电传动关键技术与概述

邹祎

摘要： 本文对电传动关键技术进行了综合性的阐述，介绍了电传动车辆中的五大关键技术：直流交流电机技术；电传动总体技术；高功率密度电子推进技术；动力分配与能量管理技术；电磁兼容技术；并从动力系统混合化及全电化两个方面对电传动战斗车辆的未来发展进行了展望。

Abstract： This paper illustrates key technologies of electrical transmission generally and introduces five kinds of key technologies of vehicle with electrical transmission： DC and AC motor technology， electrical transmission general technology， high power density electric propulsion technology， force distribution and power management technology， electromagnetic compatibility technology. Finally， this paper discusses the prospect of electrical transmission vehicle in two aspects： the hybrid system and full-electrical vehicle.

关键词： 电传动；装甲车辆；全电车辆

Key words： electrical transmission；armored vehicle；all electric vehicle

中图分类号：TJ811 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）36-0113-02

0 引言

装甲车辆是陆军主要武器装备之一，以高机动性、快速部署著称，被广泛应用于军队快速机动作战中，同时在应对城市作战、反恐、防爆、维和等任务中也发挥着举足轻重的作用。随着技术的发展，现代战争对装甲车辆提出了许多采用传统机械车辆难以实现的要求，在此背景下电传动装甲车辆应运而生。电传动装甲车辆是指采用电传动作为车辆驱动力传动方式的装甲车辆。电传动装甲车辆具有强大的越野性能、良好的加速性能、较经济的燃油消耗、易于保障及可静音行驶等优点，同时可为未来电磁炮和电磁装甲等新概念武器、防护装置提供可靠的电能保证，已成为装甲车辆的一个重要的发展方向。

1 电传动总体简介

全电战斗车辆是武器、装甲和传动系统均全部采用电力方式的战斗车辆。全电战斗车辆中的电传动技术引起了研究人员的关注。

电传动方式是将机械能转化为电能然后再转化为机械能的传动方式。电传动具有无级变速、布局灵活、效率较高、动车制动行驶安全的优点。电传动系统能够方便地对转速和转矩进行测定，并据此实现反馈控制，故可以发动机保持在最佳的工作状态，降低了车辆的燃油消耗率。但是电传动由其成本较高的缺点，自重大并对有色金属原料的消耗很高，大重量车辆更适合选择电传动方式。

主流的两种电传动方案如图1和图2所示。

图1结构发动机发电给车体左右电动机供电，通过控制两边电机的转速差实现转向。图2结构发动机带动发电机向牵引电机供电，通过传动轴带动左右侧车轮行驶；转向时，转向电动机提供转向功率，通过转向传动轴调节两侧履带的速度。

2 电传动装甲车辆的关键技术

2.1 直流和交流

电传动坦克所采用的发电机经历了从直流到交流的过程，早期电传动装甲车辆采用的均为直流发电机，八十年代以后电传动装甲车辆开始逐渐采用交流发电机。与直流发电机相比，交流发电机没有电刷，故不会出现电刷损耗，结构更为紧凑，效率更高，交流发电机和直流发电机相比，结构紧凑，效率高。由交流发电机产生的交流电，经过整流器整流后变为直流电，直接驱动直流电动机。

2.2 电传动总体技术

电传动结构安排，空间布置和控制策略非常灵活，不同的配置有不同的整车性能。故电传动车辆的设计方案根据车辆功能型号的不一样也有很大的不同。所以，对车辆进行总体设计及布局研究是电传动技术中相当重要的部分。

整车综合协调技术不仅是系统工程的核心控制技术，而且也是电传动的总体技术之一。整车综合协调控制也应该是建立在发动机-发电机组控制器和电动机组控制器基础之上，并将两者有机结合，且包含动力分配、能量管理、故障诊断等工作的一种综合控制。

2.3 高功率密度电子推进技术

全电战斗车辆需要低速大扭矩、体积小和功率大的牵引电机。电传动战斗车辆驱动电机有直流和交流电机。由于交流电机易于维护和耐用的优点，直流电机逐渐被交流电机取代。

与感应电机相比，永磁同步电机体积小、重量轻、效率高，虽然成本较高，大扭矩、大调速范围的实现需要弱磁控制，但永磁同步电机更适合于电传动车辆。

2.4 动力分配与能量管理

车辆制动过程和转向过程中伴随着能量的转移、再生利用。车辆重量越大，该过程所需能量越大。

随着电力电子技术的发展，再生能量的反馈和控制成为了可能。能量管理也已经成为提高整车效率和性能的关键。研究人员提出了各种方案，主体思想为凭借能量管理系统对车辆再生能量储存到储能设备中，当车辆爬坡、加速及转向时释放出来，为车辆提供较大的瞬时功率，节省能源，节约成本。

2.5 电磁兼容技术

在全电战斗车辆中，高电流和电能的快速转换会造成电磁干扰。永磁同步电机控制系统主电路中大功率开关器件在高频率开关工作条件下也会引起电磁干扰，而且器件在电压不为零的情况下开通关断带来的开关功率损耗会造成器件温度升高导致器件性能下降，所以限制了PWM的频率，不便于系统输出脉动的削减。针对此问题，研究人员开发出了直流环节谐振型逆变器和极谐振型软开关逆变器近来出现了直流环节谐振型逆变器和极谐振型软开关逆变器，该逆变器采用软开关技术，在器件端电压为零或流经电流为零时实现开关的通断，开关损耗和电磁干扰均比较小，噪声低，功率密度高，比较可靠。

3 坦克电传动系统展望

3.1 动力系统混合化

未来坦克电传动系统更倾向于采用混合动力源，即由发动机、发电机组和蓄电池组组成的动力系统。由于蓄电池组的存在，使车辆静音行驶，加速或爬坡时增大瞬时功率，下坡、减速或制动时再生制动能量的回收利用等成为可能，从而大大提高了履带车辆的动力性。

3.2 全电坦克

电磁炮、电热炮、车辆电子系统、控制与诊断系统、电磁装甲等都未来装甲车辆发展趋势都需要电能的支撑，电传动车辆采用的发电机产生的电能为这些技术的发展提供了基础。将履带车辆技术发展到“全电坦克”，战斗车辆的综合性能将更加优良，战斗车辆的火力、机动性能和防护性能都会有长足的进步。

4 结语

尽管我国在电传动技术领域已经有所突破，但在全电化陆战平台的高功率电机设计与控制、多电机协调控制、机电复合制动与能量回收、行驶控制、热管理系统等关键技术尚待突破。

参考文献：

[1]李建军， 盛洁波，王翠，等.异步电机定转子参数的辨识方法研究[J].电工技术学报，2006，21（1）：70-74.

[2]崔纳新，张承慧，李珂，等.基于参数在线估计的交流异步电动机效率最优控制[J].电工技术学报，2007，22（9）：80-85.

[3]Rehman H U， Derdiyok A， Guven M K， et al. An MRAS scheme for on-line rotor resistance daptation of an induction machine[C]//Vancouver， BC： Power Electronics Specialists conference （PESC）， 2001 IEEE 32nd Annual， 2001.

[4]凌强，徐文立，陈峰.关于感应电机转速观测和转子电阻辨识的研究[J].中国电机工程学报，2001，21（9）：58-62.

[5]陆海峰，瞿文龙，张磊，等.一种基于无功功率的异步电机矢量控制转子磁场准确定向方法[J].中国电机工程学报，2005，25（16）：116-120.

[6]Soto G G， Mendes E， Razek A. Reduced-order observers for rotor flux， rotor resistance and speed estimation for vector-controlled induction motor drives using the extended Kalman-filter technique[J]. IEEE Proceedings： Electric Power Applications， 1999， 146（3）： 282-288.

[7]Yu X， Dunnigan M W， Williams B W. A novel rotor resistance identification method for an indirect rotor flux-orientated controlled induction machine system[J]. IEEE Transactions on Power Electronics， 2002， 17（3）： 353-364.

[8]夏超英.交直流传动系统的自适应控制[M].北京：机械工业出版社，1998.

[9]Marian P Kazmierkowski， Luigi Malesani. Current control techniques for three-phase voltage-source PWM converters a survey [J]. IEEE Trans. on Industrial Electronics， 1998，45（5）.

[10]Maiti S， Chakraborty C， Hori Y， et al. Model Reference Adaptive Controller-Based Rotor Resistance and Speed Estimation Techniques for Vector Controlled Induction Motor Drive Utilizing Reactive Power[J]. IEEE Trans. on Industrial Electronics， 2008，55（2）.