国内有一些驱动器采用对电机相电流进行“平滑”处理来取代细分，属于“假细分”，“平滑”并不产生微步，会引起电机力矩的下降。真正的细分控制不但不会引起电机力矩的下降，相反，力矩会有所增加。 对实际步距角的作用：在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己对步距角的要求。如果使用细分驱动器，则用户只需在驱动器上改变细分数，就可以大幅度改变实际步距角，步进电机的‘相数’对改变实际步距角的作用几乎可以忽略不计。 深圳市维科特机电有限公司成立于2005年，是步进电机产品的销售、系统集成和应用方案提供商。我们和全球产品性价比高的生产 厂家合作，结合本公司专家团队多年的客户服务经验，给客户提供有 步电机系统解决方案

无刷直流电动机的发展现状

. .. 无刷直流电动机的发展现状 无刷直流电动机的发展现状：无刷电动机的诞生标志是1955年美国D．Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利。而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段，是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。之后，国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。20多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。 直流电动机以其优良的转矩特性在运动控制领域得到了广泛的应用，但普通的直流电动机由于需要机械换相和电刷，可靠性差，需要经常维护；换相时产生电磁干扰，噪声大，影响了直流电动机在控制系统中的进一步应用。为了克服机械换相带来的缺点，以电子换相取代机械换相的无刷电机应运而生。1955年美国D．Harrison等人首次申请了用晶体管换相电路代替机械电刷的专利，标志着现代无刷电动机的诞生。而电子换相的无刷直流电动机真正进入实用阶段，是在1978年的MAC经典无刷直流电动机及其驱动器的推出。之后，国际上对无刷直流电动机进行了深入的研究，先后研制成方波无刷电机和正弦波直流无刷电机。20多年以来，随着永磁新材料、微电子技术、自动控制技术以及电力电子技术特别是大功率开关器件的发展，无刷电动机得到了长足的发展。无刷直流电动机已经不是专指具有电子换相的直流电机，而是泛指具有有刷直流电动机外部特性的电子换相电机。 无刷直流电动机不仅保持了传统直流电动机良好的动、静态调速特性，且结构简单、运行可*、易于控制。其应用从最初的军事工业，向航空航天、医疗、信息、家电以及工业自动化领域迅速发展。 在结构上，与有刷直流电动机不同，无刷直流电动机的定子绕组作为电枢，励磁绕组由永磁材料所取代。按照流入电枢绕组的电流波形的不同，直流无刷电动机可分为方波直流电动机（BLDCM）和正弦波直流电动机（PMSM），BLDCM用电子换相取代了原直流电动机的机械换相，由永磁材料做转子，省去了电刷；而PMSM则是用永磁材料取代同步电动机转子中的励磁绕组，省去了励磁绕组、滑环和电刷。在相同的条件下，驱动电路要获得方波比较容易，且控制简单，因而BLDCM的应用较PMSM要广泛的多。 无刷直流电动机一般由电子换相电路、转子位置检测电路和电动机本体三部分组成，电子换相电路一般由控制部分和驱动部分组成，而对转子位置的检测一般用位置传感器来完成。工作时，控制器根据位置传感器测得的电机转子位置有序的触发驱动电路中的各个功率管，进行有序换流，以驱动直流电动机。

必看2018 年度电机驱动与电力关键技术发展趋势分析

必看2018 年度电机驱动与电力关键技术发展趋势分析 一、中国新能源汽车重大共性关键技术的主攻方向《申报指南》列出2018年中国新能源汽车技术的主攻方向包括:动力电池与电池管理系统,电机驱动与电力,电子、电动汽车智能化,燃料电池动力系统,插电/增程式混合动力系统,纯电动力系统。一共是6个方向,再细分24 个研究任务。笔者理解 ①企业与政府规划要保持一致，企业经营活动(含技术攻关)要在政府的顶层设计下开展。 ②企业2018年具体的新能源汽车研究(开发)项目必须在6个方向下、24个研究任务之中; ③企业具体技术研究和开发项目,理应与中央政府政府年度计划技术攻关项目对应起来。 二、2018 年度电机驱动与电力关键技术研究任务 1、商用车高可靠性车载电力电子集成系统开发 ①研究内容: 研究基于功率器件级集成的多变流器拓扑结构和绝缘栅双极型晶体管(ⅠGBT)芯片集成封装技术;研究机-电-热集成设计技术及电磁兼容技术;研究硬件安全冗余、软件容错等系统功能安全技术;研究集成电力电子控制器产品(简称PCU)的可靠性及测试方法。开发出适用于10~12 米纯电动、插电

式、增程式客车的PCU 产品。 ②考核指标:商用车电力电子集成控制器产品比功率≥ 10.0kV A/kg;控制器最高效率≥98%,效率大于90%的高效区≥80%,集成控制器电磁兼容性能(EMC)(带载)、可靠性和产品设计寿命满足整车要求,PCU 产品寿命≥8 年(以关键器件寿命设计文件与加速寿命验证测试报告作为验收依据);配套整车产品完成公告,并批量装车。 笔者解读 Ⅰ)功率器件级集成的多变流器拓扑结构和绝缘栅双极型晶体管(ⅠGBT)是核心竞争力技术和产品,是中国发展新能源汽车的短板。Ⅱ)适用于10~12 米纯电动、插电式、增程式客车的PCU 产品,是主攻方向。 Ⅲ)集成控制器电磁兼容性能(EMC)(带载)、可靠性和产品设计寿命满足整车要求,目前公交车整车生产企业急需这样的产品。 Ⅳ)中国发展新能源汽车必须要能自己研发和生产功率器件【绝缘栅双极型晶体管(ⅠGBT)】,否则,弯道超车就只是一个口号而已。 2、轿车高可靠性车载电力电子集成系统开发 ①研究内容:研究基于功率器件级集成的多变流器拓扑结构,开发机-电-热集成设计技术及电磁兼容技术;研发芯片集成封装技术及硬件安全冗余、软件容错等系统功能安全技术;研究

交流电机驱动技术

交流电机驱动技术 贝加莱工业自动化有限公司 何新峰 1. 目前交流电机一般数字控制系统的构成及各部分的功能介绍 交流电机的一般数字控制系统是指以工业计算机为核心，控制对象为各种交流电机的开环或闭环的控制系统。一般情况下为了提高交流电机的控制精度和动态特性我们均采用闭环控制的方式。 针对交流电机的不同类型，目前已经典型应用的控制系统有以下几种： 同步电机控制系统，异步电机控制系统，开关磁阻电机控制系统等。虽然不同的控制方式控制原理不同，但是系统的构成和各部分的功能基本一致。 1) 电源系统 电源系统是指将输入系统的动力电源转换成用于驱动交流电机的直流或交流电源，根据实际控制方式的不同，一般可以分为“交直交”电压源型逆变电路，“交直交”电流源型逆变电路，“交交”型变频电路以及泵电源电路等。图1是“交直交”电压源型电源系统的典型电路，如果将并联的滤波电容去掉，在直流侧串联一个大滤波电感则为“交直交”电流源型电路。 图1 2) 微处理器板 微处理器是用来实现交流电机各种数字控制算法的硬件平台。主要组成如下： a) CPU，通常根据系统的复杂程度选择通用单片机或专用的DSP芯片 b) RAM，ROM，EPROM，CPU外围驱动芯片组 c) 实时钟，通讯接口 d) 总线系统，用来连接主机板和各种外围系统支持板，接口板等。主要有STD总线， 工业PC总线，VME总线等 e) 在实时内核上运行的各种控制算法（U/F控制，矢量控制，直接转矩控制，无速度 传感器控制等）

3) 功率开关器件 功率开关器件通过根据来自微处理器板的控制信号控制大功率输出器件的关断和导通，来实现对交流电机的输出电流和电压的控制。根据控制方式的不同，其输出方式由方波输出逐渐发展到PWM输出或SPWM输出。开关器件也由原来的GTR，MOSFET，发展到IGBT，IPM等。参见下面的典型IGBT逆变输出电路。 图2 4) 接口和外围设备 接口和外围设备主要用来连接外部的输入装置和数字控制系统的各种数字量，模拟量等被控量的反馈信号。 a) 数字输入输出接口，主要分为并行输入输出接口扩展和串行输入输出接口扩展，主 要用来扩展系统外部存储器和数字量的输入输出。 b) 模拟量输入输出接口，主要分为数/模转换器和模/数转换器。来自微处理器的数字 量控制信号经过D/A转换成模拟量信号输出到外围控制部件，同样系统外部的各 种传感器信号（电压，电流，温度等）也经过A/D转换成数字量信号经过总线系 统传送到CPU中进行相应的控制。 c) 通信接口，主要分为并行通信和同步或异步串行通信。使用通信接口可以将多个处 理器系统连接起来实现故障诊断，软件监控，多台交流电机联动控制等功能。 d) 键盘与显示接口，用来实现人机交互。 5) 信号检测及处理 采用闭环控制的数字控制系统必须实时检测被控对象的各个参变量，然后反馈给主CPU。交流电机的主要检测物理量为，电机电枢温度，定子电流，电子电压，电机转速，电机位置等。 a) 电流检测主要采用采样电阻法，电流互感器法和霍尔元件检测法。 b) 电压检测主要采用电阻分压法，电压互感器法和霍尔传感器法 c) 温度检测主要采用热电阻和热开关继电器等元件 d) 电机位置和速度检测主要采用测速电机和位置编码器等反馈形式。其中位置编码器 可以根据实际使用的要求分别选用旋转编码器，光电编码器等多种类型。

简述电动机电气控制技术的现状与未来

简述电动机电气控制技术的现状与未来 电气控制技术的出现，是人类社会文明不断进步的体现。电气控制技术所包含的理论内容比较广泛，包括电气原理、自动化系统、网络技术等。随着科学技术的发展，电气控制技术也必将朝着越来越简单的方向发展，要想得到更加广泛的应用，那么操作系统就不能太过复杂。本文对相关技术的发展进行梳理，以期为今后的发展提供一些参考。 标签：电动机；电气控制；现状与未来 伴随着科学技术的更新和发展，为新工艺的出现提供了技术支持，继而为电气控制技术的进一步发展提供了有力的保障，特别是互联网的应用更加快了电气控制技术的发展。 一、电气控制技术的应用现状 采用一定的科学技术或手段，将电和气两个方面进行综合的技术就是电气控制技术。电气控制技术的研究对象主要是各种不同的电动机，通过一定的科学方法使得生产过程实现自动化。科学技术的不断发展，为电气控制技术的发展提供了源动力。目前，电气控制技术已经实现了自动化、智能化和信息化。但是，和国外的电气控制技术相比，我国的电气自动化技术发展水平相对较弱，特别是在电气智能技术的发展方面，尽管已经迈上了新台阶，但是电气智能水平还不够。 当然，在电气控制技术实际应用中，仍然会存在缺陷。正是存在这样的现实情况，我国要想突破电气控制技术的发展瓶颈，就必须学习国外先进技术。同时，对自身的工作理念进行创新，在总结经验和加强训练的过程中，及时发现问题、分析问题和解决问题。 二、电气控制技术的发展阶段 （一）手动操作发展到自动化操作 从电气控制手动化发展到自动化的过程，是电气控制技术发展的初始时期。电气控制从诞生开始经历了手动化、半自动化和自动化的过程，而且每个过程的转变都伴随着社会经济和科学技术的发展。在这一时期，电气控制技术的发展主要表现为控制手段和设备的自动化，并且这种改变给社会带来的变革是深刻的，不仅最大程度的释放了人力，还对人力资源的配置进行了不断优化。 （二）简单化发展到智能化 在电气控制技术的简单化阶段，要实现自动化仍然要依靠外在人力实施辅助作用，因而出现失误的次数大大增加。事实上，在手动操作的过程中，失误难以避免。为了减少失误，人们对更先进的电气控制技术进行了不懈研究，而电气控

主轴驱动系统和主轴电机发展趋势

主轴驱动系统和主轴电机发展趋势 050810133 李阳阳数控机床主轴驱动系统作为机床的最核心的关键部件之一，其输出性能对数控机床的整体水平是至关重要的。主轴驱动远不同于一般工业驱动，它不但要求较高的速度精度，动态刚度，而且要求连续输出的高转矩能力和非常宽的恒功率运行范围。目前，各主要机床生产厂家和研究单位纷纷把目光投向交流主轴驱动系统。随着功率电子，计算机技术，控制理论，新材料和电机设计的进一步发展和完善，矢量控制交流电机主轴驱动系统的性能已经达到甚至超过了直流主轴驱动系统。交流主轴驱动系统正在逐步取代直流系统。 1交流主轴驱动系统发展趋势 交流主轴驱动系统的逆变器一般基于矢量控制原理，采用正弦波宽调制方式，功率器件采用ICBT。根据电机类型可分为感应电机主轴驱动系统，永磁同步电机主轴驱动系统，开头磁阻电机主轴驱动系统。 1.1 感应电机交流主轴驱动系统 感应电机交流主轴驱动系统是当前商用主轴驱动系统的主流，其功率范围为从零点几个千瓦到几百千瓦，广泛应用于各种数控机床上。 感应主轴电机基速以上的放展运动范围可以通过弱磁控制实现。其恒功率运动范围可达1:5.如果采用最新的绕组切换技术，其恒功率运动范围可达1:14.甚至更宽。目前，感应主轴电机最高转速可达100000r/min以上。尽管感应主轴电机结构相对简单，但其变频控制器价格却较高。而采用了磁场定向控制技术的变频器能提供连续的转矩/速度调节能力，较高的精度，运行可行性和较低的运行费用，因而在一定程度上抵消了整个系统的初始高价格。 感应式主轴电机的控制无一例外地采用磁场定向技术。该技术又分为间接磁场定向和直接磁场定向两种实现方式，其中间接转子磁场定向控制技术由于较容易实现而被广为应用。它能提供较高的控制品质，但这种技术过分依赖于电机的参数，当参数变化时，控制性能将严重下降，遗憾的是，在电机运行过程中，转子时间常数可以在400%的范围以内变化，因此现代主轴控制器均采用辨识，估算和自整定技术对参数变化在线补偿。这项技术另一个难题是随着电机速度要求越来越高，在恒功率弱磁运行时，当转子磁场发生变化，而滑查增益无法动态补偿时，将引起磁通和转矩的振荡。近年来，随着自适应观测器和微处理器性能的提高，直接磁场定向控制技术在主轴驱动中有取代间接磁场定向之势。 1.2 永磁交流主轴驱动系统 永磁交流主轴电机分为正弦波驱动主轴电机和方波驱动直流主轴电机。此类主轴电机以转子无功耗，高效率和高功率/转矩密度著称。其低速运行时可获得更大的功率和转矩，因此在同步攻丝时的伺服锁定运行和快速定向方面有较大的优势。一般永磁主轴电机功率在10千瓦以下，速度低于8000r/min。但目前转速在20000-30000r/min之间，功率超过10千瓦的主轴电机已经在制造。永磁主轴电机在转子上不存在发热元件，显著提高了电机效率，同时高效铁硼材料的应用，使得永磁主轴电机在所有形式的交流主轴电机中具有最高的效率和最小的体积。ＰＭＳＭ和ＢＤＣＭ电机均可运行于高速范围。但调磁范围受到一定的限制，使得速度不能很高。在控制策略方面，ＰＭＳＭ电机的定子绕组经特殊绕制后将产生正弦反电势，当绕组通入正弦电流后，便可以获得恒定的转矩。但是磁场定

电机驱动技术期末复习题

一、单项选择题 （1）下列电机中实现电能传递功能的是（） A. 直流发电机 B. 直流电动机 C. 三相异步电动机 D. 变压器 （2）测速发电机属于那种类型的电机（） A. 直流发电机 B. 控制电机 C. 交流发电机 D. 变压器 （3）永磁式直流电机属于下面的那种类型（） A. 串励 B. 并励 C. 他励 D. 复励 （4）电动机启动转矩大，适用于牵引和起重，电动机转速随负载大小变化的波动小，且可以调节，可用于定速或调速之用。（） A. 他励、串励 B. 串励、并励 C. 串励、他励 D. 并励、串励 （5）当电动机在电枢电流的作用下旋转时，其电枢线圈会切割磁力线这一运动会在电枢中产生感生电动势，该电动势产生的电流方向及其大小分别与下列哪些量有关。（） A. 转向、转速 B. 外加电源方向、转速 C. 转速、外加电源方向 D. 转向、外加电源方向 （6）以下哪个不是直流电机的基本方程（） A. 电动势平衡 B. 能量系统的功率平衡 C. 机械系统转矩平衡 D. 能量平衡 （7）电力拖动系统拖动生产机械稳定运行时，电动机输出转矩的大小由下面的那个量决定。（） A. 功率大小 B. 负载大小 C. 转速大小 D. 功率和转速的大小 （8）以下关于直流电动机固有机械特性的描述错误的是（） A. 电磁转矩T越大，转速越低 B. 当T=0时，为理想空载转速，他励直流电机在一定条件下能超过理想空载转速 C. 斜率β小，特性线较陡，称为硬特性，β大，特性线较平称为软特性 D. 电机启动时n=0，启动转矩比额定转矩大 （9）当电机的电磁转矩和负载转矩满足条件时，以下描述正确的是（） A. 电机在负载与电磁转矩交点附近处于加速状态 B. 电机在负载与电磁转矩交点附近处于减速状态 C. 电机在负载与电磁转矩交点附近特性曲线具有下降趋势 D. 电机在负载与电磁转矩交点附近特性曲线具有下降趋势 （10）下面关于电机启动时，有关电流的说法错误的是（） A. 过大的启动电流I st对电网也会有很大冲击 B. 过大的T st会造成冲击易损坏传动机构 C. 过大的起动电流I st可能烧坏电枢 D. 应控制启动电流，使其小于额定电流 （11）下面有关功率的概念从大到小排列的是（） A. 从电磁功率、机械功率、附加损耗、机械损耗 B. 从电网吸收的功率、电磁功率、机械功率、机械损耗 C. 从电网吸收的功率、电磁功率、空载损耗、机械损耗 D. 机械功率、电磁功率、空载损耗、机械损耗 （12）直流他励电动机稳定运行时，电动机的电磁转矩与负载转矩相平衡指的是什么（） A. 电磁转矩与负载转矩大小不等、方向相同 B. 电磁转矩与负载转矩大小相同、方向相反 C. 电磁转矩与负载转矩大小相等、方向相反

学长福利——电动汽车电机驱动控制技术的研究现状与其发展趋势

编号：35 《电动汽车》课程论文 电动车电机驱动控制技术的研究现状及 其发展趋势 Study Status and DeveIopment Trend of EIectric VehicIe ControI TechnoIogy of Motor Driving 班级：车辆1103 姓名（及手机）：李朗 学号：1101504321 任课教师：郑建祥 2013年5月14号

电动车电机驱动控制技术的研究现状及其发 展趋势 摘要：当今世界上节能和环保日益受到重视，因此电动车技术的发展步伐正在加快。本文综合评述了电动车的关键技术—电机驱动技术，并对未来的发展趋势作了展望。 关键词：电动汽车；电机；驱动系统 Study Status and DeveIopment Trend of EIectric VehicIe ControI TechnoIogy of Motor Driving Abstract：The development of the technology for electric vehicle is speeding up，as more attentions have been paid to the world energy saving and environment protection.This article described the key technology to electric vehicle———the motor driving control system，and made a prospect for the future technology. Key words：electric vehicle；motor；driving

我国电机发展的历史与现状讲解

我国电机发展的历史与现状 摘要：本文首先讲述我国电机的历史，介绍电机的发展史，然后讲述我国电机的发展现状及现在中国电机的特点，最后着重讲述我国电机的发展趋势。 关键词：电机；历史；现状 一、我国电机的发展史 1、我国大功率电机的发展 中国电机的生产和应用起步很晚，但发展很快。 中国在文化大革命中已经生产和应用，例如江苏、浙江、北京、南京、四川都生产，而且都在各行业使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。中等耐压的大功率半导体器件也完全国产化。当时应用最多的是线切割机，都是快走丝的。线切割机的X-Y平台丝杆就用步进电动机驱动。当时的图纸是全国公开，给个晒蓝图的费用就行了。 随着改革开放政策方针的实施，80年代我国电机发展很迅速。 步进电机的细分控制，在改革开放初期，国内就已经基本掌握，这与交流电动机的矢量控制相比，难度要低得多。在卫星、雷达等应用场合，中国在文化大革命后期，就生产了力矩电机，就生产了环形力矩电机。 我国直线电机的研究和应用发展是从20世纪70年代初开始的。1972年，浙江大学在国内首先翻译了一本《直线感应电动机》译文集，后由科学出版社出版发行，尔后，上海大学、上海电机厂、中科院电工所等又编译了一些直线电机的书籍并出版，近两年来，浙江大学又连续出版了3本直线电机著作，国内开展直线电机应用研究的单位主要有：中科院电工所、西安交通大学、浙江大学、上海大学、太原工业大学、焦作矿业学院等。主要成果有工厂行车、电磁锤、冲压机、摩擦压力机、磁分选机、玻璃搅拌、拉伸机、送料机、粒子加速器、邮政分拣机、矿山运输系统、计算机磁盘定位系统、自动绘图仪、直线电机驱动遥控（电动）窗帘机、直线电机驱动门、炒茶机等，我国直线电机研究虽然也取得了一些成绩，但也国外相比，其推广应用方面尚存在很大差距，目前，国内不少研究单应已越来越注意到这点。 90年代至今，我国的大功率电机已在重工业上应用很广，技术相对成熟。 2、小功率电机的发展 我国小功率电机产业经过40多年的发展，特别是改革开放20多年以来的快速发展，取得了长足进步。 小功率电机产业在我国的发展分两个阶段。第一阶段，顺应我国家电业发展的需要，应用于风扇、空调器、冰箱、洗衣机、排油烟机、小家电、保健器具等产品的小功率电机，国内企业通过技术引进、设备引进吸收，已缩小了同发达国家的差距，部分产品的技术水平已达到国际先进水平，企业具有了很强的自主研发能力、自主知识产权，也形成了一些具有广泛市场知名度的产品品牌。电机产品在自身大量出口欧美等国际市场的同时也随着风扇、空调器等家电主机产品畅销国际市场，成为我国机电出口业务的主要部分。第二阶段，随着汽车工业的快速发展，车用小功率电机的需求也迅速增长，带动了以永磁直

电动汽车电机控制器国内外发展现状

电动汽车驱动电机与电机控制器国内外发展现状 1、国外驱动电机在新能源汽车上的应用 电机方面： 全球范围看，有刷直流电机、一般同步电机、感应电机与有刷磁铁电机商品化历史最长，产品更新换代不断，迄今还在应用。上世纪80 年代开始进入商品化的表面永磁同步电机与1990 年代以来研制开发的开关磁阻电机、内置式永磁同步电机以及最新的同步磁阻电机相继进入市场，并在电动汽车与混合动力汽车上获得应用。 根据电动汽车、混合动力车车型的开发应用年代，日本的产业水平与市场偏好，成本核算等方面考虑，先采用感应电机，而近几年来在批量生产的日本电动汽车车型上以采用永磁同步电机为主流。 近年来美、欧开发的电动汽车多采用交流感应电机。其主要优点是价格较低，性能可靠；缺点是起动转矩小。日本近年来问世的电动汽车与新型混合动力车大多采用永磁电机。其主要优点是效率比交流感应电机高，但价格较贵。永磁材料耐热温度低于120℃，而开关磁阻电机(SRM：Switched Reluctance Motor)结构新型、简单、起动性能好，无大的冲击电流，但噪声大。 驱动电机系统的驱动方式与控制方面： 车辆的电机驱动系统的驱动方式可分为集中驱动与车轮独立驱动。集中驱动结构简单，可以沿用内燃机汽车的部分传动装置，是目前应用最多的电驱动方式，容易处理电机冷却、防振以及电磁干扰等问题。但是集中驱动传动系统复杂、传动效率低，不能对两侧驱动轮转矩进行单独控制，影响车辆的操纵稳定性。 车轮独立驱动的范例是三菱汽车公司应用开发的轮毂电机电动汽车，和日产汽车公司开发的轮毂电机电动汽车。 车轮独立驱动的优点是简化传动系统，布置方便；由于每个电机可以单独控制，能实现车轮驱动力的单独调节和施加横摆力矩控制，容易实现车辆底盘系统的电子控制，改善车辆驱动性能和行驶性能。但轮毂电机驱动系统会使车轮质量过大，对于整车动力性能造成影响，还可能带来其它问题，如电机散热、防水、防尘难度大等。 正因为上述问题，三菱在推出新一代电动汽车“iMiEV”时，不再采用轮毂电机，仍采用集中驱动系统，驱动电机采用永磁电机。 至于电机驱动系统的控制，涉及到电压波形与调制率控制、矩形波电压相位控制、直流电流失调反馈(DC offset feedback)控制，与可变电压系统控制。此外，在电机控制的硬件方面，例如混合动力车用电机控制在100us 程度的抽样周期中必须进行多项控制计算，再加上保险失效处理功能(fail safe)，其编制程序极其繁复。 从驱动系统的实际应用中，因为仍以传统的集中驱动方式作为主流，而永磁电机由于其优点突出，在日本纯电动汽车与混合动力车上得到更多应用。而从成本角度来看，采用集中驱动可以尽可能沿用基型车的车身和悬架而降低成本，往往比采用轮毂电机驱动系统成本低。而iMiEV 纯电动车采用传统的集中驱动系统，即驱动方式通过减速器、差速器、驱动轴把电机输出扭矩传递到左右车轮，驱动车辆行驶。 2、国内驱动电机行业现状 电机业中的小行业、但制造门槛高 作为电机行业的细分领域，电动汽车驱动电机是一个小行业。主要是由于市场处于起步