关键词：交流电动机；动作时间；释放时间；元器件节能
1 问题的提出
2013年，江西某水泥公司二号窑200 kW鼓风机，2年内已烧毁3次，造成直接经济损失200多万元。同时，由于停产检修，造成的间接损失难以估算。针对上述问题，该公司邀请了一个专业团队到公司协助解决该问题。
2 原因分析
2.1 生产现状
2013年3月，专业团队来到该公司，与该公司的工程技术人员一起进行了现场考察和技术资料研究。其中，该电动机的主电路图和控制电路如图1―2所示。
2.2 原因分析
针对上述情况和相关参考文献[1―5]，笔者认为造成该事故的原因如下。
（1）主要原因是前面设计者没有考虑交流接触器线包动作时间和其释放时间；（2）在启动电动机运行前几十ms内，由于KM2未动作，导致KM2，KM3同时得电，则电源相序间短路，轻则烧断熔嗨亢KM3主触头被烧坏可能，从而导致电动机缺相运行，电动机转速减慢，电流急增，随后，电动机可能被烧毁。由于以上第（2）点，造成KM3触头接触不良，造成电源三相不平衡，电动机转速减慢，温度升高，不及时关机，则有可能烧坏电动机；由于KM2释放时间问题，造成电动机瞬间失电，从而电动机又重新启动，电流加大，温度急剧上升，绕组磁路饱和，绕组发热，最后，电动机可能被烧坏。
3 电路设计
针对以上原因，文章总结了以下几点设计改进：
（1）充分考虑KM2的动作时间，利用KM2-4和KM1-4动作时间才能使KM3得电，避免了KM2和KM3在电动机启动前几十毫秒内同时得电；（2）在KM2线包控制电路中又串联KM3触点进行互锁，又避免了KM2释放时间问题即电动机重新启动；（3）同时使KT并联在KM3线包中，使KM3动作时KT不得电，从而更加节能，延长电路元器件的寿命。
改进设计后的电路控制如图3所示。
4 实施效果
改造后，该电动机在3年内未出现电动机烧毁现象，由此，可确定本次分析和解决措施是完全正确的。同时，直接为公司节约成本200多万元。
关键词：交流主轴电机；变频器；控制；原理
在对机床进行改造与维修时，需要利用数控系统，而交流主轴电机是数控系统的重要组成，采用变频器对交流主轴电机进行控制，可以降低改造的成本，变频器具有调速的功能，将其其取代了交流主轴驱动后，可以提高改造与维修的效率。变频器在电机调速系统中应用比较多，为了提高其控制能力，需要结合机床主轴的性能选择适合的控制方法，这样才能提高变频交流主轴电机的性能。交流主轴电机与通用感应电机相比，更加适合应用变频控制器，下面笔者对交流主轴电机的变频器控制进行简单介绍。
1 变频器控制交流主轴电机的原理
交流主轴驱动是交流主轴电机中常用的调速方式，其与变频器都属于感应电机变频方式，交流主轴驱动在专用电机调速装置中应用比较多，而变频器是普通电机中常见了调速装置。在很多工业单位中，采用的变频器越来越先进，而且采用的是矢量控制的方式，这种方式一般需要在变频器中建立电机数学模型，这样才能发挥出矢量控制的效果。一般电机参数设置越准确，调速功能则越强。当前市场中通用的变频器由于无法预知生产所需的参数，所以，无法保证电机控制的精确性，另外，电机的生产厂家以及型号不同，其性能以及控制的精确性也有着较大差异。
为了提高变频器的调速性能，必须建立精确的模型，在众多的变频器产品中，有一种专门应用在感应电机中的变频器有着良好的性能，其价格比较低，但是控制精确性高，设计人员一定参考这类变频器的参数设置，这种性能较强的变频器在数控机床主轴系统中有着良好的应用，可以起到调速的作用。交流主轴驱动器与变频器在感应电机中都起着控制速度的作用，其中驱动器在应用时，需要生产厂家对其设计以及制造进行统一审查，还要对其控制功能进行测试，这样可以保证数字模型精确性，可以提高驱动器的调速性能。在优化变频器时，需要借鉴这一经验，提高变频器的控制功能以及各项性能。变频器采用矢量控制的方式，可以提高交流主轴电机的性能，而且可以充分的发挥出调速功能。
2 变频器参数调整与设定
矢量控制变频器在交流主轴电机的机床改造中有着良好的应用，在对机床进行改造与维修时，需要考虑机床主轴箱设计，还要做好电机安装尺寸的优化工作，在改造的过程中，如果发现普通感应电机无法代替原主轴电机进行工作，则需要充分发挥变频器控制作用。交流主轴电机与普通感应电机相比，在参数设置上有着较大的差异，由于通用变频器无法对交流主轴电机进行直接控制，所以，需要对变频器参数进行重新设定，只有将变频器参数调整到生产要求范围内，才能保证变频器精确控制交流主轴电机。首先，工作人员需要将主轴电机与主轴进行分离；其次，还要在变频器中根据频率，对信号的强度以及范围进行了控制；再次，要将变频器输出线路与电枢输出线进行连接；最后，工作人员需要在变频器配套单元中选择快速调试这一模式，在该操作单位中对变频器的参数进行调整，在调整与设定变频器参数时，可以根据快速调试与高级调试中提供的说明书进行操作。
电机基本参数设定完成后，必须通过变频器的"自动调整（自学习）"功能，完成矢量控制所需要的全部电机参数的测试。自动调整可以通过变频器所配套的操作单元完成，在自动调整过程中，电机将不断在不同转速下旋转，直到全部参数的自动检测、设定完成。变频器就完成了矢量控制参数的自动测试与设定，接下来便可以按照变频器规定的控制要求，连接相关控制线，对交流主轴电机实施正常的控制。
3 变频器控制交流主轴电机的要点
利用通用变频器来控制交流主轴电机是一种特殊的控制方式，在设计与调试时需要注意如下重要问题：
3.1 变频器的容量选择必须以满足电机的额定电流要求为准则，因为同功率的交流主轴电机的额定电流要大于普通感应电机。例如，本机床如果按照功率进行选择7.5kW的CIMR-G7A27P5变频器，其额定输出电流只有34A，不能满流主轴电机的额定转矩输出要求。同样，400V输入的7.5kW～15kW安川变频器CIMR-G7A47P5/4011/4015，其额定输出电流分别为21A、27A、34A，同样不能达到原主轴电机的额定转矩输出要求，为此当变频器为400V（380V）输入时，需要选择CIMR-G7A4018（18.5kW）变频器，才能进行控制。
对于本机床主轴，可以使用的安川变频器型号为：CIMR-G7A2011（AC200V输入）、CIMR-G7A4018（AC400V输入），或是安川早期的CIMR-G5A2011、CIMR-G5A4018变频器（采用不同变频器时的快速调试与自动调整参数设定值不需要作任何改变）。
3.2 安川变频器的旋转型自动调整只能在空载（电机与负载分离）时进行，在带负载时使用旋转型自动调整不但不能得到正确的电机参数，而且还可能造成变频器与电机的损坏，在使用时必须特别注意。如果实际设备中负载与电机分离较困难，则只能选择变频器的停止型自动调整功能。
3.3 机床主轴对高速（额定转速的90%以上）运行时的速度与转矩控制精度有一定的要求，因此，在进行自动调整时应选择并设定变频器的输入电压为电机额定电压的110%，即：本机床应设定变频器的输入电压（参数E01-01）为220V；而变频器的最大输出电压（参数E1-05）与电机额定电压（参数T1-03）为200V，且必须保证变频器可以输出的额定输出电流（49A）大于电机额定电流（37A）值，否则将无法保证系统高速运行时的速度与转矩控制精度。
结束语
本文对变频器控制交流主轴电机系统的原理以及参数调整过程进行了介绍，在调速的过程中，要结合主轴的转速，确定调速的范围。变频器采用的矢量控制的方式，为了提高控制的精确性，必须结合交流主轴驱动器的优化步骤，还要以提高交流主轴系统的整体性能为原则。交流主轴电机是机床改造与维修中常用的装置设备，采用变频器对电机速度进行控制，可以降低改造的成本，还可以保证系统的稳定稳定。在实践的过程中发现，采用变频器可以在不对机床主轴箱进行改动的前提下，提高机床改造与维修的质量以及效率，值得大力推广。
参考文献
[1]刘东波，陈玉娟，黄道.矢量控制型变频器综合应用技术研究[J].电气应用，2006（12）.
关键词：动车组；电机牵引；交流传动；技术应用
上世纪90年代初，交流电动机牵引开始逐渐代替动力牵引和直流电牵引模式应用于高速铁路的驱动系统当中。交流电动机可分为同步电动机和异步电动机。同步电动机最早应用于法国，其特点是机器运转稳定性较高，但是其必须在定子和转子的同步转速下才能实现转矩，这就使它的适用性大大降低。在此基础上异步电动机应运而生。异步电动机的结构简单，转矩条件也相对较低，并且运行效能较高，弥补了同步电动机的不足。此外异步电动机还可以根据运行环境的不同衍生出所需产品，实用性极高。时至今日，异步电动机仍为电动机产品的首选。
1 动车组交流传动系统的构成
在全世界范围内，各国高铁及动车组的牵引控制系统都采用交流方式进行动力的传送。其构造部件如下：
1.1 交流牵引电机
铁路列车和动车组系统中多使用三相交流电机。三相交流电机是异步交流电机的一种，它的构造最为简单，转速极高，黏着性好，牵引力强，具有较好的制动性，是同步直流电机所不可比拟的。目前各个国家还在进一步提高交流电动机的性能和技术研发水准，我国也在不断加大研发力度，以求开创交流电机在我国应用的新局面。
1.2 变流装置
在工业领域，三相交流电机的应用十分广泛，高铁和动车组上就是用三相交流电机作为机车的牵引装置。为了配合三相交流电机的使用，最大程度的发挥牵引效能，就需要配备专门的交流装置。这种装置结构较为繁复，所需功率极大，是专门应用于铁路运输系统的，它的作用就是将原有的单向交流电转化为系统需要的三相交流电。其特点具体归纳如下：（1）与直流电相比，交流电动势图呈正弦波的趋势，可有效减轻在变矩过程中电流谐波对转矩的干扰。（2）承载力和适应性强。可以应对多种突发状况，如电压不稳，车轮侧滑等，保持电机牵引的稳定和可靠性，进而实现动车车体运行状态在可控范围。（3）操控特点不同于直流装置，牵引效能的好坏受制于多种因素，如转矩需要达到一定标准才可启动等等。（4）变频幅度大，可根据实际情况不同进行频率的随时调整，最低点为0.4Hz，最高可达200Hz。在此过程中，变化的稳定性高，不会产生较大的起伏。（5）动车供电系统在供电时，输出功率要尽可能平稳，不要产生太大波动，功率参数保持在1左右最好，以最大限度缓解对整个控制系统的负面影响。（6）变流装置的牵引效能较直流装置好，对材料的浪费率低，稳定性高。（7）系统在检测，调试，安装和故障修理时更容易。（8）交流设备体积小巧，抗震性强，适用于动车组的运行环境。9）可进行能量和动力的双向转换。
2 交流传动技术在动车运行过程中的控制策略
2.1 交流传动控制策略
交流机车一般可分为两类，其中单项工频机车的控制系统多采用交-直-交的方式进行电流的传输和控制。这种方式又包含两种控制方法：网侧变流器控制和电机侧逆变器控制。
（1） 网侧变流器控制。网侧变流器是动车组电机传动系统的主要部件，它的工作原理为通过调节变流器的输出电压来实现对电流大小的控制，是将交流电转化为直流电的设备。相对其他变流器，其优点是在列车运行时可以有效减少电谐波对周边所带来的影响。另外，由于动车组的顺利运行需要稳定的电压作为前提保障，网侧变流控制器可以变交流电为直流电的特性正符合了动车运行时对电压的要求。所以电机网侧变流器适用于以单项交流电位主控制系统的动车组，要根据需要合理配备网侧变流器。（2）电机逆变器控制。电机侧逆变器是将直流电转化为交流电的电机设备，与变流器对电流的控制方向正好相反，分为正弦波逆变器和方波逆变器。动车电机牵引设备中包含有异步牵引电机，其要和配套的电机逆变器结合使用。动车的牵引控制具有特殊性，牵引系统是通过三相交流电的传动得以实现的。
2.2 交流异步电机控制技术
异步电动机较传统的交流电动机而言更具有动态性，它可以将交流电传动系统转化为直流电传动系统，易于操控，扩大交流电系统的使用范围。异步电动机可通过调整电压和电频生成动车组系统中的三相交流电。它通过调控定子电流和定子电压使之发生变化，进而改变转子磁链和电磁转矩。现阶段异步电机有如下几种操控手段：（1）矢量控制方法，是将定子电流分解达到矢量变换的目的。（2）自适应控制方法，能够克服参数的变化自动适应电流的转变。（3）直接转矩控制方法。
3 交流电动机的运行原理及实际运用
交流电动机对于日常生活的意义十分重大，它覆盖了工农业机械设备，科技国防等各个领域，尤其在与人们生活息息相关的家用电器领域，其应用更为广泛。交流电动机包括同步电动机和异步电动机两大类。同步电动机的调速靠改变供电电压的频率来改变同步转速。由于中间环节是直流电压，在电压型逆变器中电力半导体器件始终保持正向偏置，由于采用了晶闸管器件，就必须进行某种形式的强迫换流。根据换流方式的不同，电压型逆变器的种类很多，其中带有辅助晶闸管单独关断的并联逆变电路，即著名的麦克墨莱电路在机车传动中有一定的代表意义。麦氏电路是借助辅助晶闸管接通L、C振荡换流电路，使导通的晶闸管中的负载电流降到零并承受一定时间的反向电压的一种强迫换流电路。交流调速系统主要是针对异步电动机而言，它是交流传动与控制系统的一个重要组成部分。对于铁路牵引，要求传动系统按照一定的控制方式（如恒力矩和恒功率） 运行，同时又不断地迅速地加速或减速。
动车机车牵引系统多为闭环的传动方式，这样可以更好的保持动车在运行过程中牵引系统控制的有效性和平稳性。传动装置通过变矩器进行变速变矩，达到机车动力的传动效果。一般情况下，传动过程中可以采用以下方法进行变矩：第一种方法是直接控制转矩。通过比对实测的转矩与原有的转矩之间的信号差异，进而导入新的转矩信号，实现转矩的目的。还有一种方法是参考其他的系统信号值，将这些相关值进行检测对比，生成转矩信号，间接实现系统的转矩。这两种转矩方式的应用范围都较为广泛，适用于各种类型的列车。尤其是直接转矩的方式更加受到人们的称赞。科技的进步使得近年来交-直-交变频调速系统不断涌现新的调速方式，如电压、频率协调控制的变频调速系统，转差频率控制的变频调速系统，谐振型变频调速系统，矢量控制的变频调速系统和直接转矩控制的变频调速系统等。
4 结束语
上文系统阐述了动车组动力传动技术和传动系统的运行原理。迄今为止，越来越多的国家在发展高铁项目时都采用交流传动技术，该项技术能够更快的实现电流的变矩，牵引功率高，有利于提高电机的牵引效能，实现运输系统的跨越式发展。
参考文献
[1]李芾，安琪，王华.高速动车组概论[M].西南交大出版社，2008.
[关键词]变频器；原理；选煤厂
中图分类号：TV448 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）04-0059-01
通用变频器大都是以快速全开关器件（IGBT，GTO晶闸管等）为功率开关器件的电压型变频器。硬件电路包括主电路和控制电路，其中以微机为核心进行设定、控制、显示，对电动机进行正转、反转、加速、减速以及故障处理等。变频器已广泛应用于选煤厂的生产过程中，改善选煤工艺流程，提高生产过程自动化水平。
1. 变频器概述
1.1 变频器的概念
变频器是对交流电动机实现变频调速的装置，它将由电网提供的恒压恒频的交流电变换为新的电压新的频率的交流电，将这个变压变频了的交流电接入到电动机定子绕组中，实现对交流电动机的变频无级调速。
1.2 变频器的类别
1）交-交变频器。把频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电源。其主要优点是没有中间环节，故变换效率高，但其连续可调的频率范围窄，一般为额定频率的1/2以下，故它主要用于容量较大的低速拖动系统中。
2）交-直-交变频器。先把频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。由于把直流电逆变成交流电的环节较易控制，因此，在频率的调节范围，以及改善变频后电动机的特性等方面，都具有明显的优势，目前普及应用的主要是这一种。
2.通用变频器简介
2.1 通用变频器原理结构
通用变频器由以下五个部分组成：整流和逆变单元、驱动控制单元、中央处理单元、保护与报警单元、参数设定和监视单元。主电路包含电源、整流滤波和逆变单元，主单元输出给电动机。微机控制电路是通用变频器的核心部分，可以设定频率和显示频率，对电动机进行正转、反转、加速、减速以及故障处理等。微机产生的触发信号用于有规律地控制主开关器件的通与断，实现交-直转变和直-交转化。操作面板键盘可以选择操作模式或设定操作模式、预置频率和参数等。变频器的主要功能包括：频率和参数的设定和显示、电动机启动、升速、降速、制动功能的预置、操作模式的选择、过电流保护、过电压保护、短路保护、欠电流保护、欠电压保护、负载保护等。
2.2 各单元功能
1） 整流器。整流器也称为网侧变流器，其作用是把三相或单相交流电整流成直流电。整流电路又分为可控整流电路和不可控整流电路，可控整流电路的功率因数比较低，不可控整流电路的功率因数比较高。
2） 逆变器。逆变器也称为负载侧的变流器，最常见的结构形式是利用6个半导体主开关器件组成的三相桥式逆变电路。有规律地控制逆变器中主开关器件的通与断，可以得到任意频率的三相交流电输出。
3） 中间直流环节。由于逆变器的负载为异步电动机，是电感性负载，无论电动机工作于电动状态或制动状态，功率因数总是不可能为1。因此，在中间直流环节和电动机之间存在无功功率的交换，这种无功能量需要靠中间直流环节的储能元件来缓冲，所以中间直流环节又称为中间储能环节或中间滤波环节。
4） 控制电路。控制电路通常由运算电路、检测电路、控制信号的输入输出电路和驱动电路等构成。控制电路完成对逆变器的开关控制和频率控制、对整流器的电压控制，并解决电压控制与频率控制的协调问题，同时完成各种保护功能等。
控制方法可以采用模拟控制或数字控制。目前高性能的变频器采用微型计算机进行全数字控制，配之以简单实用的集成硬件电路，整个控制主要靠软件来完成。由于软件的灵活性和计算功能的强大，数字控制方式常可以完成模拟控制方式难以完成的功能。
5） 主电路的检测和保护。变频器应用时，为了人身和设备安全，应对主电路的电压、电流和大功率器件的结温等进行检测，以实现保护。
电压的检测相对简单，间接变频器中整流后的直流侧电压反映了变频器的最高工作电压，因此通常对其进行检测和监控。电压信号可以用电阻分压或传感器等方法获得。通常，从变频器的某一设置参数中可以读取该数值。
变频器应用中的过电流信号主要分为内部直通电流和外部故障电流两类。内部直通电流出现的原因大多是PWM信号生成时，同桥臂的VT1，先关断VT4后导通的无信号死区时间的设置出现了问题，或者是驱动电路的工作出现了问题，外部故障电流通常由于负载过重或短路而出现，故障电流通路相对复杂，在变频器的直流侧和交流侧都可能出现故障信号。
电流检测可使用无感电阻、电流互感器、电流传感器和零序电流检测器等方法。电流检测别需要注意的是检测器件的快速性问题。保护电路从检测、比较、隔离到执行对大功率半导体器件的保护有一定的动作时间，所以每一个保护环节的动作时间都应进行周密的计算和实际测量，确保在器件损坏之前完成保护。
6） 主电路接线端子。主电路接线端子包括三相电源接线端子、电动机接线端子、直流电抗器接线端子、制动单元和制动电阻接线端子。
7） 控制电源接线端子。该端子外接电源给计算机控制单元。
8） 控制端子。用于控制变频器的启动、停止、外部频率信号给定、故障报警输出等。
9） 操作面板。用于设定变频器的控制功能、参数和频率。
3 通用变频器在选煤厂的应用
3.1 变频器在给料机中的应用
在选煤生产中，有时需要通过调整给料机给料。量大小来满足工艺要求，实现给煤量均匀可调。在GZG给料机中，采用变频器调节可实现这一目的，且系统结构简单，调节方便，工作特性可靠。
3.2 控制给料泵转速
加压过滤机矿浆槽液位上限是按过滤性能最差的矿浆所需要的最短时间来确定，矿浆槽液位下限是按能完全浸没过滤元件并能形成最小厚度的滤饼来确定的，加压过滤机矿浆槽液位上限是需要严格控制的，不允许发生溢流。
3.3 控制主轴转速
加压过滤机转速的快慢，决定其压滤时间和干燥时间的长短，从而影响滤饼的厚度和水分。随着压滤时间的增长，则滤饼厚度增加，但是一定时间后，其增长速度逐渐变缓，滤饼的水分随着干燥时间的加长而降低。而一定时间后，水分下降就不明显了。因此，要根据处理能力和产品水分，选择最佳的转速。
在加压过滤机内，主轴转速高低由主轴转速给定表给定，操作者根据实际情况，调整给定频率，控制变频器，来达到调整主轴转速的目的。
4 结语
变频器调速既适用于异步电动机，也适用于同步电动机，能比较理想地工作于机械特性的四个象限，是一种高效率的交流调速方案。但是在选煤生产中使用时，一定要注意安装位置和操作环境，要进行正确的功能设定，特别要注意启动转矩，在使用前要仔细检查所匹配设备的负载转矩特性和电机驱动特性。
实践证明，变频调速技术在选煤生产中的应用是成功的，有其独特的优点和完善的功能，尤其与PLC可编程控制器接口可组成一个闭环调速控制系统，使工艺设备运行方式更趋合理，自动化程度更高。
关键词：电机的保护、启动及变频启动；电气调试、范围、内容、过程。
一、高压电机的保护控制
高压电机需保护的功能很多，主电路高压部分控制可采用计算机综合保护控制器和交流真空断路器联合控制的直接启动或高压变频器控制及高压软启动器控制。
1 高压电机的直接启动控制原理
采用真空接触器直接启动与综合保护控制器相结合，通过电TA和零序电TA采样电路，将高压电机工作电流及漏电电流送入综合保护控制器电流信号输入端，供综合保护控制器进行电机运行状态监测分析、一旦发生过流、漏电、短路、缺相等故障、通过执行元件真空接触器动作，切断电机运行电源，并将故障情况上传到控制中心，同时声光报警。在故障没有排除的状态下，综合保护控制器程序锁定不能合闸的真空接触器，运行电机。
2 高压电机的变频启动控制原理
高压变频器通过大功率IGBT绝缘栅双极性晶体管直接控制电机的高压电源，其结构为高压-低压-高压或三电平叠加结构。随着大功率高电压等级IGBT绝缘栅双极性晶体管开关管的研制成功，一种新型结构的交-直-交形式逐渐替代前两种都带有体积大而笨重铁心变压器的结构，该结构变频器的主电路简图如图I
三相高压交流电经大电流高压整流二极管整流成高压直流电，供快速绝缘栅双极性高压开关管IGBT触发生成可变频的三相交流高压脉冲电源，经电抗器滤波后，变成可变频的三相正弦波交流电，供高压交流电机工作。
快速绝缘栅双极性高压开关管IGBT的开启与关断由变频器内计算机控制中心控制，通过计算机内部程序及电子电路来控制高压交流电的频率和电压幅值，实现高压交流电机的软启动、软停车及转速的调速控制。电压输出频率的可控范围为:0~400Hz。当停车后，通过计算机内部程序控制触发脉冲触发高压滤波电容放电控制的IGBT管，使整流电容的残余存电通过放电电阻释放，高压电源指示灯熄灭放电完毕，避免检修高压电路发生电击事故。
电机的转速:n=60f/2p，由此可知，电机转速与频率f成线性关系。变频器拟采用u/f=c。方式(带PG)输出三相交流电，变频范围为:0~400Hz，采用高载波频率的SPWM方式，载波频率为:10~20kHz,开关功率管为IGBT(绝缘栅双极性晶体管)，开关功率管可以多只串联使用。在频率较低时，可通过提高起步电压来提高电机的机械运行性能。
整机主控以单片机为核心部分，利用单片机控制变频器的各项功能和各种信号的输入输出，进行智能化判断和控制，同时将信号送入SPWM发生器戈(如SA4828等芯片)，产生和控制SPWM脉冲波，此波送入光电隔离电路，经光电隔离后送入功率驱动芯片如M57962L，进行功率放大，驱动IGBT管，经IGBT输出高压SPWM波形三相电，再经滤波电抗器L滤波，输出三相交流电，驱动交流电机，同时将输出的电压、电流、转速等信号反馈至控制系统进行控制
变频控制一般只适用于变频电机普通电机在低频和高频阶段，不适合使用变频器控制，这是由其铁心材质和结构决定的。普通高压电机在低频段即0~20Hz时，产生高压奇次谐波，使电机发热，影响电机使用寿命;在高频段即50~100Hz及以上时，电机轴承不能承受超高转速而损坏，同样影响电机使用寿命。一般普通高压电机采用真空接触器直接启动与综合保护控制器相结合或软启动器控制。
二、高压电气调试
1高压电气调试范围
高压电气调试也是保证高压电机正常运行的关键，高压电气调试包括高压电缆、高压真空接触器、电机综合保护器、高压电机、高压避雷器、TA.TV,高压变频器。
2高压电气调试的内容
电机综合保护器技术参数的设定整定应根据高压电机出厂说明书中的技术参数和电机设备的实际情况进行设定，并进行一次高压不送电，二次线路模拟动作试验，动作显示均应正常。调试应严格按照《高压电气设备交接试验标准GB50150-1990》及《建筑电气安装工程施工与验收规范GB50303-2002))执行。高压耐压前、后都要进行绝缘电阻测试。测量时，摇表转速应均匀，转速在120r/min左右，绝缘电阻应用AC2500V ,0~2500M Ω兆欧表测量，在15s和60s时分别读数并记录，计算其阻值吸收比，读数结束后，先撤离试验表笔，再停止摇表转速下降，以防试验高压反冲损坏绝缘电阻摇表。高压真空接触器应测量合闸线圈、分闸线圈的动作电压(吸合电压、释放电压)，并计算其返回系数值、主触点直流电阻、主触点断口耐压等。
3高压电机的调试过程
高压电机应进行三相直流电阻、绕组极性、绝缘电阻、高压耐压试验等，三相直流电阻采用精密直流电桥测量。高压电机400kW以下的耐压试验电路图如图2。
如图2所示，试验电源AC380V经试验操作台调压变压器调压后，输入高压变压器升压接入放电保护球隙器高压侧，另一侧应可靠接地。放电保
护球隙器应调整好球放电间隙，放电动作保护电压值应稍大于试验电压值，调整好放电动作保护电压值的放电保护球隙后，切断调试电源，操作台调压器返回至零位，连接高压电流表、水电阻、高压电机绕组等试验连接线，特别应检查接地连接线是否可靠接地，确定无误后，方可进行下一步试验。试验时电压应缓慢上升，在试验时间内，高压电流表的指针应无闪动现象，时间到应缓慢下降后切除电源。高压电机400kW以上的耐压试验应进行直流高压泄漏试验，泄漏电流值应符合规范要求。测量前后都应测量其绝缘电阻，阻值应符合规范要求。
综合电机保护器、高压变频器等电子器件设备不宜进行高压耐压试验，但需进行各种技术参数设定，并进行模拟动作试验，动作、指示应正常灵活、可靠。
4高压电气调试的注意事项
(1)高压耐压直流泄漏电流试验时，试验设备应可靠接地，应有专人在试验电缆的两端看护，并用安全隔离带隔离，试验期间禁止人员进入试验隔离区。试验结束后，高压电缆测量两极应注意对地放电，以防残余高压存电伤人。
(2)高压电机的直流电阻测量，应注意测量极与电机电极连接可靠，减少测量误差，测量阻值应三相平衡。
(3)高压避雷器的高压泄漏试验电压应严格按照产品说明书技术要求进行，不能擅自提高试验电压以防高压击穿。
五、结束语
关键词：电气负载 电源容量
CCAR25.1351（a）条规定飞机所需的发电容量、电源数目和种类必须由负载分析确定，故飞机电气负载和电源容量分析是飞机电源系统设计的基础，是必不可少的一个环节。目前负载分析可参考的标准都是一些通用标准，如MIL-E-7016F[2]，没有一个比较具体的更易于用于型号设计的设计指南。
1、负载统计
电气负载分析的前提是先要进行负载统计工作，负载统计时，一般会分为交流负载和质量负载来分别统计，需包含的负载信息如下：（1）交流负载：连接的汇流条、相数、设备数量、视在功率、功率因数、工作阶段、工作时间、起动功率、起动时间、起动功率因数和断路器类型（热断路器或固态功率控制器）；（2）直流负载：连接的汇流条、设备数量、额定电流、工作阶段、工作时间、起动电流、起动时间、是否需要蓄电池供电、断路器类型（热断路器或固态功率控制器）。
连接的汇流条用于表示交负载与电源系统中汇流条的连接，在系统初步设计阶段该连接关系尚未确定时，不要求填入该状态信息。
相数仅适用于交流负载，用于表示负载是三相负载还是单相负载，对于单相负载，在配电设计确定后，还需明确是与交流汇流条的哪一相连接（A相、B相或C相）。
设备数量表示每个负载的数量，在负载与汇流条的连接确定后，需根据负载统计表格的设计决定是填入全机的某一负载的数量信息，还是仅填入与某一汇流条连接的某一负载的数量信息。
视在功率主要是指交流负载在相应工作阶段的额定视在功率，用VA表示。
功率因数是交流负载的功率因数，用于计算交流负载有功功率和无功功率。
工作阶段是指根据飞机工作阶段的不同，交直流负载的工作和用电状态会发生变化，因此，将一次飞行任务划分为若干工作阶段进行电气负载统计和分析，图1为工作阶段示意图。
对图1中各工作阶段的定义见表1。
工作时间是指负载在每个工作阶段的实际工作时间。工作时间小于或等于0.005min者，按照工作时间为0进行处理，视为瞬时负载；工作时间大于0.005min而小于或等于5min者，应按精确到0.01min的时间填写，视为短时负载；工作时间大于5min者，视为连续负载。起动功率是指交流负载起动过程中消耗的视在功率，负载的起动功率通常超过其稳态功率。起动时间是指交直流负载起动过程的持续时间。起动功率因数交流负载起动过程中的功率因数。起动电流是指直流负载起动过程中所需电流，负载的起动电流通常超过其额定电流。断路器类型指在民用飞机电源系统中，出现了采用固态功率控制器代替热断路器实现汇流条与负载连接的发展趋势，通过确定这一信息，可帮助电源系统确定热断路器和固态功率控制器的数量，便于配电网络设计。蓄电池供电指直流负载是否需要在正常电源不可用时，由蓄电池进行供电。一般负载统计时都会采用负载统计表来进行统计，根据不同型号的要求，表格可以自行确定格式。
2、负载分析通用要求
负载分析阶段是对负载统计阶段收集的负载信息进行综合分析，计算得出全机交直流负载总功率需求，以及相应的功率因数、相不平衡度等。
根据飞机设计阶段的不同，负载分析的内容存在一定的差异：（1）在初步设计阶段，电源容量尚未确定时，负载分析用于确定全机交直流负载总功率需求，作为机载电源（包括一次电源、二次电源、蓄电池等）容量确定的依据；（2）在电源容量和配电网络设计初步确定后，则按照“负载-汇流条-电源”这一层级结构，计算电源系统每个工作构型下的交直流负载总功率需求、功率因数和相不平衡度等参数，分析负载与电源的匹配情况，并对电源系统设计进行相应调整（如必要），直至电源容量和配电网络设计最终确定（这是一个迭代的设计过程）；（3）在电源容量和配电网络最终确定后，进行负载分析，计算交直流负载功率需求、功率因数和相不平衡度等参数，并分析与电源容量的匹配情况，形成计算分析报告，作为飞机符合性验证工作的一部分，支持飞机适航取证，表明对相关适航条款的符合性。
3、交流负载分析
交流负载分析需计算负载的有功功率和无功功率、相功率（有功功率、无功功率、视在功率和功率因数）、相不平衡度和总功率（有功功率、无功功率、视在功率和功率因数）等参数。
3.1交流负载的有功功率和无功功率
负载的有功功率根据视在功率和功率因数计算得出，见公式（1）：
…………………………（1）
式中：
P-交流负载有功功率，单位为W；
S-交流负载视在功率，单位为VA；
-交流负载功率因数。
式（1）中所示的负载有功功率，在负载分析中还需要考虑负载在各个工作阶段的工作时间，进行折算分析，结合本文的工作时间规定，折算分析后的负载有功功率如式（2）和式（3）所示：
…………………………（2）
………………………（3）
式中：-交流负载5s有功功率，单位为W；-负载5s工作时间，单位为s，若工作时间小于0.3s （0.005min），此处按0处理，若工作时间大于5s，此处按5处理；-交流负载5min有功功率，单位为W；-负载5min工作时间，单位为min，若工作时间小于5s，此处按0处理，若工作时间大于5min，此处按5处理。若负载的工作时间大于5min，则为连续负载。交流负载的连续有功功率按式（1）中的P进行计算分析。
负载的无功功率根据视在功率和有功功率计算得出，如公式（4）所示：
…………………………………（4）
式中：Q-交流负载无功功率，单位为var；S-交流负载视在功率，单位为VA；P-交流负载有功功率，单位为W。
式（4）中所示的负载无功功率，在负载分析中还需要考虑负载在各个工作阶段的工作时间，进行折算分析，结合本文的工作时间规定，折算分析后的负载无功功率如式（5）和式（6）所示：
…………………………………（5）
…………………………………（6）
式中：——交流负载5s无功功率，单位为var；——交流负载5min无功功率，单位为var；若负载的工作时间大于5min，则为连续负载。交流负载的连续无功功率按式（4）计算分析。
3.2 相功率（有功功率、无功功率、视在功率和功率因数）
相有功功率指接在该相上的各交流负载有功功率的代数和。负载分析中，主要在单个交流电源层级计算相有功功率。
需按5s、5min和连续三个工作时间区间进行相有功功率的分别计算。
相无功功率指该相各交流负载无功功率的代数和。负载分析中，主要在单个交流电源层级计算相无功功率。
需按5s、5min和连续三个工作时间区间进行相无功功率的分别计算。
相视在功率为该相有功功率与无功功率之向量和。
相功率因数为该相有功功率与视在功率之比，应与电源的供电能力相适应。
负载分析中，主要在单个电源层级计算相视在功率和功率因数。
公式（7）～（12）为以A相为例的相视在功率和功率因数的计算公式。
…………………………………（7）
…………………………………（8）
………………………………（9）
…………………………………（10）
…………………………………（11）
…………………………………（12）
式中：-A相连续视在功率，单位为VA；-A相连续有功功率，单位为W；-A相连续无功功率，单位为var；-A相连续功率因数；-A相5min视在功率，单位为VA；-A相5min有功功率，单位为W；-A相5min无功功率，单位为var；-A相5min功率因数；-A相5s视在功率，单位为VA；-A相5s有功功率，单位为W；-A相5s无功功率，单位为var；-A相5s功率因数。
3.3 相不平衡度
相不平衡度为单个电源所接负载视在功率最大相的伏安值与最小相的伏安值之差与电源的单相修正容量的百分比。
相不平衡度的计算方法见公式（13）。
…………………………………（13）
式中：
-相不平衡度；-时间折算后视在功率最大相的伏安数，单位为VA；-时间折算后视在功率最小相的伏安数，单位为VA；-时间折算后电源的单相修正容量，单位为VA。
根据时间折算的区间不同（5s、5min或连续），式（13）同时适用于5s、5min和连续这三个工作时间区间的相不平衡度分析。
3.4 总功率（有功功率、无功功率、视在功率和功率因数）
在初步设计阶段，总功率的计算用于支持机载电源容量的确定，总功率为交流负载视在功率的代数和。
在电源容量和配电设计初步确定后，总功率通常指的是单个电源所接交流负载的总功率需求。
总有功功率为各相有功功率的代数和，见公式（14）～（16）：
…………………………………（14）
…………………………………（15）
…………………………………（16）
式中：
-总连续有功功率，单位为W；-B相连续有功功率，单位为W；-C相连续有功功率，单位为W；-总5min有功功率，单位为W；-B相5min有功功率，单位为W；-C相5min有功功率，单位为W；-总5s有功功率，单位为W；-B相5s有功功率，单位为W；-C相5s有功功率，单位为W；
总无功功率为各相无功功率的代数和，见公式（17）～（19）：
…………………………………（17）
…………………………………（18）
…………………………………（19）
式中：-总连续无功功率，单位为var；-B相连续无功功率，单位为var；-C相连续无功功率，单位为var；-总5min无功功率，单位为var；-B相5min无功功率，单位为var；-C相5min无功功率，单位为var；-总5s无功功率，单位为var；-B相5s无功功率，单位为var；-C相5s无功功率，单位为var。
总视在功率为总有功功率与总无功功率的向量和，见公式（20）～（22）：
…………………………………（20）
…………………………………（21）
…………………………………（22）
式中：-总连续视在功率，单位为VA；-总5min视在功率，单位为VA；-总5s视在功率，单位为VA。
总功率因数是指电源所接全部交流负载的功率因数，计算方法见公式（23）～（25）。
…………………………………（23）
…………………………………（24）
…………………………………（25）
式中：-连续负载功率因数；-5min负载功率因数；-5s负载功率因数。
4、直流负载分析
直流负载计算较交流负载简单，主要包括工作时间折算及总负载电流计算。
直流负载分析中，需根据负载工作时间，在5s、5min和连续三个工作区间进行负载电流折算，如公式（26）～（28）所示。
…………………………………………（26）
……………………………………（27）
……………………………………（28）
式中：-直流负载额定电流，单位为A；-直流负载的连续负载电流（负载工作时间需大于5min），单位为A；-直流负载的5min负载电流，单位为A；-直流负载的5s负载电流，单位为A。
在各工作时间区间内，总负载电流为对应直流负载在各工作时间区间负载电流的代数和。
5、电源容量分析通用要求
飞机初步设计阶段，需通过负载分析确定电源容量需求，其中包括主电源、辅助电源、二次电源、地面电源、应急电源以及蓄电池等。
电源容量的确定应考虑负载增长引起的附加容量需求，以免因无法满足负载需求而不得不更换电源，带来飞机设计的重大更改。飞机电源容量确定过程中，应符合下列要求：（1）飞机主电源容量应能满足全部负载的功率需求，在设有多台主电源的飞机上，在单台主电源失效的情况下，剩余主电源容量应能满足全部重要负载的功率需求；（2）在飞机主电源的供电类型不能满足全部负载的需求时，需设立二次电源，现代民用飞机主要的二次电源包括变压整流器和静止变流器。二次电源的容量应能满足全部相应负载的功率需求。对那种设有冗余备份的二次电源系统，在单台二次电源失效的情况下，剩余二次电源容量应能满足相应重要负载的功率需求；（3）辅助电源通常用于地面维护，以及代替失效的主电源进行供电。因此，一般辅助电源的容量与主电源相同；（4）地面电源用于地面维护，其容量需根据飞机地面维护所需负载的功率需求确定；（5）应急电源用于主电源和辅助电源均失效的应急供电状态下的供电，其容量应根据应急供电状态下仍需用电的飞行关键负载确定；（6）飞机在地面时，可能会出现仅由蓄电池供电的状态（如装载和准备阶段，主电源和辅助电源起激前），应根据这一状态的持续时间和负载需求，确定蓄电池容量。蓄电池同时也是应急电源的一部分，在仅有蓄电池作为应急电源的飞机上，蓄电池容量应能满足应急直流负载至少5min的供电要求（并且这一供电时间宜为30min）。在设有其余无时间限制应急交流电源（如冲压空气涡轮发电机）的飞机上，蓄电池容量应能满足应急供电状态下某些特定阶段的负载需求，如冲压空气涡轮的释放转换期间的应急负载需求，以及飞机进场着陆时，冲压空气涡轮因输出功率下降而不得不卸载应急直流负载时的应急直流负载功率需求；（7）现代民用飞机的多个主蓄电池中，通常有一个会用于辅助动力装置（APU）起动，在根据上述原则确定蓄电池容量时，需考虑蓄电池在空中连续三次起动APU带来的容量消耗；（8）机载专用电源，如飞控蓄电池和应急照明蓄电池，其容量应根据相应负载的专用需求确定。
6、电源与负载的匹配
电源与负载的匹配，主要分析电源容量是否可以在规定的各种工作构型下满足相连负载的功率需求，并计算相应的容量裕度。对于交流电源，还需分析负载功率因数和相不平衡度是否在电源的承受范围内。
电源与负载的匹配分析，需在5s、5min和连续三个工作区间分别进行，除蓄电池外，其余电源的容量裕度分析见公式（29）。
……………………………………（29）
式中：
H-电源容量裕度，用百分比表示；J-电源修正容量，单位为VA或A；L-时间折算后（5s、5min或连续）负载功率需求，单位为VA或A。
飞机各个电源的容量裕度要求需在项目专用文件中进行规定。
6.1 变压整流器
变压整流器是现代民用飞机中主要应用的直流二次电源，用于将交流输入转换为直流输出，因此在交流负载分析中，需将变压整流器作为交流负载进行分析，计算公式如式（30）所示。
…………………………………（30）
式中：-TRU折算到交流侧的负载值，单位为VA；-变压整流器输出端的直流电压，单位为V；-变压整流器输出端的直流电流，单位为A；-变压整流器的效率；-变压整流器的功率因数。
6.2 静止变流器
静止变流器主要用于应急情况下单相交流用电设备的供电，将直流输入转换为交流输出，因此在直流负载分析中，需将静止变流器作为直流负载进行分析，计算公式如式（31）所示。
…………………………………（31）
式中：-静止变流器的直流输入电流，单位为A；-静止变流器的额定输出视在功率，单位为VA；-静止变流器的实际输出视在功率，单位为VA；-静止变流器的直流输入电压，单位为V；-静止变流器的效率。
6.3 蓄电池
与其余电源不同，在判断蓄电池容量是否可以满足负载需求时，主要通过计算蓄电池放电时间来进行判定。
对于要求放电时间长于5min的蓄电池，其放电时间计算公式如式（32）所示。
……………………（32）
式中：-蓄电池放电时间，单位为min；-蓄电池修正容量，单位为Ah，蓄电池修正容量需在蓄电池标称容量的基础上，考虑蓄电池的充电状态确定，对于用于APU起动的蓄电池，还需要考虑APU起动带来的蓄电池容量损耗；-蓄电池5s工作区间放电电流，单位为A；-蓄电池5min工作区间放电电流，单位为A；-蓄电池连续放电电流，单位为A。
对于要求放电时间不大于5min的蓄电池，其放电时间计算公式如式（33）所示。
……………………………………（33）
式中：——蓄电池放电时间，单位为min。
7、结语
本文从电气负载和电源容量分析的流程为基础，从通用要求到实际的计算分析方法，结合民用飞机设计现状，有针对性地展示了一种能直接用于民用飞机电气负载和电源容量分析的方法，对民用飞机设计有重要的指导意义。
参考文献
关键词：电动汽车 交流充电桩
一、充电桩的定义
充电桩是电动汽车的电站，其功能类似于加油站里面的加油机。每个充电桩都装有充电插头，充电桩可以根据不同的电压等级，为各种型号的电动车充电。电动汽车充电桩采用的是交、直流供电方式，需要特制的充电卡刷卡使用，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。充电桩可分为直流充电桩和交流充电桩。本文仅对交流充电桩的相关问题进行探讨。
交流充电桩，又称交流供电装置，是指固定在地面或墙壁，安装于公共建筑（办公楼宇、商场、公共停车场等）和居民小区停车场或充电站内，采用传导方式为具有车载充电机的电动汽车提供人机交互操作界面及交流充电接口充电，并具备相应测控保护功能的专用装置，功率一般不大于7 kW。
常用的交流充电桩可分为一桩一充式、一桩双充式及壁挂式。壁挂式交流充电桩适用于地面空间狭小、周边有墙壁等固定建筑物的场所。交流充电桩的建设应以“统一标准、统一规范、统一标识、优化分布、安全可靠、适度超前”为原则。外观设计风格应体现绿色、醒目、亲和、现代等要素，突出差异性，易识别记忆。
二、交流充电桩技术要求
1. 环境条件要求
工作环境温度：-20℃～+50℃；相对湿度：5％～95％；海拔高度：≤1000m；安装地点：户外；抗震能力：地面水平加速度 0.3g；地面垂直加速度0.15g；设备应能承受同时作用持续三个正弦波，并且安全系数应大于1.67；
2. 结构要求
交流充电桩壳体应坚固；结构上须防止手轻易触及露电部分；交流充电桩应选用厚度1.0以上钢组合结构，表面采用浸塑处理，并充分考虑散热的要求。充电桩应有良好的防电磁干扰的屏蔽功能；充电桩应有足够的支撑强度，应提供必要设施，以保证能够正确起吊、运输、存放和安装设备，且应提供地脚螺栓孔；桩体底部应固定安装在高于地面不小于200mm的基座上。基座面积不应大于500mm×500mm；桩体外壳应采用抗冲击力强、防盗性能好、抗老化的材质；非绝缘材料外壳应可靠接地；
3. 电源要求
输入电压：单相220V；输出功率：单相220V/5KW；频率：50Hz±2Hz；允许电压波动范围为：单相220V±15%；
4. 电气要求
插头与插座正确连接确认成功后，带负载可分合电路方可闭合，实现对插座的供电；漏电保护装置应安装在供电电缆进线侧；低压配电设备及线路的保护应满足《低压配电设计规范》（GB/50053）中的相关规定；对IT系统配电线路，当第一次接地故障时，应由绝缘监察装置发出音响或灯光信号，当发生第二次异相接地故障时应由过电流保护电器或漏电电流动作保护器切断故障电路；照明配电系统中，照明和插座回路不宜由同一回路供电。插座回路的电源侧应设置剩余电流动作保护装置，其额定动作电流为30mA；
5.安全防护功能
交流充电桩应具备急停开关，可通过手动或远方通信的方式紧急停止充电；应具备输出侧的漏电保护功能；应具备输出侧过流和短路保护功能；应具有阻燃功能；
6. IP防护等级
交流充电桩应遵守IP54（在室外），并配置必要的防雨、防晒装置；
7. 三防（防潮湿，防霉变，防盐雾）保护
充电机内印刷线路板、接插件等电路应进行防潮湿、防霉变、防盐雾处理，其中防盐雾腐蚀能力满足 GB/T 4797.6-1995《电工电子产品自然环境条件 尘、沙、盐雾》中表9的要求，使充电机能在室外潮湿、含盐雾的环境下正常运行；
8. 防锈（防氧化）保护
充电桩铁质外壳和暴露在外的铁质支架、零件应采取双层防锈措施，非铁质的金属外壳也应具有防氧化保护膜或进行防氧化处理；
9. 防风保护
安装在平台上的充电机以及暴露在外的部件应能承受 GB/T 4797.5-9《电工电子产品自然环境条件降水和风》中表9规定的不同地区、不同高度处相对风速的侵袭；
10. 防盗保护
电桩外壳门应装防盗锁，固定交流充电桩的螺栓必须在打开外壳门后方能安装或拆卸；
11. 温升要求
交流充电桩在额定负载长期连续运行，内部各发热元器件及各部位温升应不超过Q/GDW 397-2009中表2规定；
12. 平均故障间隔时间（MTBF）MTBF应不小于8760h；
13. 安装垂直倾斜度不超过5%；
14. 设备安装地点不得有爆炸危险介质，周围介质不含有腐蚀金属和破坏绝缘的有害气体及导电介质
三、功能规范
1. 交流充电桩应具有定电能、定时间、自动（充满为止）等功能。
2. 交流充电桩应具有人机交互功能。应具有实现外部手动控制的输入设备，以设定充电方式；应显示当前充电模式、时间（已充电时间、剩余时间等）、电能（已充电电能、待充电电能）及计费信息等。设置刷卡接口，支持常见刷卡方式。可配置打印机，提供票据打印功能。
3. 交流充电桩应为计量表计预留电气接口和安装空间。
4. 安全防护功能。交流充电桩应具备急停开关、输出侧的剩余电流动作保护功能、输出侧的过流保护功能。交流充电桩应能够判断充电连接器、充电电缆是否正确连接。当交流充电桩与电动汽车正确连接后，交流充电桩才允许启动充电进程；当交流充电桩检测到与电动汽车的连接不正常时，必须立即停止充电。另外，交流充电桩应具有阻燃功能。
5. 提供完善的通信功能，可根据需要上传交流充电桩的运行状态参数，接受远程控制
6. 按照标准不同，交流充电桩分为简易充电桩和标准充电桩2种。
四、交流充电桩与电动汽车的电气接口
它们的电气额定值如下：动力线L线电压220 V，电流最大32 A；动力线N线电压220 V，电流最大32 A；保护地线以故障（用）规定值为标准；充放电控制导引线+及充放电控制导引线-、备用1、备用2，电压30 V，电流2 A。
五、计量计费
1. 电网和交流充电桩之间的计量配置三相四线多功能双向计量电能表，准确度等级为有功1级和无功2级。电流互感器等级为0.5 s级。
2. 交流充电桩和电动汽车用户之间的计量计费结算交流充电桩和电动汽车用户之间的计费结算可采用现场缴费和储值卡预付费等方式，推荐使用储值卡预付费方式。交流充电桩的电能计量装置应选用智能电能表。
关键词： 电动汽车；驱动系统；优缺点
中图分类号：TM352 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）16-0045-03
0 引言
电动汽车的驱动系统是电动汽车的核心，驱动系统性能的好坏决定了电动汽车性能的好坏。作为电动汽车的驱动系统必须满足汽车的频繁停、启动，速度响应快。电动汽车的驱动系统应可以在恒转矩区和恒功率区运转，应启动转矩大，调速范围宽，以满足电机良好的启动性能和加速性能。转矩转速能平滑调节，满足汽车爬坡，在恶劣复杂环境下等全工况下的正常运行。应具有效率高，损耗少，动态制动强和能量回馈功能，以满足在车载总能量不变的情况下最大限度地增加续航里程[1]。应满足较高的瞬时功率、功率密度和转矩密度，以提高车速，增大过载能力。应满足成本低，体积小，质量轻，可靠性高的要求。目前常用的几种电动汽车驱动系统有直流电动机、交流感应电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机等各有其优缺点。
1 直流电机
直流电机结构是定子上装有主磁极，转子上装带有线圈、电刷和换向器的电机。直流电机的工作原理是，电枢元件旋转“切割”主极磁场，产生的交流电动势经换向片和电刷机械换向变成直流电动势。不计磁饱和时，励磁绕组和电枢绕组之间没有耦合，转速可分别从磁场和电枢来控制，直流电动机电磁转矩控制简单，方便，动态响应较快。调速范围宽广，转速调节平滑，具有交流电机不可比拟的电磁转矩特性，这些是直流电机的突出优点。非常适合电动汽车对驱动系统要求的调速范围广，动态响应快的特点。另外直流电机有良好的启动性能，通过电枢回路接入变阻器和降压启动基本能达到启动电流小，启动过程平滑等优点，直到20世纪80年代中期，直流电机仍是国内外电动汽车用电机的主要研发对象[2]。
但是直流电机体积和重量大，价格是交流电机的2-3倍。在换向时易产生火花，引起电磁干扰，使之无法适用高速，大容量场合。换向器和电刷需经常换，维护复杂，寿命短，可靠性低。不适宜在多尘、潮湿、易燃的环境下运行且供电电压也受限制[3]。
早期的电动汽车驱动系统几乎都采用直流电机，最早用机械开关通过调节串联电池的个数来改变电机电枢电压，后来通过直流斩波来调节电机电枢电压，但效率都很低，可靠性也较差。随着交流电机直接转矩控制和矢量转矩控制的发展，直流电机有逐渐被取代淘汰的趋势。
2 感应交流电机
感应交流电机的定子由定子铁心、定子绕组和机座组成。转子有转子铁心、转子绕组和转轴组成，无换向器。运行原理基于交流旋转磁场理论，即：三相对称定子绕组馈入三相对称交流电流可建立圆形旋转磁场，在转子内感应电流以实现机电能量转换。
按转子绕组来分可分为笼型感应电机和绕线型感应电机。在电动汽车的驱动系统中多用这种笼型感应电机，笼型感应电机的转子的绕组是笼型，定子绕组是一个对称的三相绕组，定子和转子之间没有相互接触的部件，这种电机的优点是结构简单，体积小，运行可靠，制造方便，易维护，价格低，转矩脉动小，噪声小，转速极限高，转速可达12000-15000r/min。转速范围宽，技术成熟，是一种经济耐用的电机。能在四象限运行，能再生制动。易向高压、高速、大容量方向发展。是现在电动车驱动系统中主流使用的驱动系统。
缺点是在动态过程中，感应交流电机电磁转矩的准确、有效控制是一个难题。交流电机的转速受电源频率的制约。因此，交流电机的调速比较困难。传统的脉冲宽度调节和变频变压调速系统已不能满足电动汽车的驱动系统，近来发展起来的矢量控制和直接转矩控制使感应电机有了更宽的调速范围，有既能运行在基速以下的恒转矩区，也能运行在基速以上的恒功率区的机械特性。但交流调速技术存在系统复杂、价格昂贵、性能指标有待进一步提高的问题。感应电机的调速系统略低于直流电机的调速系统，另外感应电机的功率因数恒为滞后，功率因数低，普通交流电机空载时功率因数为0.2～0.4，满载时为0.86～0.89，小负荷范围内效率较低，转速下降时励磁电流增加，效率下降，转速越低，负载越小，效率越低。低速下无法长期运行，否则将导致感应交流电机温升过高，驱动电路复杂，若IGBT由于强干扰出现导通错误，有可能导致IGBT短路烧毁。另外感应交流电机起动电流大，不适用于重载起动、频繁起动、频繁正反转等场合。这些特点对于电动汽车来说是不利因素。其功率密度和效率密度也低于永磁电机。感应交流电机作为电动汽车的驱动系统逐渐失去其强势。
3 永磁电机
永磁电机是用永磁体取代电流励磁以产生气隙磁场的电机，可以减少电源的耗电量，对于整机设备来说有很大的经济价值。永磁电动机具有高的功率/质量比，比其他类型的电动机有更高的效率，更大的输出转矩[4]。电动汽车用永磁电机主要是永磁无刷电机，永磁无刷电机包括永磁直流无刷电机和永磁同步电机。
3.1 永磁直流无刷电机 永磁直流无刷电机亦称矩形波永磁无刷电动机，永磁体所产生的气隙磁场为矩形波。理想的矩形波磁场会产生恒定的电磁转矩。永磁无刷直流电机其工作原理是通过位置传感器检测到转子位置，然后通过开关控制线路控制定子绕组的通断电，实现电子换相。无机械磨擦，运行可靠，结构简单，不但具有原直流电机的优点同时还具有调速精度高，体积小效率高，高启动转矩等优点，特别适合于独立电机驱动尤其是轮边驱动的电动汽车[5]。缺点是由于换相电流很难达到理想状态，因此存在转矩脉动、振动噪声等问题，另外恒功率弱磁控制一直是其应用难点，高速受到限制。
3.2 永磁同步电机 永磁同步电机亦称正弦波永磁无刷电动机 ，嵌入式的永磁体的安装方式使电机更牢靠，转子在高速时永磁体不至于被甩出，为电机的高速运转提供了条件。永磁同步电机产生的是理想的恒转矩。基速下常用电流控制策略，单位电流最大转矩控制实现了电动汽车需要的低速下的最大转矩，同时满足相同转矩下的电流最小而降低了损耗提高了效率。永磁同步电机具有在弱磁控制下的基速以上的恒功率区尽可能宽广的调速范围，这也是电动汽车所需要的特性。另外采用最大转矩控制和弱磁控制相结合的同步永磁电机具有良好的功率特性。因此永磁同步电机在电动汽车的驱动系统中具有很强的竞争力。但永磁同步电机的缺点是在启动时容易产生制动转矩，造成启动困难，采用转子磁滞环在启动时增加磁滞和涡流转矩来克服制动转矩，造成转子成本增高。另一方面永磁体需冷却，在震动下有退磁现象，是永磁电机作为电动汽车驱动系统的不利因素。
永磁电机比较适合电动汽车的驱动系统，并且已在电动汽车中使用，日本、美国、法国等国家已有一定的研究和使用。永磁电机在电动汽车中有良好的使用前景，但由于价格较昂贵，目前只在小功率的电动汽车中应用。
4 开关磁阻电机
开关磁阻电机是一个双凸极可变磁阻电机，双凸极的结构造成了电机内部磁场的严重非线性，磁通沿磁阻最小方向闭合，是开关磁阻电机的运行原理。只要在定子和转子齿非对齐位置给相绕组通电，扭曲的磁力线产生磁应力使转子旋转，沿不同相顺序给相绕组通电，电机就会产生相应的正反转，在电感上升区给相绕组通电产生正转矩，在电感下降区给相绕组通电产生负转矩。可四象限运行，可用于电动和制动状态。
4.1 开关磁阻电机节能，效率高 开关磁阻电机系统是一种机电一体化节能型调速电机系统。它的功率变换简单，整个调速系统通过开关管的导通和关断以及电流幅值的控制易于实现系统的软启动和四象限运行，具有明显的相对优势。开关磁阻汽车发电机与普通交流发电机相比，不需要专用的整流二极管和电压调节器即能输出脉冲直流电，非常适合于蓄电池贮存电能，并且可以通过控制器控制充电，从而实现智能型充电，可以省电节能，提高蓄电池寿命[6]。功率变换器的电流续流流向电池，实现了能量回馈，提高了效率，节约电能效果显著。转子上无绕组，没有铜耗，而且涡流损耗小，使其在很宽的速度范围内效率达87%，不仅在额定输出状态下，而且在宽广的调速范围内也能保持高效率运行，比传统驱动系统高出至少10%，在低转速和非额定负载下高效率更加明显，可增加电池的续航里程。
4.2 开关磁阻电机可靠性高，过载强 由于开关磁阻电动机的功率变换器只给电机提供单方向的电流，故其比异步电动机PWM变频器简单、可靠。相绕组与开关串联直接相接，不会产生短路直通现象，可靠性较高。转子的凸极均有普通的硅钢片叠压而成，既无绕组也无永磁体，且非常坚固，机械强度高，过载能力强，使用寿命长。定子上有比较集中的绕组，易固定，比较牢靠，制造工艺简单，这种结构可允许较高的温升，易冷却，所以可以适当地提高电机的能量密度。具有无刷结构，适合于在高粉尘、高速、易燃易爆等较恶劣复杂环境下运行。开关磁阻电机的结构比较简单，牢固，价格相对于别的电动机来说比较便宜。
4.3 开关磁阻电机启动电流小、启动转矩大 对比其他调速系统启动性能，启动电流小，启动转矩大。直流电动机100%的启动电流获得100%启动转矩，鼠笼感应电动机为300%的启动电流获得100%的转矩。而开关磁阻电机启动电流为15%的额定电流时就获得了100%的额定转矩，启动电流在30%的额定电流时，启动转矩可达其额定值的150%。开关磁阻电机启动电流小，电机发热小，适于电动汽车的频繁启动、停车及正反转，适合于重载启动和较长时重载低速运行的电动车辆。在额定电压下，电动机在恒转矩特性转速范围内的最大转矩不低于额定转矩的130%。瞬间可输出4倍以上的扭矩，可提高电动汽车的性能；高转矩性能能很好地满足汽车的爬坡功能。
4.4 开关磁阻电机调速性能好，适于高速，功率因数高 与其他电机转子相比开关磁阻电机转子比较轻便，转动惯量小，速度响应快，特别适合高速运行，最高速可达10，0000rpm以上。开关磁阻电机可控制参数多，调速性能好。控制比较灵活方便：可通过控制开通角、关断角、导通角和端电压及不同组合的控制策略达到所需要求。在基速以下的恒转矩区实行电流斩波，即通过电流检测获得的绕组实际电流与给定的电流进行比较，调整电流波形从而得到输出转矩。在基速以上的恒功率区实行角度位置控制，即控制不同的开通关断角、导通角，从而得到更宽的速度范围。可控参数多使其在制动运行时有与电动运行时一样的优良转矩输出。普通交流电机空载时功率因数为0.2～0.4，满载时为0.86～0.89；而开关磁阻电动机调速系统的功率因数空载时可达0.995，满载时可达0.98。作为电动汽车的驱动系统有很大潜力。
开关磁阻电机的缺点是，由于开关磁阻电机是高度非线性的机械装置和使用非线性的供电电源，其转矩脉动和噪声大。因其有位置传感器，造成结构复杂。随着控制策略的优化和无位置传感器的进一步发展，这些问题将得到进一步的解决。
5 结语
电动汽车的这四种驱动系统各有优缺点。直流电机因效率低、可靠性差有逐渐被取代淘汰的趋势，交流感应电机由于其控制复杂逐渐失去其强势，永磁电机由于其昂贵的价格及退磁缺点目前应用不太广泛，开关磁阻电机如能改善其转矩脉动大的问题，将会是电动汽车驱动系统的一匹黑马。
参考文献：
[1]李征，周荣.电动汽车驱动电机选配方法[J].汽车技术，2007，（2）：16-18.
[2]王立颖.电动汽车的关键技术及发展[J].汽车工业研究，2009，（8）：12-15.
[3]易将能，韩力.电动车驱动电机及其控制技术综述[J].微特电机，2001，（4）：36-38.
[4]郭建龙，陈世元.电动汽车驱动用电机的选择[J].汽车电器.2007，（1）：9-12.
