新能源汽车电机及控制系统检修（第2版）高职全套教学课件

新能源汽车电机及控制系统检修

（第2版）全套可编辑PPT课件项目一电机及控制系统概述项目导读电机及控制系统是新能源汽车的核心部件之一，是车辆行驶的主要执行机构，其驱动特性决定了车辆的主要性能指标。本项目从系统组成、主流供应商、发展趋势等方面，对新能源汽车的电机及控制系统进行介绍。另外，因为新能源汽车一般都带有远超人体安全电压的高压系统，在检修过程中要注意高压安全防护，且新能源汽车的故障认定、检修工作有别于传统汽车，所以本项目还将介绍电机及控制系统的安全防护和故障认定方法。达成目标知识目标技能目标思政目标（1）熟悉电机及控制系统的组成。（2）了解电机及控制系统的主流供应商和发展趋势。（3）掌握电机及控制系统的安全防护方法。（4）熟悉电机及控制系统的故障认定方法。（1）能够识别电机及控制系统的各个组成部件。（2）能够进行电机及控制系统的安全防护。（3）能够对电机及控制系统出现的故障进行认定。（1）具备专业相关的人文素养、职业道德和创新意识，弘扬精益求精的工匠精神。（2）增强安全操作、团队协作的意识。（3）养成勇于奋斗、乐观向上的精神风貌。任务1.1电机及控制系统认知任务1.2电机及控制系统安全防护与故障认定新能源汽车被召回35.7万辆，约占全年召回总量的5.3%，其中因“三电”（电池、电机、电控）缺陷而召回的车辆数（11.2万辆），约占新能源汽车召回总量的31.4%召回增加任务引入——防微杜渐，全国新能源汽车缺陷调查全国汽车保有量为2.8亿辆，其中新能源汽车保有量为492万辆，约占汽车总量的1.8%，比上一年增长29.2%，呈持续高速增长趋势。保有量增加投诉增加中国消费者协会组织受理的汽车类消费者投诉量比上一年增长1.6%。其中，新能源汽车缺陷线索共计1173条，“三电”缺陷线索占新能源汽车缺陷线索的49.4%。2020年相关知识新能源汽车的电机及控制系统主要具有以下两个作用：①驱动车辆前进，即让驱动电机处于电动模式，电机控制器控制驱动电机运行，并将电能转换成机械能；②回收制动能量，即让驱动电机处于发电模式，驱动电机将机械能转换成电能，并通过电机控制器给动力电池电。相关知识1.1.1电机及控制系统的组成组成电机总成电机控制器高压电气连接系统高压配电盒等低压蓄电池电机总成又称动力总成，是指车辆上产生动力，并将动力传递到路面的一系列零部件。1．电机总成相关知识总成是机械领域的常用名词，通常指一系列零件组成的整体，这个整体可以实现某个特定功能。汽车总成是指由若干零部件、组合件或附件组合装配而成，并具有独立功能的汽车组成部分，如变速器、转向器、前桥、后桥、车身、车架、驾驶室等。1.1.1电机及控制系统的组成相关知识电机总成主要包括驱动电机和变速器。驱动电机新能源汽车中常用的驱动电机有永磁同步电机、交流异步电机、开关磁阻电机等。变速器变速器又称减速器，可以调节驱动电机的转速和转矩。例如，在车辆转弯的时候，变速器控制两边的车轮以不同的速度转动，或者在车辆定速巡航的状况下减小驱动电机的转矩，以达到减耗、减噪的目的。与传统汽车对变速器的要求相比，新能源汽车对变速器的要求并不高，因此一般混合动力汽车或者纯电动汽车只需配置较简易的变速器即可。1.1.1电机及控制系统的组成相关知识

为什么新能源汽车多采用前轮驱动？（1）生产成本较低。从新能源汽车的生产成本来看，前驱的车辆省略掉了一根比较长的传动轴，可以节省一部分费用。（2）设计简单、节省空间。新能源汽车的机舱里面没有庞大而复杂的发动机、变速器、传动系统等，车辆前部的空间富余较多。因此，采用前轮驱动的设计较简单，同时可以使驱动电机和制动能量回收设备的分布足够紧凑。（3）历史遗留问题。一些新能源汽车底盘的生产线是根据“油改电”原则，从传统汽车底盘的生产线改造来的，而传统汽车多采用前轮驱动。在底盘布局难以改变的情况下，把与发动机相关的传动装置拿掉，直接装电机总成更为容易，因此新能源汽车也多采用前轮驱动。知识扩展1.1.1电机及控制系统的组成电机控制器可以将动力电池的直流电转换成交流电来为驱动电机供电，并通过改变电流的频率来控制驱动电机的转速，通过改变电流幅值来控制驱动电机的转矩；也可以将驱动电机产生的交流电整流成直流电来为动力电池充电，以实现制动能量的回收。2．电机控制器相关知识如图1-1某科技公司生产的电机控制器1.1.1电机及控制系统的组成相关知识电机控制器构成小贴士新能源汽车的电机控制器主要由控制单元、逆变桥驱动单元、逆变桥、电容器、电流传感器、电路接口、冷却水道、壳体等构成。1.1.1电机及控制系统的组成新能源汽车的控制系统除了包括电机控制器外，还包括整车控制单元（vehiclecontrolunit，简称VCU）、高压自动断开控制器等。各控制器可通过控制器局域网络（controllerareanetwork，简称CAN）总线实现实时通信。高压连接器新能源汽车的高压连接器区别于传统汽车低压连接器新能源汽车专用的高压连接器（见图）。在高压连接器的选型中，需要根据使用环境（如温度、湿度、海拔等）、安装条件（如振动条件、体积结构、密封等级要求等）、载流特性等合理进行选择。通常，新能源汽车中选用的高压连接器都具有安全防护等级高、耐高温、载流大、功耗低、抗油脂、体积小、轻量化、寿命长、成本低等特点。高压电气连接系统主要由高压连接器、高压线束等组成。3．高压电气连接系统相关知识1.1.1电机及控制系统的组成高压线束高压线束（见图）又称高压线路总成，用于连接高压部件，是新能源汽车上安全性要求很高的组件，其设计及布置具有非常重要的安全意义。高压线束的设计及布置包括线束走向、线径、高压连接器的选型、充电口的选型、屏蔽防护、固定工作、高压线槽的设计及高压互锁防护等内容。相关知识1.1.1电机及控制系统的组成高压电气连接系统的组件都带有警示标记，维修人员可通过警示标记获知组件可能带来高电压危险。但是由于高压线束可能有几米长，因此只在少数几个位置设有警示标记的意义不大。为了提高维修人员的警觉性，厂家普遍用橙色（警告色）来标记整段高压线束。相关知识1.1.1电机及控制系统的组成高压配电盒（powerdistributionunit，简称PDU）通过母排及高压线束连接高压部件，为电机及控制系统提供充放电控制、高压部件上电控制、电路过载短路保护、高压采样、低压控制等功能，保护和监控高压系统的运行。PDU不仅配置灵活，还可以集成其他模块（如动力电池、逆变器等），以满足不同客户、不同车型的需求。PDU通常包括手动维修开关、DC/DC变换器、车载充电机等。4．高压配电盒相关知识1.1.1电机及控制系统的组成相关知识1.1.1电机及控制系统的组成1）手动维修开关手动维修开关（manualservicedisconnect，简称MSD）是在新能源汽车进行检修时，为了确保人车安全，通过手动的方式将高压系统的电源断开的装置。

在车辆进行大的维修保养、更换高压核心部件时，应启用MSD。MSD对插拔次数有要求，一般允许的插拔次数为50～100次。频繁插拔会导致在连接器与触点上形成划痕、产生较大的阻抗、使其工作温度升高等严重后果，也会影响MSD的使用寿命。相关知识1.1.1电机及控制系统的组成2）DC/DC变换器如图1-4所示为DC/DC变换器的外形和铭牌。DC/DC变换器的主要功能是电流的转换。在汽车行驶期间，DC/DC变换器将动力电池供给的高压直流电转换为12V低压直流电，为各低压用电设备供电，或为低压蓄电池充电。（a）外形（b）铭牌图1-4

DC/DC变换器的外形和铭牌相关知识1.1.1电机及控制系统的组成3）车载充电机车载充电机（onboardcharger，简称OBC）是一种将交流电变换为直流电的装置，它可以通过插头、导线与交流插座连接。动力电池在需要充电的时候，只要有可用的供电插座，就可以通过OBC进行充电。但由于车上空间有限，OBC的功率处理能力有限，因此只能实现小电流慢充电，充电时间通常较长。功率处理能力是指OBC长期连续安全工作的功率输入能力。低压蓄电池又称12V辅助电池，在新能源汽车的不同状态下发挥着不同的作用。在车辆上电期间：当启动开关状态为ACC（附件通电）时，低压蓄电池给车辆的附件供电，当启动开关状态为ON（全车通电）时，低压蓄电池还要给车辆的控制电路及动力电池的接触器供电在车辆行驶期间：当低压系统负载过重或DC/DC变换器无法为低压系统供电时，低压蓄电池为低压系统供电。5．低压蓄电池相关知识1.1.1电机及控制系统的组成相关知识1.1.2电机及控制系统的主流供应商我国电机及控制系统行业起步较晚，但受益于需求的不断扩大及国家的大力支持，市场规模扩大较快。目前，除了新成立的高新企业外，国内相当一部分的电机及控制系统生产企业是从传统电机制造商转型而来的。但是，我国具有数量庞大的电机及控制系统生产企业，人力资源和稀土资源丰富，这些都有利于电机及控制系统行业的发展。我国电机及控制系统生产企业主要可以分为两类，一是具备电机及控制系统生产能力的整车企业，二是第三方供应商。1．国内主流供应商比亚迪股份有限公司创立于1995年，总部位于广东省深圳市，是一家拥有IT、汽车及新能源三大产业群的新技术民营企业。2006年，其收购西安秦川汽车有限责任公司，成立比亚迪汽车有限公司，正式进入汽车制造与销售领域，开始民族自主汽车品牌的发展征程。长城汽车股份有限公司长城股份有限公司（简称长城汽车）成立于1984年，总部位于河北省保定市，是国内规模最大的SUV、皮卡生产厂商。2018年，创立欧拉品牌，这是中国主流自主车企中第一个独立的新能源汽车品牌。精进电动科技股份有限公司是我国新能源汽车驱动电机行业的领军企业，其驱动电机的产量、销量和出口量均高居我国新能源汽车驱动电机领域的首位。是全球产销量领先的独立驱动电机供应商之一，年产量达10万台以上。相关知识1.1.2电机及控制系统的主流供应商1．国内主流供应商深圳市大地和电气股份有限公司简称深圳大地和，是经市属事业性科研单位改制而来的，此前一直致力于永磁同步电机、交流异步电机及其驱动系统的研发，经历了批量生产和规范化管理的模式转变，现年产量达两万台。上海大郡动力控制技术有限公司简称上海大郡，主要从事电机及控制系统的研发、生产和销售。搭建了集成一体化电机系统、纯电动牵引电机系统、双电机系统及大功率电机驱动系统等四大电机及控制系统产品平台，满足不同类型新能源汽车的需求。上海电驱动股份有限公司简称上海电驱，研究方向覆盖电机及控制系统领域的各个方面。建立了较为完整的生产管理流程和质量管理规范，目前已形成纯电动汽车、混合动力汽车、轮毂电机和辅助电机等四个产品研发平台。相关知识1.1.2电机及控制系统的主流供应商1．国内主流供应商相关知识1.1.2电机及控制系统的主流供应商2．国外主流供应商欧美国家开发的电机及控制系统多以交流感应电机为核心。其主要优点是价格较低，性能可靠；缺点是启动转矩较小，运行时效率较低。同时，欧美国家在轮毂电驱动、集成化电驱动等方面也进行了卓有成效的研究。日本相关企业和研究机构主要开发混合动力汽车，采用永磁同步电机。与交流感应电机相比，永磁同步电机的效率较高、体积较小，但价格较高。同时，日本在电机及控制系统集成化研究方面，尤其是混合动力总体驱动技术方面取得了显著的成果。丰田汽车公司简称丰田，是全球范围内汽车销量领先、综合实力强大的日本跨国汽车制造商。作为新能源汽车研发领域的先驱，在电机及控制系统技术上具有完备的储备积累，在企业内部实现了电机及控制系统的直接供货。西门子股份公司简称西门子，是全球领先的技术企业，总部德国，专注于电气化、自动化和数字化领域，是世界最大的高效能源和资源节约型技术供应商之一。拥有全球领先的驱动技术，可提供具有各种性能级别和设计形式的驱动电机。日立汽车系统有限公司简称日立汽车系统，产品主要有发动机管理系统、电子传动系统、行驶控制系统等。为了改善经营状况，日立汽车系统于2013年大幅增加设备和研发投资，在智能驾驶方面有所突破，是高端磁性材料专利拥有者。相关知识1.1.2电机及控制系统的主流供应商2．国外主流供应商大陆集团总部在德国汉诺威，拥有五大业务部门，即底盘与安全系统分部、动力总成系统分部、车身电子系统分部、轮胎分部和康迪泰克分部。大陆集团的驱动电机有感应电机、永磁同步电机及采用电磁型励磁装置的交流同步电机等。罗伯特·博世股份有限公司简称博世，全球最大的汽车零部件供应商，总部德国。博世擅长的业务有燃料电池技术、自动驾驶技术和汽车电子电气架构制造技术等。2011年博世与戴姆勒公司合资成立EM-motive公司，该合资公司主要为新能源汽车生产驱动电机。安川电机株式会社简称安川电机，主要产品有大功率驱动电机、伺服电机、电机控制器等。安川电机在中国的总公司主要由驱动控制事业部、运动控制事业部、系统工程事业部及机器人事业部构成。相关知识1.1.2电机及控制系统的主流供应商2．国外主流供应商新能源汽车的驱动电机特性和要求调速范围宽启动转矩大后备功率高效率高等特性可靠性高、耐高温、耐潮结构简单、成本低维护简单、适合大规模生产等要求相关知识1.1.3电机及控制系统的发展趋势为满足这些要求，电机及控制系统需要朝永磁化、数字化和集成化方向发展相关知识1.1.3电机及控制系统的发展趋势1．永磁化电机及控制系统的数字化包括驱动控制的数字化、数控系统接口的数字化及测量单元的数字化。微电子学和计算机技术快速发展，高速、高集成度、低成本的微机专用芯片及数字信号处理器（digitalsignalprocessing，简称DSP）等的问世及商品化，使得全数字的控制系统成为可能。电机及控制系统与其他数字控制模块搭配，除了能够完善基本的控制功能外，还具有保护、故障监控、自诊断等功能。2．数字化永磁材料制成的电机转子具有很多优良的特性，装备该种转子的驱动电机具有效率高、比功率大、功率因数高、可靠性高和便于维护的优点。相关知识1.1.3电机及控制系统的发展趋势电机及控制系统的集成化主要体现在两个方面：一是电机总成朝着集成化的方向发展，不仅有利于减小整个系统的质量和体积，还可以有效降低系统的制造成本；二是电力电子集成，它包括功能集成（如逆变+DC/DC变换+电池管理+整车控制）、物理集成（功率模块、驱动电路、无源器件、控制电路、传感器、电源等）、新器件（如Trench+FSIGBT）应用等，电力电子集成的基础模式有单片集成、混合集成、系统集成等。3．集成化实践操作——识别电机及控制系统的各组成部件详细步骤请扫描二维码查看任务1.1电机及控制系统认知任务1.2电机及控制系统安全防护与故障认定任务引入——安全是谋求长远发展的保证随着汽车制造技术的成熟，越来越多性价比高的新能源汽车进入了我们的生活当中。但是，很多新能源汽车在注重性价比的同时，却忽略了车辆的安全问题。值得注意的是，只有将安全放在首位，才能使新能源汽车在行业竞争中突出重围，安全就是新能源汽车发展的生命线。思考：为了保证驾驶安全和完善检修安全工作，该如何做好电机及控制系统的安全防护和故障认定？高压互锁绝缘监控高压连接器的安全防护与传统汽车不同，新能源汽车存在着很大的高压安全隐患，其高达几百伏的电压及可能达数十、数百安的电流，随时考验着车载高压用电器的使用安全。因此，为了保证使用及维护安全，必须要做好新能源汽车的安全防护工作。安全防护相关知识1.2.1电机及控制系统的安全防护相关知识1.2.1电机及控制系统的安全防护1．高压互锁1）高压互锁的概念高压互锁（highvoltageinterlockloop，简称HVIL）是指通过低压信号来检查整个高压回路的完整性和连续性，若识别到回路异常断开，则及时切断高压电源的一种安全设计方法。高压互锁的主要设计目的是避免以下两种情况的发生：①各种盖板或者端盖没有覆盖好高压线束；②高压线束连接器松动或脱落。相关知识1.2.1电机及控制系统的安全防护1．高压互锁图1-12高压互锁信号回路连接模式整车所有高压连接器的连接位置，都需要高压互锁保护，但高压互锁信号回路与高压回路没有必然的联系。例如，整车上两个高压用电器构成一个完整的高压回路，进行高压互锁设计时，可以为两个高压用电器都设置一个单独的高压互锁信号回路，也可以把两个高压用电器的高压互锁信号串联在一个回路中，即高压互锁信号回路既可设计成并联模式，也可设计成串联模式，如图1-12所示。相关知识1.2.1电机及控制系统的安全防护1．高压互锁（2）切断高压电源：当车辆处于停止状态，高压互锁识别到危险且情况严重时，除了进行故障警告外，还需要将危险信息传给控制器，控制器将高压电源切断，从而有效防止危险事故的发生。2）高压互锁的危险控制策略（1）故障警告：不论车辆处于何种状态，当高压互锁识别到危险时，都应及时对危险发出警告（如发出警告声或警告灯变亮），从而使驾驶人知晓车辆出现了不良情况，及时采取措施处理。（2）切断高压电源：当车辆处于停止状态，高压互锁识别到危险且情况严重时，除了进行故障警告外，还需要将危险信息传给控制器，控制器将高压电源切断，从而有效防止危险事故的发生。（3）降功率运行：当车辆处于高速行驶状态，高压互锁识别到危险时，不可立即将高压电源切断，需要先发出警告，再降低电机的运行功率，使车速平稳地降下来，尽可能防止危险事故的发生。相关知识1.2.1电机及控制系统的安全防护2．绝缘监控新能源汽车在其高压车载网络中设置了绝缘监控电路，以监测所有高压部件与可导电壳体之间或与车身搭铁处之间是否有绝缘故障。如果车身搭铁处与另一个高压部件之间存在危险电压，则说明高压部件与车身搭铁处之间的绝缘电阻低于某一限值，存在安全隐患。相关知识1.2.1电机及控制系统的安全防护2．绝缘监控1）绝缘监控的工作原理绝缘监控通常集成在一个或两个高压部件（如电机控制器或BMS）内，通过多次测量电压，来间接测量高压部件与车身搭铁处之间的绝缘电阻。只有高压部件的所有可导电壳体都与车身连接，且连接导线有电流，才能从一个或两个中心位置实现绝缘监控。壳体彼此之间以及与车身搭铁处之间的电气连接称为电位补偿，为此使用的电气连接线称为电位补偿导线。所有的高压部件都通过一根电位补偿导线连到车身搭铁处，形成电动势平衡，即使人们用手触及两个故障高压部件，也不会发生触电事故，如图1-13所示。图1-13故障高压部件电动势平衡相关知识1.2.1电机及控制系统的安全防护2．绝缘监控2）绝缘监控的要求（1）高压系统启动期间以及关闭高压系统后，都应对绝缘电阻进行测量。（2）电位补偿导线必须足够粗且尽量短，以允许可能的最大故障电流通过并放电。（3）在电位补偿导线和每个高压元件屏蔽层相通。（4）搭铁连接处要与高压组件紧密连接，搭铁阻抗值应小于0.2Ω。（5）若高压组件上有防锈漆等，应先将其刮掉再连接。（6）必须保证电位补偿导线清洁且无氧化现象。相关知识1.2.1电机及控制系统的安全防护将汽车中的低压蓄电池和低压用电部件的正极或负极与车架连接，使车架带正电或负电，从而使安装在车架上的低压电气设备只需一根从电源另一极引出的导线就可构成回路，这种接线制度称为搭铁接线制。采用搭铁接线制的汽车电气连接制度叫单线制。采用搭铁接线制和单线制的好处主要有两点：一是可以节约导线支出费用，降低整车成本；二是可以减少过多导线造成的铺线困难、故障点多的问题。相关知识1.2.1电机及控制系统的安全防护2．绝缘监控3）绝缘电阻的测量①如果各定子绕组的始末端单独引出，则应分别测量各定子绕组和电机壳体之间的绝缘电阻，不参加测量的其他绕组和埋置的检温元件等应与铁芯或电机壳体进行电气连接，电机壳体应与车身搭铁处相连。②如果各定子绕组内的中性点连在一起且不易分开时，则应测量所有连在一起的定子绕组和电机壳体之间的绝缘电阻。③测量结束后，被测回路应与搭铁的电机壳体进行电气连接，使其放电。（1）测量驱动电机的定子绕组和电机壳体之间的绝缘电阻时，应注意以下几点。相关知识1.2.1电机及控制系统的安全防护2．绝缘监控3）绝缘电阻的测量①如果驱动电机埋置有温度传感器，则应分别测量各定子绕组和温度传感器之间的绝缘电阻。②如果各定子绕组的始末端单独引出，则应分别测量各定子绕组和温度传感器之间的绝缘电阻，不参加测量的其他绕组、埋置的检温元件等应与铁芯或电机壳体进行电气连接，电机壳体应与车身搭铁处相连。③当定子绕组的中性点连在一起且不易分开时，则应测量所有连在一起的定子绕组和温度传感器之间的绝缘电阻。④测量结束后，被测回路应与搭铁的电机壳体进行电气连接，使其放电。（2）测量驱动电机的定子绕组和温度传感器之间的绝缘电阻时应注意以下几点。相关知识1.2.1电机及控制系统的安全防护2．绝缘监控3）绝缘电阻的测量①测量前，电机控制器应与外部供电电源和负载分开，不能承受兆欧表高压冲击的部件宜从电路中拆除或短接。②测量时，分别测量电机控制器的动力端子与外壳之间、信号端子与外壳以及动力端子与信号端子之间的绝缘电阻，不参加测量的部分应连接车身搭铁处。③测量结束后，被测回路应与搭铁的壳体部分进行电气连接，使其放电。（3）测量电机控制器的绝缘电阻时，应注意以下几点。相关知识1.2.1电机及控制系统的安全防护3．高压连接器的安全防护在高压电气连接系统中，高压连接器的安全防护是保障电气连接安全可靠的关键。它主要指电气性能满足设计要求，如绝缘、耐压、电气间隙、爬电距离、防呆、防触指设计等符合要求，其中重点关注高压连接器的HVIL防护、密封防护及电磁兼容性。（1）电气间隙：相邻两导体之间或导体与相邻设备防护界面的最短距离。（2）爬电距离：相邻两导体之间或导体与相邻设备防护界面之间沿固体绝缘表面测量的最短距离。相关知识1.2.1电机及控制系统的安全防护3．高压连接器的安全防护1）高压连接器的HVIL防护防护要点如下：（1）在高压连接器的插拔过程中要考虑高压安全保护，即在高压连接器的断开过程中，应先断开高压互锁，后断开高压端子，在高压连接器的接合过程中，则相反。（2）在高压端子之间安装高压互锁回路，一般有内置式和外置式两种。内置式高压互锁回路具有结构紧凑、体积较小的特点，目前使用广泛，但是由于其缺少位置固定，如果高压连接器结构设计不好，在某些恶劣的条件下，互锁装置位移会导致互锁信号的不连续性，使车辆调试及驾驶过程存在隐患。相关知识1.2.1电机及控制系统的安全防护3．高压连接器的安全防护2）高压连接器的外壳密封防护防护要点如下：高压连接器的外壳防护等级一般要求至少达到IP67，即固态防护等级为6，以确保完全防止外物及灰尘侵入，液态防护等级为7，以确保电器短时间浸水时，不因浸水而受损。相关知识1.2.1电机及控制系统的安全防护3．高压连接器的安全防护IP（ingressprotection）等级即电气设备外壳对异物侵入的防护等级，由两位数字组成。IP等级的第一位数字表示固态防护等级，范围是0～6，分别表示无防护、防止直径大于50mm的固体外物侵入、防止直径大于12.5mm的固体外物侵入、防止直径大于2.5mm的固体外物侵入、防止直径大于1.0mm的固体外物侵入、完全防止固体外物进入且灰尘的侵入量不会影响电器的正常运作、完全防止固体外物及灰尘侵入。IP等级的第二位数字表示液态防护等级，范围是0～9，分别表示无防护、防止垂直水滴侵入、防止倾斜15°的水滴侵入、防止滴淋的水侵入、防止飞溅的水侵入、防止喷射的水侵入、防止强烈喷射的水侵入、短时间浸水时防止水侵入、连续浸水时防止水侵入、防止高温或高压的喷水侵入。相关知识1.2.1电机及控制系统的安全防护3．高压连接器的安全防护3）高压连接器的电磁兼容性要求防护要点如下：高压连接器的电磁兼容性（electromagneticcompatibility，简称EMC）是指高压连接器按要求运行时不对环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。由于新能源汽车使用了大量电力电子元器件，高压和大电流产生的电磁场会对通信设备产生电磁干扰，因此整车和零部件必须要有抗干扰和抗辐射的能力。高压连接器通常要具备360°屏蔽层，并能有效地和导线屏蔽层连接。高压连接器的屏蔽层应覆盖整个高压连接器，以实现有效的屏蔽功能，并尽量减小屏蔽界面之间的接触电阻，在产品生命周期内，接触电阻应小于10mΩ。对于由塑料制成的高压连接器，应用金属面进行屏蔽。相关知识1.2.2电机及控制系统的故障认定1．电机及控制系统的故障分类故障类型特性描述致命故障危及人身安全影响行车安全对周围环境造成严重危害造成车辆在故障发生地不能行驶主要零部件功能失效引起整车其他相关主要零部件严重损坏严重故障车辆不能正常行驶，但可以从故障发生地移动到路边，等待救援车辆性能发生较明显的衰退一般故障非主要零部件故障，车辆可以从故障发生地非正常行驶到停车场非主要零部件故障，能用易损备件和随车工具在短时间内排除轻微故障无须更换零部件，车辆仍能正常运行无须更换零部件，可用随车工具在短时间内排除根据故障危害程度的不同相关知识1.2.2电机及控制系统的故障认定2．电机及控制系统的故障模式1)损坏型故障模式包括断裂、碎裂、裂纹、开裂、点蚀、烧蚀、击穿、变形、压痕、烧损、磨损、短路等2)退化型故障模式包括老化、剥离、异常磨损、腐蚀、退磁等3)松脱型故障模式包括松动、脱落等5)堵塞与渗漏型故障模式包括堵塞、漏水、渗水等4）失调型故障模式包括间隙超差、干涉、性能失调等6）性能衰退或功能失效型故障模式包括性能衰退、功能失效、公害限值超标、异响、过热等故障模式即故障的表现形式，一般是对产品所发生的、能被观察或测量到的故障现象的规范描述。相关知识1.2.2电机及控制系统的故障认定3．电机及控制系统故障的认定原则（1）电机及控制系统的主要机构是驱动电机和电机控制器，对电机及控制系统故障的认定，原则上应以两者的零部件或者两者之间导线的故障模式来描述。（2）如果难以用零部件的故障模式来描述或者无法确认是哪个零部件发生故障，则应以上一级的故障模式来描述，且驱动电机和电机控制器是最高级别的部件。（3）如果故障表现为综合性能方面的故障，则应以电机及控制系统的故障模式来描述。（4）如果某一故障导致关联性故障或者发生延伸，则应以危害程度最严重的故障及其模式来描述。根据电机及控制系统的故障分类和故障模式，可以对电机及控制系统出现的故障进行认定。电机及控制系统故障的认定原则通常包括以下几条：相关知识1.2.2电机及控制系统的故障认定4．电机及控制系统的常见故障与诊断1）电机及控制系统的常见故障故障类型零部件名称故障模式情况说明致命故障驱动电机定子绕组烧损定子绕组因短路或电机运行温度过高而烧毁击穿定子绕组绝缘击穿，造成定子绕组与驱动电机外壳之间短路或绕组匝间短路驱动电机位置传感器功能失效不能产生驱动电机的位置信号，造成电机及控制系统不能工作驱动电机轴承破裂驱动电机轴承碎裂，不能正常支撑转轴烧损驱动电机轴承温度过高，造成内部润滑脂蒸发，出现烧损，不能正常支撑转轴电机控制器功率器件烧损功率器件功能失效击穿电机控制器的电容器正负极之间或电容器正负极和外壳之间短路电机控制器电压、电流传感器烧损电机控制器电压、电流传感器功能失效击穿电机控制器电压、电流传感器正负极之间或与外壳之间短路，造成电机控制器不能工作故障类型零部件名称故障模式情况说明致命故障导线和连接器烧损导线和连接器因磨损或其他原因造成短路、异常搭铁等故障，造成电机控制器不能工作温度传感器烧损温度传感器功能完全失效，造成电机控制器不能工作驱动电机安装支座脱落驱动电机发生明显位移，造成车辆无法安全行驶驱动电机永磁体性能衰退对驱动电机系统进行400h可靠性试验后，驱动电机退磁严重，造成最大转矩或最大功率低于规定指标的5%通信功能失效电机控制器不能工作软件功能失效电机控制器不能工作严重故障驱动电机永磁体性能衰退驱动电机的各项参数略低于额定值，造成整车动力性能下降驱动电机位置传感器部分功能失效不能产生驱动电机的位置信号，但电机及控制系统能在故障模式下工作相关知识1.2.2电机及控制系统的故障认定4．电机及控制系统的常见故障与诊断1）电机及控制系统的常见故障故障类型零部件名称故障模式情况说明严重故障冷却风扇烧损冷却风扇不能运转，造成电机控制器或驱动电机无法连续正常工作干涉冷却风扇的风扇罩与叶片干涉，不能运转，造成电机控制器或驱动电机无法正常工作电动水泵烧损电动水泵不能运转，造成电机控制器或驱动电机无法连续正常工作电机控制器或驱动电机冷却液管道堵塞冷却液无法循环，造成电机控制器或驱动电机无法连续正常工作漏液冷却液缺乏，造成电机控制器或驱动电机无法连续正常工作驱动电机轴承异常磨损驱动电机轴承出现非正常磨损，进行清洗、润滑处理后电机仍可正常使用温度传感器烧蚀温度传感器部分功能失效，造成电机控制器无法连续正常工作导线和连接器磨损导线和连接器因磨损发生短路、异常搭铁等故障，造成电机控制器无法连续正常工作驱动电机安装支座脱落驱动电机发生明显晃动或振动，造成车辆无法连续行驶驱动电机异响车辆须回修理厂检查驱动电机轴承，并进行清洗、润滑或更换处理相关知识1.2.2电机及控制系统的故障认定4．电机及控制系统的常见故障与诊断1）电机及控制系统的常见故障故障类型零部件名称故障模式情况说明一般故障冷却风扇烧损乘客下车，车辆可缓慢回到修理厂冷却风扇或电动水泵的接触器烧损冷却风扇或电动水泵无法启动，车辆可缓慢回到修理厂间隙超差冷却风扇或电动水泵无法启动，车辆可缓慢回到修理厂驱动电机定子绕组温度过高车辆可缓慢回到修理厂驱动电机冷却液管道接头漏液或渗液须进修理厂紧固接头散热器漏液或渗液须进修理厂修理或更换电机控制器插头松动须重新插接导线和连接器磨损磨损处用绝缘胶带和波纹管包好温度传感器烧损温度传感器部分功能失效，电机控制器可在限制条件下工作，需更换传感器相关知识1.2.2电机及控制系统的故障认定4．电机及控制系统的常见故障与诊断1）电机及控制系统的常见故障故障类型零部件名称故障模式情况说明轻微故障导线固定件松动个别松动，紧固固定件外壳腐蚀外壳锈蚀外壳脱落非关键焊点脱落可恢复性安全防护性能失调出现故障保护且在很短的时间内自动恢复，或者关闭电源后重新启动能够自动恢复相关知识1.2.2电机及控制系统的故障认定4．电机及控制系统的常见故障与诊断1）电机及控制系统的常见故障相关知识1.2.2电机及控制系统的故障认定4．电机及控制系统的常见故障与诊断2）电机及控制系统故障的诊断流程·································第一步第二步第三步第四步操作启动开关使电源模式至ON状态，并检查READY指示灯是否点亮记录续驶里程。分别记录整车上电时和行驶模式下的故障灯及其表示的故障现象。用故障诊断仪进行自动扫描，得到诊断结果。对于各种电机及控制系统故障，可使用故障诊断仪（见图）进行诊断，得到初步的诊断结果，再根据这个诊断结果做进一步的检测，并对故障部件进行修复或更换。故障诊断仪进行故障诊断的一般步骤如下。相关知识（1）在记录故障灯及其表示的故障现象前，为了维修人员的人身安全，应断开PDU处的直流母线，并确认动力电池无电流输出。（2）自动扫描完成后，可对故障码进行人为清除，如果存在传感器接收错误信号、触点偶然松脱等偶发性故障，则故障码会被清除；如果存在部件损坏、导线断裂、连接器损坏等常发性故障，则故障码不会被清除。1.2.2电机及控制系统的故障认定实践操作——使用故障诊断仪详细步骤请扫描二维码查看感谢观看THANKYOUFORYOURPATIENCE新能源汽车电机及控制系统检修

（第2版）项目二驱动电机项目导读驱动电机是电机及控制系统的核心部件，其性能的优劣直接影响整车性能。本项目重点介绍永磁同步电机和三相异步电机，以其特点、技术参数、性能要求、结构、工作原理等内容为基础，介绍相关的检修工作。达成目标知识目标技能目标思政目标（1）了解驱动电机的分类与特点。（2）熟悉驱动电机的技术参数与性能要求。（3）掌握永磁同步电机的结构与工作原理。（4）掌握三相异步电机的结构与工作原理。（1）会对永磁同步电机进行性能检测、故障诊断。（2）会对三相异步电机进行故障诊断、拆装。（1）弘扬科学严谨、精益求精、追求卓越的工匠精神。（2）养成好学上进、开拓创新的工作作风，具备良好的人文素养和职业道德。（3）增强规范操作、安全操作的意识。任务2.1驱动电机认知任务2.2永磁同步电机检修任务2.3三相异步电机检修任务引入——打破固论，新能源SUV征服沙漠传统SUV每年秋季的沙漠都不寂寞，越野爱好者们会来到这里一展身手。在沙漠越野的赛道上，当传统SUV还在纠结如何取舍适时四驱和全时四驱时，曾经只能在各大城市道路上活跃的新能源SUV已经凭借双电机全时四驱技术成为新的沙漠英雄，如比亚迪唐DM和宋ProDM。新能源SUV以唐DM为例，该车有前、后两台驱动电机。在纯电动驱动模式下，前驱动电机驱动前轮、后驱动电机驱动后轮。因此，唐DM不需要传动轴和机械式变速器也可以按照设定值进行极限输出。在沙漠越野中，应用了双电机全时四驱技术的唐DM不仅具有强大的越野能力，还能在瞬间爆发出强大扭矩，可以轻松面对沙漠中的各种困难。思考：驱动电机有哪些特点，在性能方面有哪些要求？相关知识2.1.1驱动电机的分类驱动电机驱动电机是将动力电池提供的电能转化为机械能来驱动车辆行驶的机构。此外，驱动电机还具有发电机的功能，即把车辆滑行和制动时的机械能转化为电能，并将其存储于动力电池中。相关知识2.1.1驱动电机的分类根据不同的分类标准按运转速度划分按转速能否调节划分按结构和工作原理划分低速电机中速电机恒速电机调速电机直流电机交流电机高速电机相关知识2.1.1驱动电机的分类转速通常为3000～6000r/min。低速电机的缺点是尺寸大、控制器尺寸较大、内部损耗大等，优点是其变速器的速比较小，结构简单。低速电机因转动惯量较大、反应较慢，而不太适用于新能源汽车。低速电机01转速通常为6000～10000r/min，其各种参数介于低速电机和高速电机之间。中速电机02转速通常为10000r/min以上。高速电机的缺点是变速器的速比较大，通常需要采用行星齿轮传动机构，优点是功率密度高、传动效率高、噪音小、动态响应快、控制器尺寸较小、内部损耗小等。高速电机的应用受电磁材料的性能、转轴的承载能力等限制。高速电机031．按运转速度划分相关知识（1）速比：在汽车传动系统中，变速器的输入轴转速与输出轴转速的比值。（2）功率密度：输出功率与导电、导磁材料体积或质量的比值。（3）传动效率：输出功率与输入功率的比值。2.1.1驱动电机的分类相关知识2.1.1驱动电机的分类2．按转速能否调节划分恒速电机是指转速与电源频率成恒定比例的电机。只要电源频率一定，恒速电机的转速就是一定的。调速电机是指通过改变磁极对数、电压、电流、频率等来改变转速，以提高汽车性能的电机。按调速方式的不同，调速电机可分为电磁调速电机、直流调速电机、脉冲宽度调制变频调速电机和开关磁阻调速电机（简称开关磁阻电机）；按能否连续调节速度，调速电机可分为有级调速电机和无级调速电机。在特定电源频率下转速能否调节1）恒速电机2）调速电机相关知识2.1.1驱动电机的分类3．按结构和工作原理划分直流电机是出现最早的电机，具有调速性能好、启动容易、能够载重启动等优点，但在价格、维护成本等方面不如交流电机。交流电机结构简单、制造方便、可靠性好，且具备高转速、高电压、大电流、大容量等特点。相关知识2.1.2驱动电机的特点及应用在新能源汽车发展的早期，大部分车辆都采用直流电机。由于直流电机有着复杂的机械结构，如包含电刷和机械换向器，因此其瞬时过载能力和转速受到限制。在长时间工作的情况下，直流电机的机械结构会产生损耗，维护成本较高。此外，直流电机运转时电刷冒出的火花，不仅造成转子发热、能量浪费、散热难度增加等，还会造成高频电磁干扰，影响整车性能。目前，新能源汽车已经基本不再使用直流电机。1）直流电机相关知识2.1.2驱动电机的特点及应用三相异步电机运行可靠，且相对永磁同步电机具有价格优势。与同功率的直流电机相比，三相异步电机的效率更高，质量减少了二分之一左右。如果采用矢量控制，三相异步电机可以获得与直流电机相媲美的可控性和更宽的调速范围。三相异步电机的不足之处体现在以下几方面：①能耗高，转子发热快，需要为高速工况设置额外的冷却系统；②功率密度低，不利于提高车辆的最大行驶里程；③控制系统很复杂，技术要求较高。2）三相异步电机相关知识2.1.2驱动电机的特点及应用永磁同步电机具有体积小、质量轻、可靠性高、运行安全可靠、能量利用率较高等优点。相较于直流电机，永磁同步电机不需要安装电刷和机械换向器，工作时不会产生火花；相较于三相异步电机，永磁同步电机的控制系统更简单、调速精度更高、响应速度更快。永磁同步电机具有较高的功率密度，其工作效率最高可达97%，能够为车辆提供较大的动力，广泛用在新能源汽车上。永磁同步电机转子中的永磁材料在高温、振动或过流的条件下，会发生磁性衰退的现象，永磁同步电机容易损坏，且永磁材料价格较高，因此永磁同步电机的生产、维护成本较高。3）永磁同步电机相关知识2.1.2驱动电机的特点及应用开关磁阻电机具有价格低、电路简单可靠、调速范围宽等优点，但振动、噪声大，控制系统复杂，且对直流电源会产生很大的脉冲电流，多用于大型客车中。以三相开关磁阻电机为例介绍其运行原理（见左图），定子铁芯和转子铁芯由硅钢片叠压而成，二者的齿槽构成双凸极结构，定子具有三对线圈组成的绕组，转子没有绕组，定子绕组通电后，产生旋转磁场，而根据磁阻最小原理，转子会受到旋转磁场的作用而发生转动。4）开关磁阻电机相关知识2.1.2驱动电机的特点及应用（1）磁阻最小原理：磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合。（2）磁阻：一段磁路的磁位差和磁通量的比值。相关知识轮毂电机技术新能源汽车驱动电机历经了三代技术革新：第一代是中央电机集中驱动技术；第二代是轮边电机技术；第三代是轮毂电机（见下图）技术。与前两代技术相比，轮毂电机技术能有效解决新能源汽车在成本、能耗等方面存在的难以突破瓶颈的问题。优点难点1）传动效率高2）节省空间3）易控制4）成本低5）易实现模块化（1）操控性能变差，如加速响应慢，颠簸路况下悬架的响应慢等。（2）容量较小，不能满足整车制动性能的要求，影响车辆的最大行驶里程。（3）工作环境差，设计轮毂电机时要充分考虑防水、防尘、防振等问题。冷却和散热问题2.1.2驱动电机的特点及应用相关知识2.1.3驱动电机的技术参数（1）额定电压：在额定工况下，输入定子绕组的线电压值。其中，额定工况是指驱动电机可以长时间稳定工作的状态。（2）额定电流：在额定电压下，通过定子绕组的线电流值。（3）额定功率：在额定工况下，驱动电机转轴上输出的机械功率。（4）额定转速：驱动电机在额定功率下的最低转速。（5）峰值功率：在规定的持续时间内，允许驱动电机输出的最大功率。（6）最高工作转速：在额定电压下，驱动电机带负载运行所能达到的最高转速。（7）最高转速：在无负载条件下，允许驱动电机的最高转速。驱动电机主要的技术参数包括以下几个：相关知识2.1.3驱动电机的技术参数（8）额定转矩：驱动电机在额定功率和额定转速下的输出转矩。（9）峰值转矩：在规定的持续时间内，允许驱动电机输出的最大转矩。（10）堵转转矩：转子在所有角位堵住时所产生的转矩最小测得值。（11）机械效率：在额定工况下，驱动电机转轴输出的机械功率与电源输入定子绕组的电功率之比。（12）电机及控制系统整体效率：驱动电机转轴输出的机械功率与电机控制器输入的电功率之比。（13）最大温升：驱动电机在运行时与环境之间允许存在的最大温差。（14）额定频率：在额定工况下，驱动电机中电枢绕组的电流频率。相关知识（1）电枢是驱动电机中装有导线的部件。直流电机中电枢为转子，交流电机中电枢为定子。例如，永磁同步电机的定子铁芯也称为电枢铁芯，其定子绕组也称为电枢绕组。（2）为了方便驱动电机的使用和检修，通常将记录了技术参数的铭牌固定在驱动电机外壳上。2.1.3驱动电机的技术参数相关知识2.1.4驱动电机的性能要求驱动电机的性能一般需要满足以下几点要求:（1）电压高。采用高电压的驱动电机尺寸较小，逆变器的成本较低，能量转换效率较高等。（2）转速高。在电机转矩一定的情况下，提高转速可以提高电机功率；同样，在电机功率一定的情况下，提高转速可以提高电机转矩。转速高的驱动电机具有体积小、质量轻等特点，有利于降低整备质量。

整备质量包括动力电池、冷却液、玻璃洗涤液、润滑油、随车工具和备用车轮、车载充电器、手提式充电器等的质量，但是不包括乘员或装载质量。

续航能力是新能源汽车行业关注的焦点，整备质量对续航能力有显著影响，减小整备质量可以大大提高汽车的续航能力。但是，整备质量大的车辆稳定性好，特别是在急转弯和急刹车的时候，优势很明显，因此车辆的整备质量也并非越小越好。相关知识（3）转矩密度、功率密度大，体积小、质量轻。驱动电机的转矩密度、功率密度越大，其在新能源汽车中占用的空间就越小。此外，电机外壳、各种控制装置、冷却系统等应尽可能选用轻质材料，如采用铝合金的电机外壳，以降低电机总成的质量。（4）启动转矩大，调速范围宽，可满足车辆启动、加速、行驶、减速、制动等所需的功率与转矩。此外，驱动电机应具有自动调速功能，以减轻驾驶人的操作强度，提高车辆加速过程中乘坐的舒适性。（5）需要有较好的承受过载的能力，以满足车辆快速加速与最大爬坡度的要求。（6）具有高可控性、高稳态精度、良好的动态性能，必要时可实现多部驱动电机协调运行。（7）机械效率高、损耗少。（8）可兼做发电机使用，具有制动能量回收功能，以延长车辆的续驶里程。（9）必须装备高压保护装置。（10）能够在恶劣条件下可靠工作，即具有耐潮、适应极端温度的能力，且工作时噪声小。（11）散热性好，能确保车辆行驶过程中各零部件的正常功能，以及乘员的人身安全。2.1.4驱动电机的性能要求相关知识（1）转矩密度：转矩与导电（或导磁）材料体积的比值。（2）动态性能：驱动电机在负载突变时表现出的特性，如速降、恢复时间、超调量等。（3）稳态性能：驱动电机在负载稳定时表现出的特性，如转速、电流等是否稳定。2.1.4驱动电机的性能要求实践操作——认识不同车型的驱动电机比较不同车型的驱动电机及铭牌请扫描二维码查看任务2.1驱动电机认知任务2.2永磁同步电机检修任务2.3三相异步电机检修任务引入——永磁同步电机的退磁现象及其预防措施永磁同步电机性能的好坏通常可通过磁性材料的耐高温等级来评价。如果永磁同步电机的温度超过耐高温等级规定的最高温度，其磁通密度就会急剧下降，引发退磁现象。思考：广泛应用于新能源汽车中的永磁同步电机有什么结构特点？它是如何运行的？当它发生故障时，应如何进行检修？一般采取以下措施来预防退磁现象：（1）正确选择电机功率。通常裕量为正常负载的20%左右。（2）避免重载启动和频繁启动。造成永磁同步电机退磁的原因有以下几种：（1）永磁同步电机的散热风扇异常，导致永磁同步电机温度升高。（2）永磁同步电机没有设置温度保护装置。（3）环境温度过高。（4）永磁同步电机设计不合理，导致过流、过载等现象。相关知识2.2.1永磁同步电机概述定子转子位置传感器温度传感器高压导线散热风扇（风冷型）机壳机座等永磁同步电机组成1．永磁同步电机的结构相关知识2.2.1永磁同步电机概述1）定子（1）定子铁芯一般采用0.5mm厚的硅钢片叠压而成。若要求永磁同步电机具有高效率或高频率，以减少定子铁芯的铁耗，则可以考虑使用0.35mm厚的低损耗冷轧无取向硅钢片。（2）定子绕组普遍采用分布式短距绕组。定子绕组多按三相四极布置，通电产生四极旋转磁场。对于定子绕组极对数较多的永磁同步电机，普遍采用分数槽绕组。需要进一步改善电动势波形时，可以考虑采用正弦绕组或其他绕组。（3）固定部件包括机座、铁芯压板、绕组支架等。相关知识（1）铁耗：驱动电机运行时，因定子铁芯或端部铁件发热而产生的损耗。（2）极对数：磁极的对数。2.2.1永磁同步电机概述相关知识2.2.1永磁同步电机概述（2）切断高压电源：当车辆处于停止状态，高压互锁识别到危险且情况严重时，除了进行故障警告外，还需要将危险信息传给控制器，控制器将高压电源切断，从而有效防止危险事故的发生。2）转子转子主要由永磁体、转子铁芯和转轴等组成。永磁体通常采用铁氧化永磁材料或钕铁硼永磁材料；转子铁芯可根据磁极结构的不同，选用实心钢，或由钢板、硅钢片冲制后叠压而成。转子可分为表面式转子和内埋式转子两种。相关知识2.2.1永磁同步电机概述（1）表面式转子是指永磁体通常呈瓦片形，并位于转子铁芯的外表面上，提供磁通的方向为径向的转子。①

凸装式转子：结构简单、制造成本较低、转动惯量小，广泛应用于矩形波永磁同步电机和恒功率运行调速范围不宽的正弦波永磁同步电机中。②嵌入式转子：可利用转子磁路不对称性所产生的磁阻转矩，来提高永磁同步电机的功率密度。嵌入式转子的动态性能较凸装式转子有所改善，制造工艺也较简单，常用于具有调速功能的永磁同步电机，但漏磁系数和制造成本都比凸装式转子大。图2-11表面式转子相关知识2.2.1永磁同步电机概述(2)内埋式转子是指永磁体位于内部的转子。内埋式转子的动态性能和稳态性能都较好，广泛应用于要求有异步启动能力或较好动态性能的永磁同步电机中。内埋式转子也存在转子磁路不对称所产生的磁阻转矩，有助于提高永磁同步电机的过载能力和功率密度。内埋式转子可分为径向式转子、切向式转子、U型混合式转子和V型径向式转子四种。相关知识2.2.1永磁同步电机概述①径向式转子：永磁体直接面向气隙，漏磁系数较小，材料利用率高，结构简单。②切向式转子：具有聚磁结构，电磁负荷较大，符合永磁同步电机微型化的发展要求，但是漏磁系数较大，须采取相应的隔磁措施，结构复杂。④V型径向式转子：在U型混合式转子的基础上发展出的，进一步减少了永磁材料的用量。③U型混合式转子：在径向布置和切向布置的永磁体的尺寸、相互位置合理的情况下，漏磁系数可大大减小，即在额定功率和转子尺寸相同的情况下，减少了永磁材料的用量。漏磁：磁源通过特定磁路泄露在空气中的磁场能量。相关知识2.2.1永磁同步电机概述（2）切断高压电源：当车辆处于停止状态，高压互锁识别到危险且情况严重时，除了进行故障警告外，还需要将危险信息传给控制器，控制器将高压电源切断，从而有效防止危险事故的发生。3）位置传感器（1）旋转变压器：由定子和转子组成。定子绕组接受励磁电压，而转子绕组通过电磁耦合得到感应电压。电机控制器可通过旋转变压器检测电机转子的转速和磁极位置，从而对电机定子绕组中的电流进行控制，达到驱动和控制电机的目的。（2）光电编码器：一种通过光电信号将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。根据刻度方法及信号输出形式的不同，光电编码器可分为增量式、尽对式和混合式三种。（3）霍尔传感器：一种基于霍尔效应的磁传感器。可用于检测磁场及其变化，且其不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于测试大电流电路。霍尔效应：磁场作用于载流金属导体、半导体等载体时，产生横向电位差的物理现象。相关知识2.2.1永磁同步电机概述（2）切断高压电源：当车辆处于停止状态，高压互锁识别到危险且情况严重时，除了进行故障警告外，还需要将危险信息传给控制器，控制器将高压电源切断，从而有效防止危险事故的发生。4）温度传感器为避免因温度过高而造成组件损坏，永磁同步电机需要配置温度传感器来监控定子绕组的温度。使用较广泛的温度传感器为负温度系数（negativetemperaturecoefficient，简称NTC）传感器。相关知识2.2.1永磁同步电机概述2．永磁同步电机的工作原理1）运行原理永磁同步电机的定子绕组因接入三相对称交流电而产生旋转磁场。根据磁极异性相吸、同性相斥的原理，不论转子与定子的磁极起始时的相对位置如何，由于磁场力作用，转子都会和定子磁极同步旋转。在转子和定子的共同作用下，转轴产生转矩。相关知识2.2.1永磁同步电机概述2．永磁同步电机的工作原理2）控制策略为了使永磁同步电机具有更快的响应速度、更高的转速调节精度及更宽的调速范围，人们提出了多种适用于永磁同步电机的控制策略，如恒压频比开环控制、矢量控制、直接转矩控制等。（1）恒压频比开环控制。恒压频比开环控制的控制变量为永磁同步电机的相关参数，即电压和频率。先将特定电压和频率的信号输入可实现控制策略的调制器中，调制器控制逆变器产生一个合适的正弦交流电，并将正弦交流电施加在定子绕组上，使之在指定的电压和频率下运行。相关知识2.2.1永磁同步电机概述以转子磁链旋转空间矢量为参考坐标，将定子绕组的电流分解为正交的两个分量，一个与磁链同方向，代表定子绕组电流的励磁分量，另一个与磁链方向正交，代表定子绕组电流的转矩分量，分别对这两个分量进行控制，即为矢量控制。矢量控制的永磁同步电机可具有与直流电机一样良好的动态性能。驱动电机转子的转速即为驱动电机的转速，而旋转磁场的转速与驱动电机的电源频率一致。永磁同步电机的转速和电源频率严格同步，即转子转速等于旋转磁场的转速，没有转差功率，转子的参数对控制效果的影响小，因此在永磁同步电机上更容易实现矢量控制。（2）矢量控制。2．永磁同步电机的工作原理2）控制策略相关知识2.2.1永磁同步电机概述直接转矩控制是通过测量永磁同步电机的电压、电流，来计算永磁同步电机的磁通量和转矩，再通过控制转矩来控制转速的方法。该方法省去了复杂的矢量变换与数字模型处理，控制手段直接，但是存在转矩脉动和磁链脉动大的问题，会使永磁同步电机运行不稳定。（3）直接转矩控制。2．永磁同步电机的工作原理2）控制策略（1）磁链：导电线圈或电流回路所链环的具有磁通量的空间。（2）调制器：通过数字信号处理技术，将低频数字信号（如音频、视频、数据等）调制到高频数字信号中，进行信号传输的一种设备。（3）转差功率：驱动电机运行时，因转子绕组发热导致的功率损失。转差功率通常与转子绕组的电阻值正相关。相关知识2.2.1永磁同步电机概述什么是智能控制方法？为了提高永磁同步电机的控制性能和控制精度，人们在矢量控制、直接转矩控制等的基础上，建立了模糊控制、神经网络控制等智能控制方法。智能控制方法的大致思路是建立多环控制结构，通过矢量控制、直接转矩控制等进行内环电流控制、转矩控制，通过智能控制进行外环速度控制。知识扩展相关知识1．永磁同步电机的日常检查1）启动前的检查（1）调试励磁、脉冲、移相等装置。（2）检查定子回路控制开关、操纵装置及保护系统。（3）用干燥压缩气体（风压为0.196～0.29Pa）清扫永磁同步电机，并检查各线束绝缘表面是否有破损。（4）检查冷却系统，如通水管是否打开、水压是否正常、冷却器和管道有无漏水现象等，并检查定子铁芯状况。（5）检查轴承及其润滑系统，保证轴承内油质清洁。（6）清扫和检查启动设备，并检查有无他人正在使用永磁同步电机和附属设备。（7）测量永磁同步电机和电机控制器的绝缘电阻，并与上一次测试结果对照，电阻值应不低于上次测量值的50%～80%。2.2.2永磁同步电机的检修相关知识1．永磁同步电机的日常检查2）运行时的检查（1）三相电压不平衡度不应大于5%。（2）检查轴承的温度。轴承的温度与其工作环境和用途有关，通常要求滚动轴承的温度不超过95℃，滑动轴承的温度不超过75℃。（3）用温度计测量定子绕组与定子铁芯的温升。通常要求定子绕组的温升不超过105K，定子铁芯的温升不超过125K。（4）测量环境温度。通常要求永磁同步电机运行时的环境温度最低为5℃，最高为40℃；长期停用的永磁同步电机应保存在温度为5～15℃的环境中。（5）测量空气相对湿度。规定空气相对湿度不应超过75%。2.2.2永磁同步电机的检修相关知识（1）启动设备：用于辅助驱动电机启动的设备，可使驱动电机启动平稳，对高压电源的冲击小，还能实现对驱动电机的软停车、制动、过载和缺相保护等。（2）三相电压不平衡度：三相电压负序分量与正序分量的方均根值百分比。2.2.2永磁同步电机的检修如右图所示为三相电压零序分量的相量图，若保持A相矢量不变，B相矢量逆时针旋转120°，C相矢量顺时针旋转120°，则得到三相电压正序分量的相量图，对三个矢量求和，可得到三相电压正序分量；若保持A相矢量不变，B相矢量顺时针旋转120°，C相矢量逆时针旋转120°，则得到三相电压负序分量的相量图，对三个矢量求和，可得到三相电压负序分量。对三相电压负序分量与正序分量分别进行平方求和，求其均值，再开平方，并用两数之比的百分比表示，即为三相电压不平衡度。相关知识3）停机后的检查永磁同步电机停机后，应检查定子绕组及引线的绝缘有无损伤，零部件是否松动，转子支架和机械零部件是否有开焊或裂缝等现象，固定螺栓是否松动，以及轴承状态是否正常等。2.2.2永磁同步电机的检修1．永磁同步电机的日常检查相关知识2.2.2永磁同步电机的检修2．永磁同步电机的性能检测1）负载性测试2）T-n曲线测试目的是确定永磁同步电机的效率、功率因数、转速、定子电流等，确保永磁同步电机在超出最大预期工作量的情况下仍能正常运行。用伺服电机给永磁同步电机加载，从150%额定负载逐步降到25%额定负载，在此范围内至少选取6个测试点（必须包括100%额定负载点），测量其电压、电流、功率、转矩和转速等参数并进行计算。T-n曲线是描述永磁同步电机的转矩和转速之间关系的特性曲线，如图所示。其测试方法是通过控制永磁同步电机的转速，从最低转速零到最高转速之间选取不同的转速点，测量各个转速点的转矩，再绘制出两者的关系曲线。相关知识2.2.2永磁同步电机的检修2．永磁同步电机的性能检测3）耐久性测试4）空载测试耐久性是指在规定的使用和维修条件下，永磁同步电机达到某种技术指标时，实现基础功能的能力。在测试软件中，可由用户设定永磁同步电机按某个测试方案来进行耐久性测试。例如，设定永磁同步电机以120%的额定转速运行2min，测量永磁同步电机运行过程中的电压、电流、效率、转矩和转速等信息。空载测试是指永磁同步电机空转时，检验其运转稳定性和可靠性的试验。在125%额定电压至驱动电机转动的最低电压范围内，绘制电压和励磁电流的关系曲线，即空载特性曲线。通过空载测试，不仅可以检查励磁装置的工作情况是否良好、定子绕组连接是否正确，还可以了解永磁同步电机的磁路饱和程度。相关知识2.2.2永磁同步电机的检修2．永磁同步电机的性能检测6）启动电流测试5）堵转测试永磁同步电机启动时会产生瞬时的大电流，持续时间约为几十毫秒，这个过程中电流的峰值、上升时间、下降时间等都是非常重要的参数。

启动电流测试的时间很短，通常采用示波器或功率分析仪进行试验。堵转测试是指让转子固定不动，使定子绕组的电压约为90%～110%额定电压，测试此时的电压、电流、输入功率等的试验，再逐渐降低定子绕组的电压进行测试，应共选取5～7个测量点。对于额定功率为100～300kW永磁同步电机，堵转测试结果可以用于评价2.5～4倍额定电流的过载性能。相关知识2.2.2永磁同步电机的检修3．永磁同步电机的故障诊断对于永磁同步电机，应在熟悉永磁同步电机结构和工作原理的基础上正确进行故障诊断，并找出造成故障发生的原因。目视检查01目视检查是故障诊断的基础。目视检查的内容是检查易于接触或能够看到的部件，以查明其是否有明显损坏或存在可能导致故障的情况。相关知识2.2.2永磁同步电机的检修010203040506第一步第三步第五步第二步第四步第六步操作启动开关，使电源模式至OFF状态。断开OBC处的直流母线。等待5分钟后，用数字万用表测量电机控制器的输入端与输出端之间的电压，确定其不大于5V。如果不满足要求，则继续等待若干分钟后，再次测量、确认。断开低压蓄电池的负极线。拆卸与电机控制器相连的高压连接器。拆卸与永磁同步电机相连的高压连接器。绝缘电阻检测07第七步将高压绝缘检测仪的挡位调至1000V，分别测量电机控制器侧各相线束的连接器与电机壳体之间的电阻。如果电阻不小于20MΩ，则表示绝缘正常；如果电阻小于20MΩ，则应修理或更换线束。02相关知识2.2.2永磁同步电机的检修常见故障排查03永磁同步电机的常见故障有异响、强烈振动、转速和输出功率达不到要求等，对此可依据以下步骤依次进行排查。（1）检查永磁同步电机的固定螺栓。（2）拆卸接线盒盖板，并检查各高压连接器及其固定螺栓。（3）检查绕组是否存在绝缘故障。（4）空转检查：检查有无定子、转子相互摩擦的现象或异响。（5）拆卸并检查后端盖上旋转变压器和温度传感器的插针。（6）拆卸并检查前、后端盖。（7）拆卸并检查转子。（8）检查前、后轴承。相关知识2.2.2永磁同步电机的检修常见故障排查03（9）清理并检查定子。（10）拆卸并检查旋转变压器。（11）检查旋转变压器绕组电阻（包括正弦电阻、余弦电阻、励磁电阻）是否符合要求。（12）检查冷却系统。（13）如果经过以上检修工作排除了问题，则将各部件安装完好，再检测冷却回路的密封性；

如果经过以上检修工作没有发现问题，但是永磁同步电机的运行还是存在异常，则更换永磁同步电机。实践操作——永磁同步电机的故障诊断详细步骤请扫描二维码查看任务2.1驱动电机认知任务2.2永磁同步电机检修任务