从前文所述可知，驱动电动汽车空调压缩机运转的是三相永磁同步电机，而向空调三相电机供给的则应是三相高压交流电。电动汽车的电池只能提供直流电，为此必须要将电池的直流电转换为交流电，这个任务就由变频器承担，由它产生供给空调压缩机和三相永磁同步电机的交流电源。

图6-19 空调双压缩机的系统

1.三相永磁同步电机的特点

三相永磁同步电机在电动汽车上使用较多，驱动汽车行驶的动力就是由三相永磁同步电机提供的，维修人员了解这种电机的特点对维修工作很有帮助。电动汽车在不同历史时期采用了不同的电机，最早采用成本较低的直流电机，但它存在换向火花、高负载下转速受限制、体积大、经常需要维修等缺点，不能用作封闭式空调压缩机的驱动电机。而三相永磁同步电机具有体积小、质量轻、运转效率高、节省电能、可采用变频调速、运转极可靠、维护保养费用低等特点，因此现代封闭式空调压缩机首选三相永磁同步电机。

2.三相永磁同步电机的工作原理

三相永磁同步电机主要由定子与转子组成，利用通电的定子绕组产生旋转磁场，作用于永磁转子上形成磁拉力而同步旋转。电机定子通入三相对称交流电，从而在定子与转子的气隙间产生旋转磁场，不论定子旋转磁场与永磁转子起始时相对位置如何，定子的旋转磁极与转子的磁极间，总是会产生磁力拖动转子同步旋转。由于转子有磁极，在极低频率下也能旋转运行，所以它比异步电机的调速范围更宽。永磁同步电机转子同步转速可用公式计算：

n_同=60f_s/p_n

式中 n_同——电机转子的同步转速；

f_s——定子线圈的供电频率；

p_n——电机转子的磁极对数。

三相永磁同步电机的原理如图6-20所示，中部圆圈表示永磁转子，永磁体按N、S磁极沿圆周径向交替排列，图上外部三个小线圈表示定子上输入的对称三相正弦波交流电，产生的旋转磁场与永磁转子相互作用拖动转子同步旋转，并力图使定子与转子的轴线对齐。图6-20中n₀为电机的同步转速、T为转矩、θ为功率角。空调三相永磁同步电机转子的转速虽与定子的旋转磁场能同步，但当转子有负荷阻力时，会使电机转子与定子的磁场轴线间形成角差。功率角θ表示转子与定子的磁场轴线间的夹角，负荷越大，功率角θ也越大，它虽不影响转子的同步运转，但当负荷阻力超大时，功率角θ将造成转子失速停转。由于汽车空调的中小负荷起动与运行特性，不易使电机转子停转，故这种永磁同步电机适合驱动空调使用，可靠地运用在一体化的空调压缩机中，使用寿命较长。

3.变频器的作用

电动汽车空调的三相永磁同步电机，其定子需要通入三相交流电，但电动汽车上只有高压直流电池，所以需要变频器将直流电转化为交流电。电动空调的变频器使用了六个IGBT场效应管，是绝缘栅双极型晶体管，属于电压控制类器件，其特点是栅极的驱动功率小而饱和压降低，在电力系统和变流技术上广泛使用。IGBT管的导通或截止受控于其上的栅极电压，即控制IGBT的源极与漏极间通路或断路。如图6-21所示，当六个IGBT的栅极按一定规律轮流加上占空比脉冲调制控制电压时，就会让电池的直流高压电流经过变频器，在输出端形成三相正弦交流电流，利于三相永磁同步电机平稳运转，产生的转矩以驱动空调压缩机。图6-21中与IGBT管并联的二极管是电机三相绕组的续流二极管，起保护IGBT管的作用。(www.daowen.com)

图6-20 三相永磁同步电机的工作原理图

图6-21 电动空调的变频器原理图

4.调节制冷剂的排量

通过控制永磁同步电机定子各相绕组的通电频率及电流大小，可高精度调节电机转子的转速与转矩，并能直接控制压缩机的转速，达到调节制冷剂的排量，以适合汽车运行中对空调系统的不同工况要求。图6-22反映了输入电机的三相交流电的波形，图6-22a表示三相交流电的频率高，使得驱动电机的转速上升，电压的幅值大则会使电机的驱动转矩更强。而图6-22b则反之，电机的转速与输出转矩均较低。

图6-22 空调电机转速与转矩

5.变频器的系统电路

空调压缩机驱动电机变频器，其功能是控制空调的三相驱动电机运作，其内部各个电路（图6-23）的作用如下：①栅极驱动电路对各IGBT管的栅极进行控制，它接受处理器CPU的信号，当它给各栅极进行PWM脉冲调制时，将使输出电路得到正弦波的电压。通过IGBT管的通断频率还可控制空调压缩机的变速，同时它还受保护电路的监控。②系统保护控制电路接收输出电流、电压和空调温度等传感信号，不让其在过流、过压及超温状态下工作，用于对整个系统运行保护。③中央处理器CPU根据空调的目标温度和蒸发器实际温度，计算压缩机的目标转速，控制空调变频器栅极驱动电路的工作。而空调蒸发器的目标温度是由驾驶人设定温度、车外温度传感器、车内温度传感器、日照传感器及PTC温度传感器决定的。另外，车内湿度传感器产生CPU的校正信号，提高了乘坐的舒适性。④输入/输出接口电路负责对外部电路，如对动力管理系统电路进行通信信号的联系。⑤电源供给电路负责向CPU和栅极电路进行供电。

图6-23 空调压缩机驱动电机变频器的系统电路