摘要：近十年來，主要發(fā)展交流異步電機和無刷永磁電機系統(tǒng)。與原有的直流牽引電機系統(tǒng)相比，具有明顯優(yōu)勢，其突出優(yōu)點是體積小，質(zhì)量輕(其比質(zhì)量為0.5-1.0kg/Kw)、效率高、基本免維護、調(diào)速范圍廣。本文主要針對電機的發(fā)展、驅(qū)動系統(tǒng)，以及電磁兼容設(shè)計做了探討。

　　關(guān)鍵詞：機電工程師職稱論文發(fā)表,期刊雜志發(fā)表,電機,驅(qū)動系統(tǒng),電磁兼容設(shè)計

　　1.電機設(shè)計的發(fā)展

　　蒸汽機啟動了18世紀第一次產(chǎn)業(yè)革命以后，19世紀末到20世紀上半葉電機又引發(fā)了第二次產(chǎn)業(yè)革命，使人類進入了電氣化時代。20世紀下半葉的信息技術(shù)引發(fā)了第三次產(chǎn)業(yè)革命，使生產(chǎn)和消費從工業(yè)化向自動化、智能化時代轉(zhuǎn)變;推動了新一代高性能電機驅(qū)動系統(tǒng)與伺服系統(tǒng)的研究與發(fā)展。

　　21世紀伊始，世界汽車工業(yè)又站在了革命的門檻上。雖然，汽車工業(yè)是推動社會現(xiàn)代化進程的重要動力;然而，汽車工業(yè)的發(fā)展也帶來了環(huán)境污染愈烈和能源消耗過多兩大問題。而對于我國日益擴大的汽車市場，這種危機就更明顯。據(jù)了解，2000年我國進口汽油7000萬噸，預(yù)計2010年后將超過1億噸，相當于科威特一年的總產(chǎn)量。目前世界上空氣污染最嚴重的10個城市中有7個在中國，而國家環(huán)保中心預(yù)測，2010年汽車尾氣排放量將占空氣污染源的64%.雖然，加劇使用傳統(tǒng)內(nèi)燃機技術(shù)發(fā)展汽車工業(yè)，將會給我國的能源安全和環(huán)境保護造成巨大的影響。為此，國家科技部啟動了十五“863”電動汽車重大專項。

　　高密度、高效率、寬調(diào)速的車輛牽引電機及其控制系統(tǒng)既是電動汽車的心臟又是電動汽車研制的關(guān)鍵技術(shù)之一，已被列為863電動汽車重大專項的共性關(guān)鍵技術(shù)課題。20世紀80年代前，幾乎所有的車輛牽引電機均為直流電機，這是因為直流牽引電機具有起步加速牽引力大，控制系統(tǒng)較簡單等優(yōu)點。直流電機的缺點是有機械換向器，當在高速大負載下運行時，換向器表面會產(chǎn)生火花，所以電機的運轉(zhuǎn)不能太高。由于直流電機的換向器需保養(yǎng)，又不適合高速運轉(zhuǎn)，除小型車外，目前一般已不采用。

　　2.電機的驅(qū)動系統(tǒng)

　　2.1.異步電機驅(qū)動系統(tǒng)

　　異步電機其特點是結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、成本低廉、運行可靠，低轉(zhuǎn)矩脈動，低噪聲，不需要位置傳感器，轉(zhuǎn)速極限高。

　　異步電機矢量控制調(diào)速技術(shù)比較成熟，使得異步電機驅(qū)動系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢，因此被較早應(yīng)用于電動汽車的驅(qū)動系統(tǒng)，目前仍然是電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)的主流產(chǎn)品(尤其在美國)，但已被其它新型無刷永磁牽引電機驅(qū)動系統(tǒng)逐步取代。

　　最大缺點是驅(qū)動電路復(fù)雜，成本高;相對永磁電機而言，異步電機效率和功率密度偏低。

　　2.2 無刷永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)

　　無刷永磁同步電機可采用圓柱形徑向磁場結(jié)構(gòu)或盤式a軸向磁場結(jié)構(gòu)，由于具有較高的功率密度和效率以及寬廣的調(diào)速范圍，發(fā)展前景十分廣闊，在電動車輛牽引電機中是強有力的競爭者，已在國內(nèi)外多種電動車輛中獲得應(yīng)用。

　　內(nèi)置式永磁同步電機也稱為混合式永磁磁阻電機。該電機在永磁轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上迭加了磁阻轉(zhuǎn)矩，磁阻轉(zhuǎn)矩的存在有助于提高電機的過載能力和功率密度，而且易于弱磁調(diào)速，擴大恒功率范圍運行。內(nèi)置式永磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計理論正在不斷完善和繼續(xù)深入，該機結(jié)構(gòu)靈活，設(shè)計自由度大，有望得到高性能，適合用作電動汽車高效、高密度、寬調(diào)速牽引驅(qū)動。這些引起了各大汽車公司同行們的關(guān)注，特別是獲得了日本汽車公司同行的青睞。當前，美國汽車公司同行在新車型設(shè)計中主要采用內(nèi)置式永磁同步電機。

　　表面凸出式永磁同步電機也稱為永磁轉(zhuǎn)矩電機，相對內(nèi)置式永磁同步電機而言，其弱磁調(diào)速范圍小，功率密度低。該結(jié)構(gòu)電機動態(tài)響應(yīng)快，并可望得到低轉(zhuǎn)矩脈動，適合用作汽車的電子伺服驅(qū)動，如汽車電子動力方向盤的伺服電機。

　　2.3 新一代牽引電機驅(qū)動系統(tǒng)

　　從20世紀80年代開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)問世后，打破了傳統(tǒng)的電機設(shè)計理論和正弦波電壓源供電方式;并隨著磁阻電機，永磁電機、電力電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，交流電機驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計進入一個新的黃金時代;新的電機拓樸結(jié)構(gòu)與控制方式層出不究，推出了新一代機電一體化電機驅(qū)動系統(tǒng)迅猛發(fā)展。高密度、高效率、輕量化、低成本、寬調(diào)速牽引電機驅(qū)動系統(tǒng)已成為各國研究和開發(fā)的主要熱點之一。

　　SRD開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)的主要特點是電機結(jié)構(gòu)緊湊牢固，適合于高速運行，并且驅(qū)動電路簡單成本低、性能可靠，在寬廣的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)效率都比較高，而且可以方便地實現(xiàn)四象限控制。這些特點使SRD開關(guān)磁阻電機驅(qū)動系統(tǒng)很適合電動車輛的各種工況下運行，是電動車輛中極具有潛力的機種。SRD的最大特點是轉(zhuǎn)矩脈動大，噪聲大;此外，相對永磁電機而言，功率密度和效率偏低;另一個缺點是要使用位置傳感器，增加了結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，降低了可靠性。

　　永磁式開關(guān)磁阻電機也稱為雙凸極永磁電機，永磁式開關(guān)磁阻電機可采用圓柱形徑向磁場結(jié)構(gòu)、盤式軸向磁場結(jié)構(gòu)和環(huán)形橫向磁場結(jié)構(gòu)。該電機在磁阻轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上迭加了永磁轉(zhuǎn)矩，永磁轉(zhuǎn)矩的存在有助于提高電機的功率密度和減小轉(zhuǎn)矩脈動，以利于它在電動車輛驅(qū)動系統(tǒng)中應(yīng)用。

　　轉(zhuǎn)子磁極分割型混合勵磁結(jié)構(gòu)同步電機這一概念一提出就引起國際電工界和各大汽車公司研發(fā)中心的極大關(guān)注。轉(zhuǎn)子磁極分割型混合勵磁結(jié)構(gòu)同步電機具有磁場控制能力，類似直流電機的低速助磁控制和高速弱磁控制，符合電動車輛牽引電機低速大力矩和恒功率寬調(diào)速的需求。目前該電機的研究處于探索階段，電機的機理和設(shè)計理論有待于進一步深入研究與完善，作為假選的電動車輛牽引電機具有較強的潛在的競爭優(yōu)勢。

　　3.電磁兼容設(shè)計

　　3.1 接地設(shè)計

　　合理的接地是最經(jīng)濟有效的電磁兼容設(shè)計技術(shù)，是解決EMI問題最廉價有效的方法。良好的接地系統(tǒng)并不會增加整車的成本，它既能提高系統(tǒng)的抗擾度，又能夠減少干擾發(fā)射。對于車內(nèi)弱電系統(tǒng)來說，接地除了泄放小電流外，還用于設(shè)定一個基準電位，避免各種耦合干擾。

　　3.2 布線設(shè)計

　　電纜易受電磁干擾，同樣它也可能成為干擾源。在城軌車輛中1500V高壓回路電纜、電機電纜、制動電阻電纜和輔助逆變器電纜易產(chǎn)生干擾，而MVB電纜、PIS和ATC信號電纜容易受到干擾，1lOV控制電纜既可能受干擾又可能成為干擾源。在城軌車輛布線中應(yīng)該遵循以下原則：

　　1)在城軌車輛布線電纜敷設(shè)時，所有的電纜均應(yīng)按電磁兼容性進行電纜類別分類;

　　2)屬于各個不同電纜種類的電纜應(yīng)分開放置;

　　3)輸出線和回流線相鄰鋪設(shè)，特別是電源電纜(電機電纜、制動電阻等);

　　4)電纜應(yīng)盡可能靠近車輛地板放置(封閉的金屬電纜管、金屬管道等采用導(dǎo)電連接連接到車輛地板)，以利用其產(chǎn)生的衰減;

　　5)在各電纜種類的最小間距不能保持的情況下，有必要采用管道、封閉的金屬板、管件等達到分開的目的;

　　6)當屬于不同種類的電纜交叉，互相成直角時，不要求有最小間距。

　　3.3屏蔽設(shè)計

　　用屏蔽體將干擾源包封起來，可防止干擾電磁場通過空間向外傳播;反之，用屏蔽體將敏感源包封起來，就可使敏感源免受外界空間電磁場的影響。

　　在城軌車輛上，屏蔽主要包括敏感設(shè)備的屏蔽及電纜的屏蔽。敏感設(shè)備的屏蔽主要包括車輛控制單元(vcu)、牽引控制單元(ICU)、智能子站KLIP模塊等微機網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備的屏蔽。電纜的屏蔽主要包括變壓器電纜、輔助設(shè)備的電纜、控制電纜、信號電纜、數(shù)據(jù)傳輸總線等的屏蔽。對變壓器電纜、輔助設(shè)備的電纜進行屏蔽的目的在于防止其對敏感設(shè)備造成干擾。對信號電纜、數(shù)據(jù)傳輸總線電纜等進行屏蔽的目的在于避免使這些電纜受到外界電磁場的干擾。

　　3.4 車輛電纜屏蔽原則

　　電纜屏蔽層的接地可以分為單端接地和雙端以上接地，除對屏蔽層接地有特殊要求的(如音頻線、視頻線、傳感器電纜等)電纜外，一般采用雙端接地且電纜的屏蔽層應(yīng)可靠接地。對于信號電纜和控制電纜，屏蔽層的覆蓋程度應(yīng)不小于75%;對于數(shù)據(jù)傳輸電纜，屏蔽層的覆蓋程度應(yīng)不小于90%;對于輔助電纜等，屏蔽層的覆蓋程度應(yīng)不小于85%。

　　4.結(jié)語

　　以此為基礎(chǔ)，通過控制節(jié)點出入度，并且只針對有功潮流進行優(yōu)化，做好每一個步驟。希望本文可以給大家?guī)�來參考�?/p>

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