新能源汽车驱动电机及控制系统检修 习题及答案 吴常红 项目一 新能源汽车驱动电机及控制系统认知

《新能源汽车驱动电机及控制系统检修》习题（教师版）项目一新能源汽车驱动电机及控制系统认知任务一新能源汽车驱动电机电磁基础认知一、填空题（2分/空，共36分）1.电磁感应现象反映电和磁之间的相互联系和转化关系。2.电机、发电机也被认为是一种依据电磁感应定律实现电能转换或传递的电磁装置。3.磁感应强度B与面积S的乘积，叫做穿过这个面的磁通量。4.在电磁感应现象中产生的电动势，叫做感应电动势。5.电流周围存在磁场的现象称为电流的磁效应。6.电机泛指电动机和发动机。7.交流发电机由转子总成、定子总成、电刷组件、整流器、电压调节器、风扇和前后端盖等组成。8.交流发电机的基本原理是电磁感应原理。9.根据电机的磁极数与绕组分布形成实际磁极数的关系，定子绕组可分为显极式与庶极式两种类型。10.根据线圈绕制的形状与嵌装布线方式的不同，定子绕组可分为集中式和分布式两类。二、单选题（4分/题，共20分）1.安培力的计算公式为（C）。A.F=BB.F=BILC.F=BILD.F=BI2.根据法拉第电磁感应定律，ΔΦ代表（B）A.电流的变化量B.磁通量的变化量C.电压的变化量D.电动势能3.电机究竟运行在何种状态,关键取决于(A)A.能流方向B.电机的结构C.电流方向D.电压大小4.目前应用最广，其内部带有二极管整流电路的(B)。A.单相交流发电机B.三相交流发电机C.单相直流发电机D.三相直流发电机5.发电机的定子为电枢，由定子铁芯与对称的三相定子绕组组成，三相绕组彼此相隔(A)。A.30°B.60°C.90°D.120°三、判断题（4分/题，共24分）1.闭合线圈产生的感应电动势的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正相关。（×）2.与磁铁缓慢靠近或远离线圈相比，磁铁快速靠近或远离线圈时，磁通量ΔΦ变化相同，但变化所需的时间Δt更长。（×）3.集中式绕组一般仅有一个或几个矩形框线圈组成。（√）4.采用分布式绕组的电机定子没有凸性的极掌，每个磁极都是由一个或几个线圈按照一定的规律嵌装布线组成线圈组。（√）5.迭式绕组是所有线圈的形状大小完全相同（单双圈例外），分别以每槽嵌装一个线圈边，并在槽外端部逐个相迭均匀分布的型式。（√）6.一般三相异步电机的定子绕组较多采用同心式绕组。（×）四、简答题（4分/题，共20分）1.在电机定子线圈的连接方法中，请简述以定子绕组形成磁极来区分的方法。参考答案：根据电机的磁极数与绕组分布形成实际磁极数的关系，定子绕组可分为显极式与庶极式两种类型。（1）显极式绕组在显极式绕组中，每个线圈形成一个磁极，绕组的线圈数与磁极数相等。在显极式绕组中，为了要使磁极的极性N和S相互间隔，相邻两个线圈里的电流方向必须相反，即相邻两个线圈的连接方式必须尾端接尾端，首端接首端，也即反接串联方式。（2）庶极式绕组1）在庶极式绕组中，每个线圈形成两个磁极，绕组的线圈（组）数为磁极数的一半，因为另半数磁极由线圈产生磁极的磁力线共同形成。2）在庶极式绕组中，每个线圈（组）所形成的磁极的极性都相同，因而所有线圈（组）里的电流方向都相同，即相邻两个线圈（组）的连接方式应该是尾端接首端，即顺接串联方式。2.根据所学过的电磁感应现象，您知道什么是电磁感应定律吗？请说出其概念并列出其数学表达式。参考答案：线圈产生的感应电动势大小可用法拉第电磁感应定律（简称电磁感应定律）来计算。法拉第电磁感应定律指出：闭合线圈产生的感应电动势的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比，其数学表达式为：E=N式中E代表电动势，单位为V；N代表线圈的匝数；ΔΦ代表磁通量的变化量，单位为T；Δt代表磁通量变化所需的时间，单位为s。与磁铁缓慢靠近或远离线圈相比，磁铁快速靠近或远离线圈时，磁通量ΔΦ变化相同，但变化所需的时间Δt更短，故线圈产生的电动势会更高。3.在以定子绕组的形状与嵌装布线方式区分中，您知道什么是分布式绕组吗？请说说您的认知。参考答案：分布式绕组是指采用分布式绕组的电机定子没有凸性的极掌，每个磁极都是由一个或几个线圈按照一定的规律嵌装布线组成线圈组。根据嵌装布线排列的形式不同，分布式绕组又可分为同心式、迭式两类。（1）同心式绕组是同一线圈组的几个大小不同矩形线圈按同一中心的位置逐个嵌装排列成回字形的型式。同心式绕组又分单层与多层。一般单项电机和部分小功率三相异步电机的定子绕组采用这种型式。（2）迭式绕组是所有线圈的形状大小完全相同（单双圈例外），分别以每槽嵌装一个线圈边，并在槽外端部逐个相迭均匀分布的型式。迭式绕组又分单层迭式和双层迭式两种。4.您知道什么是电磁感应现象吗？请介绍电磁感应现象的概念及工作原理。参考答案：电磁感应现象是指当闭合电路的部分导体在磁场中切割磁感线，或者穿过闭合电路的磁感线数量（即磁通量）发生变化时，闭合电路中就会有电流产生。此时产生的电动势称为感应电动势或感生电动势，产生的电流则称为感应电流或感生电流。电磁感应现象反映电和磁之间的相互联系和转化关系，即：当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中就有感应电流产生。5.下图分别为交流发电机发电和感应电动势输出波形示意图，请根据图形简要描述出交流发电机的基本原理。参考答案：当发电机的转子绕组中通入直流电，转子在发动机的带动下旋转，产生一个旋转的磁场，使得相对静止的定子绕组切割磁力线而产生感应电动势。由于转子磁极铁芯制作成鸟嘴形特殊结构，可使定子绕组感应产生的交流电动势近似于正弦曲线波形，因此三相电枢绕组产生的感应电动势按正弦规律变化。项目一新能源汽车驱动电机及控制系统认知任务二新能源汽车驱动电机认知一、填空题（2分/空，共36分）1.新能源汽车包含混合动力、燃料电池电动、氢发动机、纯电动等汽车种类。2.电动汽车驱动电机是影响整车性能的关键因素之一。3.电机类型的选择、车辆驱动方式的确定、电机控制系统的可靠性与安全性是电动汽车开发时首先应考虑的问题。4.当前应用于电动汽车中的驱动电机主要包括直流电机、三相交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机等类型。5.直流电机的电枢电流需要由电刷和机械换向器引入，换向时易产生电火花，从而产生换向器容易烧蚀，电刷容易磨损之类的问题，需要经常维护。6.由于电刷部分存在接触磨损，不仅使电机效率降低，还限制了电机运行的最高转速。7.三相交流异步电机主要通过矢量控制技术改善交流电机的输出转矩特性。8.三相交流异步电机有绕线式和鼠笼式两种转子结构。9.永磁同步电机的转子结构使用永磁材料，具有体积小、重量轻，启动转矩大，效率高的优点。10.根据转子不同，PMSM有表贴式和内置式两种类型。二、单选题（4分/题，共20分）1.采用蓄电池作为动力源，成本低、无污染，发展潜力大的是（D）。A.混合动力汽车B.燃料电池电动汽车C.氢发动机汽车D.纯电动汽车2.具有结构简单、工作周期长、成本低、易维护优点的电机是（B）。A.直流电机B.三相交流异步电机C.永磁同步电机D.开关磁阻电机3.开关磁阻电机的结构比其他电机简单，效率可达(C)A.68%-80％B.80%-90％C.85%-90％D.89%-98％4.具有转矩密度高、功率密度高、效率高、调速性能好等优点的电机是(C)。A.直流电机B.三相交流异步电机C.永磁同步电机D.开关磁阻电机5.与永磁同步电机相比，三相交流异步电机的优点是(B)。A.功率密度高、效率高B.结构简单、可靠性较高C.体积小、重量轻D.效率高、调速性能好三、判断题（4分/题，共24分）1.电动汽车驱动电机通常使用直流电机。（×）2.特斯拉电动汽车驱动电机采用的是绕线式转子异步电机。。（×）3.感应式电机在工业中己有较长时间的应用，具有丰富的生产经验和大量的生产工厂，生产成本较低。（√）4.不同车企电机型号命名规则会有所差异。（√）5.永磁同步电机的永磁是指在电机转子的制造过程中使用了永磁体，提升了电机在低速时需要的大扭矩的性能，这也是永磁同步电机与三相交流异步电机的最大区别。（√）6.开关磁阻电机结构简单坚固，可靠性好，质量轻，便于维修，成本较低，控制系统简单，调节性能和控制精度要求低。（×）四、简答题（4分/题，共20分）1.请根据您对直流电机的认知，说一说直流电机的特点有哪些呢？应用范围主要有哪些？参考答案：直流电机有控制系统简单、启动转矩大、调速方便、目前技术已经较为成熟的优点。但是直流电机的电枢电流需要由电刷和机械换向器引入，换向时易产生电火花，从而产生换向器容易烧蚀，电刷容易磨损之类的问题，需要经常维护；同时由于电刷部分存在接触磨损，不仅使电机效率降低，还限制了电机运行的最高转速。因为这两个原因，现在电动汽车驱动电机很少使用直流电机。但仍有一些小功率的电动汽车选用直流电机，如小型代步车、景区观光车等。2.想一想，驱动电机在主流车企上的应用情况如何呢，请说出您的理解。参考答案：永磁同步电机与交流异步电机是新能源汽车在乘用车领域上的主流选择。永磁同步电机的永磁是指在电机转子的制造过程中使用了永磁体，提升了电机在低速时需要的大扭矩的性能，这也是永磁同步电机与三相交流异步电机的最大区别。所谓同步，就指的是让电机中的转子转速与定子绕组的电流频率始终保持一致，通过控制电机的定子绕组输入电流频率来控制电动汽车的车速。而交流异步电机中由于转子总是在“追赶”定子旋转磁场的转速，并且为了能够切割磁感应线而产生感应电流，转子的转速总要比定子旋转磁场的转速慢，这也就形成了异步运行，即异步感应电机。永磁同步电机本身具有转矩密度高、功率密度高、效率高、调速性能好等优点，再加上具备体积小、重量轻等优势，相比于其他种类的电机，在相同质量与体积下，永磁同步电机能够为新能源汽车提供最大的动力输出与加速度。新能源汽车行业对空间与自重要求极高，因此新能源汽车企业通常会优先选择永磁同步电机作为汽车动力源。但它并不是没有缺点，除了原料带来的成本问题外，它会有在高温下磁性衰减的问题，这也是为何中小型纯电动车不能进行长时间的高速巡航。3.与永磁同步电机作比较，您觉得三相交流异步电机的特点主要体现在哪些方面呢？说一说您的看法。参考答案：与永磁同步电机相比，三相交流异步电机则具有结构简单、可靠性较高、拥有较好的高速性能以及电机的温升区间较大，不易造成退磁现象等优势；这也是一些以性能标榜的电动跑车以及中大型SUV会偏爱它的原因，如特斯拉modelS、modelX、蔚来ES8等都在使用。不过相对来说，它的缺点则体现在转矩密度、功率密度、效率密度偏低，并且还伴随着体积大、重量沉等问题。总体来看，可以理解为搭载永磁同步电机的电动车续航相对更好一些，搭载交流感应电机的电动车加速性能更好。4.您知道什么是开关磁阻电机吗？请简述开关磁阻电机的概念与特点。参考答案：开关磁阻电机是一种新型电机，在电机的转子上没有滑环、绕组等转子导体和永久磁铁等装置。它的结构比其他电机简单，效率可达85%-90％，转速可达15000r/pm。其转矩转速特性好，在较宽的转速范围内，转矩和转速可以灵活地控制，并且有起动转矩高和起动功率低等机械特性。开关磁阻电机转子上没有励磁绕组和永磁体，其结构简单坚固，可靠性好，质量轻，便于维修，成本较低，但是开关磁阻电机的控制系统较复杂，调节性能和控制精度要求高。工作时的转矩脉动大，噪声也较大，体积也比同样功率的感应电机要大一些。很少应用在电动汽车上。5.根据您对感应式电机的认知，请简要介绍三相交流异步电机的概念与应用范围。参考答案：三相交流异步电机，是感应式电机的一种。具有结构简单、工作周期长、成本低、易维护的优点；但也有驱动复杂、效率低的缺点。现在主要通过矢量控制技术改善交流电机的输出转矩特性。三相交流异步电机有绕线式和鼠笼式两种转子结构，鼠笼式电机成本低，效率高，特斯拉电动汽车驱动电机就是鼠笼式转子异步电机。感应式电机在工业中己有较长时间的应用，具有丰富的生产经验和大量的生产工厂，生产成本较低。项目一新能源汽车驱动电机及控制系统认知任务三新能源汽车驱动电机控制系统认知一、填空题（2分/空，共36分）1.驱动电机控制系统是电动汽车的三大核心系统之一，也是车辆行驶的主要驱动系统。2.驱动电机控制系统的特性决定了车辆的主要性能指标，直接影响车辆动力性、经济性和用户驾乘感受。3.从结构上来说，纯电动汽车一般都分为整车控制系统、电源系统、驱动电机控制系统、辅助系统这几部分。4.驱动电机控制系统就像电动汽车的神经中枢，它将驱动电机、动力电池和其他辅助系统相互连接并且加以控制。5.整车控制器会根据其获取到的的输入信号（例如加速、制动、档位、旋变、温度等），向电机控制器发出相应的控制指令，从而控制驱动电机进行起动、加速、减速和制动能量回收。6.秦EV的驱动电机控制系统，也称前驱电动总成或三合一驱动系统，主要由驱动电机控制器、驱动电机、单档变速器组成。7.作为新能源汽车的“动力心脏”，驱动电机是一种将电能转化为动能，并用来驱动其他装置的电气设备。8.在秦EV中，采用的驱动电机为永磁同步电机。9.驱动电机控制器是一种用于控制动力电池与驱动电机之间能量传输的装置。10.电动汽车的动力通过柔性的电缆传输，因此驱动电机和变速器的布置方案相对多样化，由于电动汽车省去了联轴器和传动轴等装置，所以电动汽车的结构比较也简单。二、单选题（4分/题，共20分）1.能够提高功率密度，同时减小体积、降低成本，对于提高电动车动力性能来说尤为重要的是（A）。A.电机高速化B.平台化设计C.多档减速器D.高度集成化2.当前的主流电驱动系统研究对象是（D）。A.八合一B.五合一C.多合一D.三合一3.“三合一”驱动总成技术，将驱动电机、电机控制器、减速器集成为一个紧凑型的产品单元——(B)。A.驱电动总成B.前驱电动总成C.后驱电动总成D.高驱电动总成4.目前应用于中高端的纯电动车型中高速电机的转速在(A)。A.16000r/min以上B.14000～16000r/minC.17900r/min以上D.17000r/min以上5.大众、沃尔沃、克莱斯勒等驱动电机的最高转速不断提升，最高达到(B)。A.16000r/min以上B.14000～16000r/minC.17900r/minD.17000r/min三、判断题（4分/题，共24分）1.通过集成化设计，多合一驱动总成系统也能够降低接口复杂度及成本。（√）2.“八合一”驱动总成技术具有高集成、高效率、高转速、高性能、高安全的特点。（×）3.集成化电驱动系统发展的初期，结构形式都较为复杂。（×）4.出于提升产品竞争力的需求，电驱系统技术必须向着集成化的方向发展。（√）5.第一代Prius搭载的驱动电机控制系统增设了Boost变换电路，实现了系统损耗最小控制及电机功率密度的提升。（√）6.总体上来看，我国已经基本实现了驱动电机控制系统甚至是电驱动系统的国产化，能自主开发产品，并应用于纯电动汽车整车上。（√）四、简答题（4分/题，共20分）1.您对集成度高的驱动总成系统了解吗？请仔细想想，说一说集成度高的驱动总成系统具备的优势有哪些。参考答案：（1）总成体积缩小，系统总质量降低，一定程度上也降低了汽车能耗、提升了续航里程；（2）采用集成化高的多合一驱动总成系统，不仅使机舱变得更加简洁，汽车各系统布局更加灵活，也使乘坐及储物空间能够被最大化地利用；（3）通过集成化设计，多合一驱动总成系统也能够降低接口复杂度及成本。2.您知道什么叫电机高速化吗？请简述电机高速化的功能特点，并举例说明。参考答案：高转速电机能够提高功率密度，同时减小体积、降低成本，对于提高电动车动力性能来说尤为重要。当前市场上，电驱动系统的电机最高转速一般在12000r/min以上。但是，随着新技术、新材料的不断发展及应用，加上消费者对驱动效率、加速体验的重视及追求，采用更高速的驱动电机成为集成电驱发展的必然趋势。大众、沃尔沃、克莱斯勒等驱动电机的最高转速不断提升，最高达到14000～16000r/min，特斯拉Model3电机转速达到17900r/min，目前面市的转速超过16000r/min的高速电机主要应用于中高端的纯电动车型中。3.在新能源汽车中，什么是“三合一”驱动总成技术呢？它的优势主要体现在什么地方？参考答案：“三合一”驱动总成技术，将驱动电机、电机控制器、减速器集成为一个紧凑型的产品单元——前驱电动总成。其具有高集成、高效率、高转速、高性能、高