第4章 驱动电动机2课件

1、规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 1 页4. 1概述概述4. 2直流电动机直流电动机4. 3交流异步电动机交流异步电动机4. 4开关磁阻电动机开关磁阻电动机4. 5永磁同步电动机永磁同步电动机4. 6其它电动机其它电动机4. 7新能源汽车驱动系统的发展方向新能源汽车驱动系统的发展方向规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGI

2、NEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 2 页4. 1. 1 新能源汽车电动机驱动系统的种类和特点4. 1. 2 新能源汽车对电动机的性能要求4. 1. 3 电动车用电动机的分类4.1 4.1 概述概述规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 3 页1. 纯电动汽车的电动机驱动系统l单电动机驱动的纯电动汽车中使用的电动机，不需要太大的变速范围，可有效使用较小容量的永磁电动机；因为有差速减速器，并且不需要太大的变

3、速范围，故可采用无离合器和传动装置的传动系统。l没有传动装置，运转更加容易，但这样也需要低速大转矩、速度变化区域大的电动机。l去除了差速器的系统称为无差速系统，这种电动机是把传统电动机的定子变成可动的结构；另一方面，当转子上电的时候可以相互反向回转。l双电动机驱动方式分为前后驱动和双轮毂式电动机两类，双轮毂电动机及其逆变器的制造成本价较高。l四轮毂式电动机把电动机组装在轮毂中，机构更紧凑。4.1.1 新能源汽车电动机驱动系统的种类和特点规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽

4、车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 4 页2. 混合动力电动汽车的电动机驱动系统4.1.1 新能源汽车电动机驱动系统的种类和特点（1）串联式混合动力汽车 串联式混合动力汽车解决了纯电动车续驶里程短这个 难题，行驶中或者停车时由能量源向电池充电。能量源与车轮在结构上没有机械连接，因此驱动系统 的结构具有更大的自由度。 规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 5 页串联式混合动力汽车的能量流动（以发动机为能源）规格严格 功夫

5、到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 6 页串联式混合动力汽车的能量流动 （以燃料电池为能源）规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 7 页2. 混合动力电动汽车的电动机驱动系统4.1.1 新能源汽车电动机驱动系统的种类和特点（2）并联式混合动力汽车 l并联式混合动力汽车驱动系统

6、中装载的电动机/发电机，根 据制动或驱动需求，发动机随着运转状况改变转速和输出 功率。l制动时，电动机/发电机处在发电机模式，电池回收电力。l启动、加速时，作为电动机提供驱动转矩。 规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 8 页2. 混合动力电动汽车的电动机驱动系统4.1.1 新能源汽车电动机驱动系统的种类和特点（3）混联式混合动力汽车 混联式混合驱动方式具有发电机和电动机。与同样具有发电机和电动机的串联式混合动力汽车不 同，发动

7、机与车轮通过机械结构连接到一起。尽管电动机的设计容量较小，但是在小功率时可作为纯 电动汽车运转，能实现多种驱动方式。对于内燃机汽车来说，在路况恶劣需要频繁启动和停止 的行驶条件下，可回收制动使之相对节省一些燃油。 规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 9 页 （1）体积小、重量轻； （2）在整个运行范围内的高效率； （3）低速大转矩特性及较宽范围内的恒功率特性； （4）高可靠性； （5）高电压； （6）电气系统安全性高。4.1.

8、24.1.2 新能源汽车对电动机的性能要求规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 10 页4.1.34.1.3 电动车用电动机的分类新能源汽车经常采用的驱动电动机包括直流电动机、交 流异步电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机。最早应用于电动汽车的是直流电动机，这种电动机的优 点是控制性能好、成本低。随着电子技术、机械制造技术和自动控制技术的发展， 交流异步电动机、永磁电动机和开关磁阻电动机表现出 比直流电动机更加优越的性能，这些电动

9、机正在逐步取 代直流电动机。电动汽车技术与原理 第 11 页电动车用电动机的分类电动汽车技术与原理 第 12 页返回电动汽车用电动机基本性能比较 规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 13 页4. 2. 1 直流电动机的分类直流电动机的分类4. 2. 2 直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理4. 2. 3 直流电动机的结构直流电动机的结构4. 2. 4 电动汽车用直流电动机电动汽车用直流电动机4. 2. 5直流电动机的调速方

10、法直流电动机的调速方法规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 14 页1. 他励式直流电动机2. 并励式直流电动机3. 串励式直流电动机4. 复励式直流电动机4.2.1 4.2.1 直流电动机的分类直流电动机的分类规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 15 页 定子

11、有一对N、S极，电枢绕组的末端分别接到两个换向片上，正、负电刷A和B分别与两个换向片接触。 如果给两个电刷加上直流电源，则有直流电流从电刷A流入，从电刷B流出。根据电磁力定律，载流导体受到电磁力的作用，其方向可用左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。 外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过电流是交流的，其产生的转矩方向却是不变的。4.2.2 4.2.2 直流电动机的工作原理规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工

12、程学院电动汽车技术与原理 第 16 页导体ab处于N极下 导体ab处于S极下规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 17 页1. 定子部分l（1）主磁极l（2）机座l（3）换向极l（4）电刷装置4.2.34.2.3 直流电动机的结构2. 转子部分l（1）电枢铁心l（2）电枢绕组l（3）换向器电动汽车技术与原理 第 18 页直流电动机结构图(一)电动汽车技术与原理 第 19 页直流电动机结构图(二)规格严格 功夫到家（威海）（威海）

13、HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 20 页1. 直流电动机的驱动特性l基本转速以下为恒转矩区，基本转速以上为恒功率区。l在恒转矩区，励磁电流保持不变，改变电枢电压来控制转矩。l在高速恒功率区，电枢电压不变，改变励磁电流或弱磁来控制转矩。l这种特性很适合汽车对动力源低速高转矩、高速低转矩的使用需求。l直流电动机结构简单，易于平滑调速，加之控制技术成熟，所以几乎所有早期的电动车都是采用直流电动机。4.2.44.2.4 电动汽车用直流电动机规格严格 功夫到家（威海

14、）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 21 页直流电动机的驱动特性 规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 22 页2. 直流电动机的特点l（1）调速性能好l（2）启动力矩大l（3）控制简单l（4）有易损件4.2.44.2.4 电动汽车用直流电动机规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARB

15、IN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 23 页3. 电动汽车用直流电动机的要求l（1）抗振动性l（2）对环境的适应性l（3）低损耗性l（4）抗负荷波动性l（5）小型、轻量化l（6）免维护性4.2.44.2.4 电动汽车用直流电动机规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 24 页 4. 直流电动机的应用l电动

16、汽车所使用的直流电动机主要是他励式直流电动机、串励式直流电动机、复励式直流电动机3种类型。l小功率（100kW）的电动机采用串励式，可用在要求低速、高转矩的大型专用电动车上，如电动矿石搬运车、电动玻璃搬运车等。4.2.44.2.4 电动汽车用直流电动机规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 25 页4.2.5 4.2.5 直流电动机的调速方法电磁转矩 转速 ameIKTeaKRIUn改变电枢电压调速是直流 调速系统采用的主要方法

17、直流电动机的物理模型 规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 26 页4.2.5 4.2.5 直流电动机的调速方法常用的可控直流电源（1）旋转变流机组（2）静止可控整流器（3）直流斩波器或脉宽调制变换器规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 27 页旋转变流机组供电的

18、直流调速系统规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 28 页晶闸管-电动机调速系统原理框图规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 29 页直流斩波器原理电路及输出电压波形返回规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY

19、SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 30 页 异步电动机又称感应电动机。气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩。实现电能量转换为机械能量的一种交流电动机。 主要内容：主要内容： 基本结构基本结构 工作原理工作原理 机械特性机械特性 控制方法控制方法 规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 31 页电动机的分类电动机的分类交流电动机交流电动机电电

20、动动机机直流电动机直流电动机异步机异步机同步机同步机他励、异励、串励、复励他励、异励、串励、复励单相异步电动机单相异步电动机两相异步电动机两相异步电动机三相异步电动机三相异步电动机鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式转子转子结构结构绕组绕组相数相数规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 32 页YBZXAC转子转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机机 座座规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TEC

21、HNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 33 页三相异步机的结构三相异步机的结构电动汽车技术与原理 第 34 页上一页上一页下一页下一页返返 回回下一节下一节1). .定子定子铁心：铁心：内周有槽的硅钢片内周有槽的硅钢片 叠成。叠成。U1 -U2V1 -V2W1-W2三相绕组三相绕组机座：机座：铸钢或铸铁铸钢或铸铁端盖：固定、支撑、防护端盖：固定、支撑、防护定子定子:产生旋转磁场产生旋转磁场定子三相绕组的六个出线头可根据需要灵活地接定子三相绕组的六个出线头可根据需要灵活地接成星形（成星形（Y形）或三角形（形）

22、或三角形（形）。形）。联结联结Y联结联结电动汽车技术与原理 第 36 页Y/ 接法接法 Y 接法：接法： 接法：接法：AB CZX YA B CZX YABCXYZAZBYXCABCXYZ接线盒：接线盒：电动汽车技术与原理 第 37 页转子转子: : 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。鼠笼转子鼠笼转子铁心：铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。由外周有槽的硅钢片叠成。 (1) 鼠笼式转子鼠笼式转子 铁心槽内放铜条，端铁心槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。部用短路环形成一体。 或铸铝形成转子绕组。或铸铝形成转子绕组。(2) 绕线式转子绕线式转子 同定子绕组

23、一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节 另一端分别接滑环，可外接电阻另一端分别接滑环，可外接电阻规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 38 页鼠笼式：鼠笼式： 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。变电动机的机械特性。绕线式：绕线式： 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子结

24、构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。外加电阻可人为改变电动机的机械特性。上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节电动汽车技术与原理 第 39 页三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据 三相异步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132S6功功 率率 3 kW 频频 率率 50Hz电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y转转 速速 960r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等级 B1.1.型号型号 Y132S6Y系列异步机系列异步机机座中心高度机座中心高度机座长度代号机座长度代号 2p = 6n0

25、 = 1 000 r/min2. 额定功率额定功率 PN PN = 3 kW轴上输出轴上输出机械功率机械功率的额定值的额定值3. 额定电压额定电压 UN UN = 380 V定子三相绕组应施加的定子三相绕组应施加的线电压线电压磁极数磁极数上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节电动汽车技术与原理 第 40 页4. 额定电流额定电流 IN IN = 7.2A 三相异步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132S6功功 率率 3 kW 频频 率率 50Hz电电 压压 380 V 电电 流流 7.2 A 联联 结结 Y转转 速速 960r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级

26、绝缘等级 B定子三相绕组的额定定子三相绕组的额定线电流线电流上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节6. 额定转速额定转速nN电机在额定电压、额定负载下运行时的电机在额定电压、额定负载下运行时的转子转速转子转速。5. 联结方式联结方式通常三相异步电动机通常三相异步电动机3kW以下者，联结成星形，以下者，联结成星形，4kW以上者，联结成三角形。以上者，联结成三角形。三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据电动汽车技术与原理 第 41 页 三相异步电动机三相异步电动机型型 号号 Y132S6功功 率率 3 kW 频频 率率 50Hz电电 压压 380 V 电电 流流 7.

27、2 A 联联 结结 Y转转 速速 960r/min 功率因数功率因数 0.76 绝缘等级绝缘等级 B8. 8. 绝缘等级绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为为A、E、B、F、H五级，五级，A级最低级最低(105C)(105C)，H级最高级最高(180(180C)C)。7. 额定功率因数额定功率因数N = cos N上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOM

28、OBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 42 页n0nei2 2 三相异步电动机工作原理三相异步电动机工作原理NSf磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈AXYCBZ 6010pfn BlvBliFvF0nNS电动汽车技术与原理 第 44 页 线圈跟着磁铁转线圈跟着磁铁转两者转动方向一致两者转动方向一致 结论：结论：异步异步 线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢0nnn0neiNSf电动汽车技术与原理 第 45 页（1）旋转磁场的产生）旋转磁场的产生AYCBZ异步机中旋转磁场代替了旋转磁极异步机中旋转磁场代替了旋转磁极AiBiCimIt0n()电流出电流出( )电流入电

29、流入X240sin120sinsintIitIitIimCmBmA1）旋转磁场）旋转磁场电动汽车技术与原理 第 46 页0tAXYCBZNSAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁场方向：合成磁场方向：向下向下电动汽车技术与原理 第 47 页 60tAXYCBZSN0n60120t其它电流角度下其它电流角度下的磁场方向：的磁场方向：AiBiCitmI0nAXYCBZSN180tXBZ0nAYCNS规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技

30、术与原理 第 48 页上一页上一页下一页下一页返回返回上一节上一节下一节下一节 二极旋转磁场二极旋转磁场规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 49 页 极对数极对数p（2）旋转磁场的转速）旋转磁场的转速n0 同步转速同步转速如何改变旋转磁场的转速？如何改变旋转磁场的转速？ Y 型接法，每相绕组有一个线圈，型接法，每相绕组有一个线圈，按右图放入定子槽内按右图放入定子槽内;合成旋转磁场只有一对磁极，极对合成旋转磁场只有一对磁极，极对

31、数为数为 1, p = 1U1U2V1V2W2W1上一页上一页下一页下一页返回返回上一节上一节下一节下一节U1U2V1V2W1W2i3i1i2电动汽车技术与原理 第 50 页 Y Y 型接法，每相绕组用两个线圈串联型接法，每相绕组用两个线圈串联, ,按下图放入定子槽；按下图放入定子槽；形成的磁场是两对磁极，形成的磁场是两对磁极，p = 2 U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3上一页上一页下一页下一页返回返回上一节上一节下一节下一节i2W2V4U1V1W1U2V2W3U3U4V3W4i1i3 三相绕组三相绕组 四极旋转磁场四极旋转磁场电动汽车技术与原理 第 51 页上一页上一页下一页

32、下一页返回返回上一节上一节下一节下一节电动汽车技术与原理 第 52 页电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转一圈旋转磁场转一圈电流每秒钟变化电流每秒钟变化 50 周周 旋转磁场转旋转磁场转 50 圈圈 旋转磁场转旋转磁场转 3000 圈圈电流每分钟变化电流每分钟变化 (5060) 周周p = 1 时：时：电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转半圈旋转磁场转半圈电流每秒钟变化电流每秒钟变化 50 周周 旋转磁场转旋转磁场转 25 圈圈 旋转磁场转旋转磁场转 1500 圈圈电流每分钟变化电流每分钟变化 (2560) 周周p = 2 时：时：上一页上一页下一页下一页返回返回上一节上一节下一节下一节电动汽

33、车技术与原理 第 53 页三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速p 为任意值时：为任意值时：上一页上一页下一页下一页返回返回上一节上一节下一节下一节2p180分）转/( 50011p360分）转/( 0003极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速Hz)50(1 f3p120分）转/( 00014p分分）转转/( 75090分）转/( 600pfn 电动汽车技术与原理 第 54 页旋转方向：取决于三相电流的相序。旋转方向：取决于三相电流的相序。（3）旋转磁场的转向）旋转磁场的转向旋转磁场是沿着：旋转磁场是沿着：U1V1W1U1U2V1V

34、2W2W1i1i2上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节L1L2L3U1U2V1V2W1W2i3i1i2ImOti3i1U1， i2V1， i3W1电动汽车技术与原理 第 55 页旋转磁场是沿着：旋转磁场是沿着：U1W1V1U1U2V1V2W2W1L1L2L3U1U2V1V2W1W2i2i1i3i1U1， i2W1， i3V1任意对调两根电源进线，磁场反转。任意对调两根电源进线，磁场反转。上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBI

35、LE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 56 页2）工作原理）工作原理对称三相绕组对称三相绕组通入对称三相电流通入对称三相电流旋转磁场旋转磁场(磁场能量磁场能量)磁场切割磁场切割转子绕组转子绕组转子绕组中转子绕组中产生产生 e 和和 i转子绕组在磁场中转子绕组在磁场中受到电磁力的作用受到电磁力的作用转子旋转起来转子旋转起来机械负载机械负载旋转起来旋转起来三相交流电能三相交流电能输出机械能量输出机械能量上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHO

36、OL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 57 页NS（1）电磁转矩的产生）电磁转矩的产生 用右手定则判断转用右手定则判断转子绕组中感应电流的子绕组中感应电流的方向方向 用左手定则判断转用左手定则判断转子绕组受到的电磁力子绕组受到的电磁力的方向的方向电磁力电磁力电磁转矩电磁转矩TT 与与 n0 同向同向上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节 工作原理示意图工作原理示意图规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGIN

37、EERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 58 页电动机转速电动机转速 n 和旋转磁场同步转速和旋转磁场同步转速 n0关系关系电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但但 n n0转差率转差率 :00nnns起动时起动时: n = 0， s = 1额定运行时额定运行时: s = 0.01 0.06 称异步电动机或感应电动机称异步电动机或感应电动机上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节0s 1电动汽车技术与原理 第 59 页转子转速亦可由转差率求得转子转速亦可由转差率求得0)(1nns 例：例：一台三相异步电动机，其额定

38、转速一台三相异步电动机，其额定转速 nN =975 r/min，电源频率，电源频率 f1=50 Hz。 试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知速的关系可知：n0=1000 r/min , 即即p=3额定转差率额定转差率为为2.5%100%10009751000%1000N0nnnS上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTO

39、MOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 60 页起动时：起动时：n = 0, n = n0 转子电磁感应最强转子电磁感应最强 转子电路电流的频率：转子电路电流的频率： f2 = f1 当当n n 转子电路电流的频率转子电路电流的频率 f2 （ f1）稳定运行时：稳定运行时： n = n0n很小很小转子电路频率的变化转子电路频率的变化上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工

40、程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 61 页2f取决于转子和旋转磁场的相对速度取决于转子和旋转磁场的相对速度1000026060SfPnnnnPnnf转子电路电流的频率转子电路电流的频率规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 62 页机械角度机械角度 一个圆周几何角度是360 称为360机械角度电角度电角度 按正弦规律随时间变化的物理量交变一次 称为360电角度电角度和机械角度的关系电角度和机械角度的关系u 在电机中，导体经

41、过一对磁极，感应电动势交变在电机中，导体经过一对磁极，感应电动势交变一次，对应的一次，对应的电角度电角度为为360360u 电机极对数为电机极对数为p p，一个圆周代表，一个圆周代表p p360360电角度，电角度，转子机械角度转子机械角度对应的电角度为对应的电角度为 p p 电机转子电机转子 机械角度与电角度机械角度与电角度规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 63 页（2）电磁转矩的方向）电磁转矩的方向 转子旋转的方向转子旋

42、转的方向 与旋转磁场的转向相同与旋转磁场的转向相同。电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致。电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致。上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节任意对调两根电源进线，电动机反转。任意对调两根电源进线，电动机反转。规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 64 页i2转、定子电路转、定子电路R1R2i1u1e1e 1e2e 2 ：漏磁通：漏磁通产生的感应电动产生的感应电动势。势。 ：主磁通产：主磁

43、通产生的感应电动势。生的感应电动势。e1e2、e 1e 2、dtdNeeeRiu1111111定子边：定子边：（3）电磁转矩）电磁转矩 T的计算的计算 电动汽车技术与原理 第 65 页111111111124.442mmmmmUN N fUEUf N tNm111cosmNfE22244. 4转子边：转子边：20。 电压电压tsin1mdtdNu11设电动汽车技术与原理 第 66 页2202220222222)(SXRSEXREI其中其中202122222SXLSfLfX202122244.444.4SENSfNfEmmX20= 2 f1L2E20= 4.44 f 1N2 电流电流220222

44、0max2XREI)0n( 1s 0I)nn( 020 s2ISn电动汽车技术与原理 第 67 页转子功率因数转子功率因数220222222222)(cosSXRRXRR202SXR)(s 高高速速很很小小时时1cos2 202XRSS大时大时( (低速低速) )2cossn额定负载时为额定负载时为 0.7-0.9 0.7-0.9 空载时约为空载时约为 0.2-0.30.2-0.3电压与电流之间的相位差的余弦 s1cos2规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车

45、工程学院电动汽车技术与原理 第 68 页变变化化曲曲线线随随、S cosI22 I2s1I2,2cos O2cos 1n n0 0 0 n 0 n%100nnns00 22022202)(SXRSEI2202222)(cosSXRR电动汽车技术与原理 第 69 页22022202)(SXRSEI2202222)(cosSXRRmNfU11144.4将其中参数代入：将其中参数代入：21220222)(UsXRsRKT22cosIKTmT电磁转矩电磁转矩公式公式转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下, 受到电磁力所形成的转受到电磁力所形成的转距之总和。距之总和。22c

46、os, , IT 规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 70 页21220222)(UsXRsRKT21U型型电磁转矩电磁转矩影响因素影响因素规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 71 页（4）转矩平衡）转矩平衡转轴上输出的转矩为转轴上输出的转矩为: : T2 =

47、 T T0 电动机稳定运行，即匀速转动电动机稳定运行，即匀速转动: : T2 = T L 转矩平衡转矩平衡: : T = T L + T0 T T L T2 若若TL TTL n (n0 n) 切割加快切割加快 E2 I2 F T 至至T = TL 以较原转速低的以较原转速低的n 重新匀速转动重新匀速转动规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 72 页3 3 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性22022212)(sXRUsR

48、KTNnmaxTstTOnTNT0nmaxTmSNSOTSstT1NT00/ )(nnnsNnNT)/()(9550NNN分分转转千千瓦瓦nPT OnT0n某电机额定功率某电机额定功率 7.5kw 额定转速为额定转速为1440r/min 则额定转矩则额定转矩nPnPT9550602 m.N7 .4914405 .795509550NNN nPT21220222UsXRsRKT)(2021max2XUKT 0dd ST令：令：求得求得202mXRss 临界转差率临界转差率On0nTmax将将sm代入转矩公式，可得代入转矩公式，可得22022212)(sXRUsRKT 22022212stXRUR

49、KT 电动机起动时的转矩。电动机起动时的转矩。起动时起动时 n= 0 ，s =1 st121st, ) 1 (TUUT(2) Tst与与 R2 有关有关 R2 Tst 绕线式电机改变转子附加电阻绕线式电机改变转子附加电阻 R 2 , 可使可使Tst =Tmax体现了电动机带载起动的能力。体现了电动机带载起动的能力。 0nOnTT2 sT2 TT =T2n T T 2达到新的平衡达到新的平衡T20nnTOnmaxTmSNSOTSstT1NT规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING

50、汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 77 页电源电压、频率、极对数、定子或转子回路接入附属设备任意一项改变得到的机械特性称为人为机械特性3 3 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 78 页1. 改变磁极对数改变磁极对数 p2. 改变转差率改变转差率 s 3. 改变电源频率改变电源频率 f1 (变频调速变频调速)调速方法：调速方法：有级调速有级调速无级或有级调速无级或有级调速无

51、级调速无级调速 n = (1 s) n0 = (1 s) p60 f1上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节在负载不变的前提下，人为改变电动机的转速在负载不变的前提下，人为改变电动机的转速4 4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 79 页转子绕组不需与其他电源相连，其定子电流直接取自交流电力系统；转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率，因而调速性能较差；运行时，

52、从电力系统吸取无功功率以励磁，这会导致电力系统的功率因数变坏。规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 80 页 （1）小型轻量化； （2）易实现转速超过10000r/min的高速旋转； （3）高速低转矩时运转效率高； （4）低速时有高转矩，以及有宽泛的速度控制范围； （5）高可靠性（坚固）； （6）制造成本低； （7）控制装置的简单化。规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYS

53、CHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 81 页缺点：结构较复杂，价格较高，换向器与电刷处缺点：结构较复杂，价格较高，换向器与电刷处有火花放电，需定期维护有火花放电，需定期维护 （无刷直流电（无刷直流电动机不必）。动机不必）。规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 82 页1）矢量控制l矢量控制也称磁场定向控制，该控制方式实现了交流电动机磁通和转矩的解耦控制，使

54、交流传动系统的动态特性有了显著的改善，在提高电动汽车驱动器的动态性能方面，相对于变频调速控制，磁场定向控制得到了较多关注。l矢量控制实现的基本原理是通过测量和控制异步电动机定子电流矢量，根据磁场定向原理分别对异步电动机的励磁电流和转矩电流进行控制，从而达到控制异步电动机转矩的目的。规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 83 页 如果能将交流电机的物理模型等效地变换成类似直流电机的模式，分析和控制就可以大大简化。坐标变换正是按照这

55、条思路进行的。规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 84 页ABCABCiAiBiCFs 三相交流绕组规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 85 页相绕组轴线的确定相绕组轴线的确定规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHN

56、OLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 86 页Fiis规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 87 页sFdqidiq励磁电枢规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 88 页 现在先考

57、虑第一种坐标变换在三相静止绕组A、B、C和两相静止绕组、 之间的变换，或称三相静止坐标系和两相静止坐标系间的变换，简称 3/2 变换。 规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 89 页CAN2iN3iAN3iCN3iBN2i60o60oB三相和两相坐标系与绕组磁动势的空间矢量 规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院电动汽车技术与原理 第 90 页磁动势波形正弦分布三相总磁动势与二相总磁动势相等两套绕组瞬时磁动势在 、 轴上投影相等 )2121(60cos60cosCBA3C3B3A32iiiNiNiNiNiN)(2360sin60sinCB3C3B32iiNiNiNiN三相两相坐标系的变换公式规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERIN