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紹興上虞德立齒輪減速電機有限公司

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汽車應用中的電機驅動設計實例
添加時間:2014-3

     在汽車中,水泵、油泵和助力轉向泵這些負載仍由發動機直接驅動,采用電機驅動這些負載,可大大簡化機械設計,無需采用皮帶和轉輪,同時節省發動機艙內空間。AUIR3330S 提供了一個可以全速范圍驅動任何類型電機的解決方案,其主動di/dt 控制實現了EMI及開關損耗性能的優化。

  電機的采用

  我們需要追溯至多年前,回顧那段車輛不使用電機的時期。那個時候,車輛是通過手搖曲柄進行發動的,發動機冷卻風扇和雨刷器與發動機進行機械連接。電機與內燃機迅速結合在一起,這種結合最初主要是出于舒適度方面的考慮。這些電機都是低功率電機(<100W ),通常只需要一個簡單的繼電器驅動負載,它們是提升系統效率和性能的最佳選擇。隨著電機開始投入安全應用,例如防抱死制動系統和牽引力控制系統,電機需要更加可靠的驅動系統。

  然而,最近,汽車工業將注意力轉向了降低油耗。綠色交通的壓力已經迫使工程師盡可能為車輛找到智能、有效的解決方案。電機在由智能電子設備驅動的情況下,能夠實現卓越性能。電子解決方案尤其適用于高功率電機(>100W)。盡管現代汽車中的發動機冷卻裝置和鼓風機現在都采用電子功率控制,但電機的應用范圍仍然很廣。汽車中的許多功能依然使用與內燃機連接的機械系統。電子控制能夠在效率方面帶來顯著的改善,水泵和油泵就是很好的例子。利用電氣控制方式,功率能有效傳輸給電機,使電機在任何時候都能夠準確地滿足功率需求。

  變頻技術為汽車領域帶來重大機遇

  車輛發動機冷卻裝置和鼓風機應用變頻電機控制是最新的一個創舉。老款車型的發動機冷卻裝置和鼓風機都使用由電阻器和繼電器構成的轉速控制系統。采用該系統,電機的轉速被限制為幾個離散值。實現任何轉速值都需要一個電阻器與電機串聯。電機的轉速不能針對功率需求實現最優化,因而這一解決方案的性能極低。導致大多數情況下典型效率低于50%。

  電力電子技術的最新發展使變頻電機控制成為許多應用的首選解決方案。使用變頻控制,在整個負載范圍內能夠實現高于90%的典型系統效率。以典型的400W發動機冷卻風扇為例,在典型負載周期內,采用電子控制器的功耗比電阻風扇控制器少100W。節省的這100W功率相當于每100km的燃料消耗量約減少0.1L。

  采用PWM控制技術驅動電機所面臨的挑戰是要符合EMI要求。在20 kHz時,系統會在電池側產生噪聲。接通和關斷期間的電流斜率di/dt是EMI的主要來源。為了符合EMI要求,必須在電池和逆變器之間連接一個無源濾波器。這一濾波器通常由兩個大電容和一個電感組成。濾波器的成本是整個系統的一項重要成本。在使用MOSFET 的簡單系統中,減小di/dt 的唯一方法就是在柵極插入一個電阻器以減緩開關速度。這樣做會大大增加開關損耗,降低系統效率,并且需要加大散熱器的尺寸。在這樣的系統中,需要權衡EMI濾波器和散熱器的尺寸。


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