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(hù)、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(jì)第一次產(chǎn)業(yè)革命以后，19世紀(jì)末到20世紀(jì)上半葉電機又引發(fā)了第二次產(chǎn)業(yè)革命，使人類進(jìn)入了電氣化時代。20世紀(jì)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(jì)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(jìn)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(kuò)大的汽車市場，這種危機就更明顯。據(jù)了解，2000年我國進(jìn)口汽油7000萬噸，預(yù)計2010年后將超過1億噸，相當(dāng)于科威特一年的總產(chǎn)量。目前世界上空氣污染最嚴(yán)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(hù)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(jì)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(dāng)在高速大負(fù)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(kuò)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(dāng)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(jì)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(jìn)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(jìn)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(jì)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(zhǔn)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(jìn)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(dá)到分開的目的;

　　6)當(dāng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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>

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]余貽鑫，段剛. 基于最短路算法和遺傳算法的配電網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)[J]. 中國電機工程學(xué)報，2000

　　[2] 無刷雙饋電機的電磁設(shè)計特點[J]. 建筑電氣，2007

　　[3] 電機設(shè)計及工藝[J].建筑電氣，2010