直流电动机的分类

直流电动机分为绕组励磁式直流电动机和永磁式直流电动机。在新能源汽车所采用的直流电动机中,小功率电动机采用的是永磁式直流电动机,大功率电动机采用的是绕组励磁式直流电动机。

绕组励磁式直流电动机根据励磁方式的不同,可分为他励式、并励式、串励式和复励式4种类型。

1.他励式直流电动机

他励式直流电动机的励磁绕组与电枢绕组无连接关系,而由其他直流电源对励磁绕组供电。因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。永磁直流电动机也可看作他励直流电动机。

他励直流电动机在运行过程中励磁磁场稳定而且容易控制,容易实现新能源汽车的再生制动要求。但当采用永磁激励时,虽然电动机效率高,重量轻且体积较小,但由于励磁磁场固定,电动机的机械特性不理想,驱动电动机产生不了足够大的输出转矩来满足新能源汽车起动和加速时的大转矩要求。

2.并励直流电动机

并励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组相并联,共用同一电源,性能与他励直流电动机基本相同。并励绕组两端电压就是电枢两端电压,但是励磁绕组用细导线绕成,其匝数很多,因此具有较大的电阻,使得通过它的励磁电流较小。

3.串励直流电动机

串励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组串联后,再接于直流电源,这种直流电动机的励磁电流就是电枢电流。这种电动机内磁场随着电枢电流的改变而显著的变化。为了使励磁绕组小不致引起大的损耗和电压降,励磁绕组的电阻越小越好,所以串励直流电动机通常用较粗的导线绕成,它的匝数较少。

串励直流电动机在低速运行时,能给新能源汽车提供足够大的转矩,而在高速运行时,电动机电枢小的反电动势增大,与电枢串联的励磁绕组中的励磁电流减小,电动机高速时的弱磁调速功能易于实现,因此串励直流电动机驱动系统能较好地符合新能源汽车的特性要求。但串励直流电动机由低速到高速运行时弱磁调速特性不理想,随着新能源汽车行驶速度的提高,驱动电动机输出转矩快速减小,不能满足新能源汽车高速行驶时由于风阻大而需要输出较大转矩的要求。串励直流电动机运行效率低;在实现新能源汽车的再生制动时,由于没有稳定的励磁磁场,再生制动的稳定性差;另外由于再生制动需要加接触器切换,使得驱动电动机控制系统的故障率较高,可靠性较差。另外,串励电动机的励磁绕组损耗大,体积和重量也较大。

4.复励直流电动机

复励直流电动机有并励和串励两个励磁绕组,电动机的磁通内两个绕组内的励磁电流产生。

复励直流电动机的永磁励磁部分采用高磁性钦铁硼材料,运行效率高。由于电动机永磁励磁部分有稳定的磁场,因此用该类电动机构成驱动系统时易实现再生制动功能。同时由于电动机增加了增磁绕组,通过控制励磁绕组的励磁电流或励磁磁场的大小,能克服纯永磁他励直流电动机不能产生足够的输出转矩这种缺陷,以满足新能源汽车低速或爬坡时的大转矩要求,而电动机的重量或体积比串励电动机的还要小。

各种励磁方式直流电动机的电路如图5-2所示。