新能源汽车驱动电机及控制系统检修 课件 任务11、12 电机转子位置检测系统故障检修、电机起动与制动测试

驱动电机及控制系统检修任务十一电机转子位置检测系统故障检修任务导入场景：新能源汽车售后维修中心人物：维修技师小刘、客户王先生情节：王先生的纯电动汽车在售后维修中心进行了驱动电机系统保养。保养作业完成后，维修技师小刘在试车时发现，车辆挂入D挡后，车辆向后行驶，随后停止不能继续行驶，此时仪表显示驱动电机系统故障。如果你是小刘，应该怎么处理这种情况？提出问题如果你是小刘，应该怎么处理王先生车辆的故障？任务目标教学内容电机反向旋转测试电机转子位置信号处理旋转变压器故障分析位置传感器故障检修任务目标能根据驱动电机反向旋转控制原理，结合车辆故障现象，对车辆反向行驶故障进行诊断与分析;能根据驱动电机位置信息处理方式及常见故障，使用专用工具，规范完成驱动电机位置传感器检修作业;任务实施——电机反向旋转测试知识讲解电动汽车倒车行驶的实现方式

纯电动汽车在倒挡的控制上区别于传统燃油汽车，由于纯电动汽车没有传统燃油汽车的变速器，所以无法通过档位变换实现倒车行驶。纯电动汽车的倒挡利用电机的反向旋转完成倒车行驶，驱动电机控制器接收到来自整车控制器的倒挡信号后，通过变换三相电源的相位顺序控制电机的旋转方向，得以实现纯电动汽车的倒车行驶。任务实施——电机反向旋转测试知识讲解电机反向旋转的实现方式

改变三相交流电机的旋转方向，常见的方式有改变三相供电顺序，反接旋转变压器信号，以及改变IGBT通断顺序。改变三相供电顺序任意对调两相电源线，三相电机获得反序交流电，实现电机的反向旋转。顺时针旋转逆时针旋转任务实施——电机反向旋转测试知识讲解电机反向旋转的实现方式反接旋转变压器信号反接旋转变压器，电机控制器接收到与实际位置相反的位置信号，电机通入反序交流电致使电机反向旋转。旋变正常信号旋变反接信号任务实施——电机反向旋转测试知识讲解电机反向旋转的实现方式改变IGBT通断顺序

驱动电机控制器输出现象交流电主要依靠功率模块IGBT的通断控制，通过控制IGBT通断顺序，可直接输出反序交流电，实现电机反向旋转。

纯电动汽车主要采用此方法控制电机旋转方向，实现车辆倒车行驶。技能操作操作准备任务实施——电机反向旋转测试新能源教学整车高压安全防护用品、绝缘工具、绝缘扭力扳手、举升机、冷却液回收装置、减速器齿轮油回收装置、制冷剂回收装置、电驱动总成托举工具、环箍钳工具技能操作根据操作过程及结果，填写工作页电机反向旋转测试安全第一操作规范7S管理40分钟任务项目要求安全注意事项时间技能操作任务实施——电机反向旋转测试任务实施——位置传感器故障检修知识讲解电机转子位置信号处理

先将旋变正、余弦信号原始波形分别采样，通过一系列的信号处理算法计算出正、余弦信号的包络线。对包格线上的sin值和cos值求正切，通过正切值和正、余弦值的符号查表可得到电机的当前角度值。同时为了增加旋变软件解码的抗干扰性能，对软件解码增加一个锁相处理环节。旋变软件解码原理图任务实施——位置传感器故障检修知识讲解旋转变压器电路连接

旋转变压器的电路连接示意图，旋转变压器与电机控制器之间共有7个信号线，分别为励磁信号+、励磁信号-、正弦信号+、正弦信号-、余弦信号+、余弦信号-、以及屏蔽线。旋变电路连接示意图知识讲解任务实施——位置传感器故障检修旋转变压器故障分析（1）线路故障

线路故障指旋转变压器和电机控制器之间的连接线路故障，主要有励磁信号线路、正弦信号线路、余弦信号线路、屏蔽线的短路、短路和虚接等故障。

旋转变压器的主要故障有线路故障、绕组故障、信号异常、超速故障、相移故障、幅度失配故障、角度跳变故障、错接故障等。知识讲解任务实施——位置传感器故障检修旋转变压器故障分析（2）绕组故障

正常情况下，旋转变压器的励磁绕组、正弦绕组、余弦绕组的电阻值应在标准值的误差范围内（标准值可查询维修手册获得），且各绕组对壳体及绕组相互之间绝缘。

绕组故障包括励磁绕组、正弦绕组、余弦绕组的电阻值超出标准值的误差范围，绕组断路故障、对壳体短路、以及相互之间短路等。知识讲解任务实施——位置传感器故障检修旋转变压器故障分析（3）信号异常

信号异常故障有输入信号消波、输入信号超过电压阈值、输入信号低于电压阈值、正弦信号异常、余弦信号异常等故障。（4）超速故障

当电角度的速度高于旋转变压器解码系统的速度时，就会发生超速故障。例如，旋转变压器的解码芯片所能支持的最大速度为1250rps，当旋转变压器电角度的速度为1300rps时，就会触发超速故障。知识讲解任务实施——位置传感器故障检修旋转变压器故障分析（5）相移故障

旋转变压器的相移包含差模相移和共模相移。差模相移是旋转变压器的正弦和余弦信号之间的相移，共模相移是励磁信号与正弦和余弦信号之间的相移，差模相移可以视为共模相移的差。

一般情况下，旋转变压器相移故障指由共模相移引起的故障。当正弦/余弦的相移不同时，会引起相移失配故障，此时，角度和速度的精度都会受到影响。知识讲解任务实施——位置传感器故障检修旋转变压器故障分析（6）幅度失配故障幅度失配是指正弦和余弦信号达到峰值幅度（余弦为0°和180°，正弦为90°和270°）时，两者的峰值幅度之差。知识讲解任务实施——位置传感器故障检修旋转变压器故障分析（7）角度跳变故障

IGBT干扰是指干扰信号与IGBT开关的开/关效应相耦合。当信号与SIN/COS线耦合时，位置和速度性能会受影响，角度值会发生跳变，速度方向可能发生变化。角度跳变故障信号知识讲解任务实施——位置传感器故障检修旋转变压器故障分析（8）错接故障

错接故障是指旋转变压器和电机控制器之间的线路连接错误，比如正弦信号和余弦信号反接等情况。错接发生时，旋变解码芯片也可解码角度和速度信息，但是角度值会发生跳变，电机旋转方向会发生变化。知识讲解任务实施——位置传感器故障检修旋转变压器故障检测流程技能操作操作准备任务实施——位置传感器故障检修新能源教学整车高压安全防护用品、绝缘工具、绝缘扭力扳手、举升机、冷却液、减速器齿轮油、空调制冷剂、密封胶、电驱动总成吊装工具工具技能操作根据操作过程及结果，填写工作页安全第一操作规范7S管理40分钟任务项目要求安全注意事项时间技能操作任务实施——位置传感器故障检修位置传感器故障检修检查评估10分钟2）测试评估是否正确完成电机反向旋转测试作业是否正确完成位置传感器故障检修作业是否准确检测到故障点工具、设备是否整理恢复实训工位是否打扫干净工作页是否填写完整任务小结驱动电机及控制系统检修任务十二电机起动与制动测试任务导入场景：新能源汽车售后维修中心人物：维修技师小刘、客户王先生情节：王先生的纯电动汽车在踩下制动踏板后不能迅速减速及制动，经维修技术小刘检查后，排除了制动系统的故障，需对驱动电机的制动功能进行进一步测试。提出问题如果你是小刘，应该怎么处理王先生车辆的故障？任务目标教学内容电机起动定义、参数异步电机的起动方法电机制动、能耗制动、回馈制动电机起动、电机制动测试任务目标能根据驱动电机起动方式，使用专用设备仪器，对驱动电机起动功能进行测试。能根据驱动电机制动方式，使用专用设备仪器，对驱动电机制动功能进行测试。任务实施——电机起动测试知识讲解电机起动

当交流电机通入对称的三相电压时，电机将开始转动、加速并最终稳定运行在额定转速，这个过程就称为起动过程。定

义

起动过程有两个指标参数，分别为起动转矩和起动电流。参

数任务实施——电机起动测试知识讲解鼠笼式异步电机的起动方法

直接起动是指用闸刀开关或接触器将电机定子绕组直接接在额定电压的电源上起动，也称为全压起动。（1）直接起动

鼠笼式异步电机起动方法主要有在额定电压下的直接起动和降压起动两种方式。优点是操作简单，不需要复杂的起动设备；缺点是起动电流大，对电机本身和电网电压均会带来不利影响。任务实施——电机起动测试知识讲解鼠笼式异步电机的起动方法

鼠笼型异步电机的降压起动方式主要有Y-△起动，定子绕组串入电阻起动，自耦变压器降压起动三种。（2）降压起动①

Y-△起动

Y-△起动法适用于正常运行时定子绕组为三角形连接的电机，该方法要求电机的六个出线端都引出来，并接到转换开关上。任务实施——电机起动测试知识讲解鼠笼式异步电机的起动方法（2）降压起动②

定子绕组串入电阻起动

起动时，先将开关K1合上，将电机和电阻接入电路，此时电机的端电压低于电源电压UN，假设此时电机端电压是电源电压的1/K；然后将开关K2合上，电阻被短路，电源电压完全加载在电机上，此时电机在额定状态运行。任务实施——电机起动测试知识讲解鼠笼式异步电机的起动方法（2）降压起动③

自耦变压器降压起动

自耦变压器降压起动利用自耦变压器的原理改变引出线接头所在位置，从而改变变压比，实现调节接入电机的端电压大小。任务实施——电机起动测试知识讲解绕线式异步电机起动方法转子回路串接对称电阻起动

绕线式异步电机的转子回路串接三相对称电阻后，可增大电机的起动转矩，并减小起动电流。串接阻值大小合适的电阻，可以使起动转矩等于电机的最大转矩，同时使起动电流明显下降。起动结束后，短接电阻，电机运行效率不受影响。转子回路串接对称电阻起动

频敏变阻器相当于只有一次绕组的三相芯式变压器，绕组星形连接，通过电刷和集电环与转子绕组相接。频敏变阻器中铁损和反映铁损的激磁电阻较大，相当于在转子回路中串接了一个较大的电阻，从而限制了起动电流，增大了起动转矩。任务实施——电机起动测试知识讲解永磁同步电机起动方法（1）辅助电动机拖动起动法

通常选用与永磁同步电机极数相同，容量为主机10%~15%的感应电机作为辅助电机，当辅助电机将主机拖动到接近同步转速时，再用自整步法将主机投入电网，随后切除辅助电机的电源。该方法不能用于在负载下起动，否则辅助电机的容量将会很大。（2）异步起动法

异步起动法是指在转子极靴上开槽并装设笼型绕组，通过定子电流产生的旋转磁场和转子上的笼型绕组中的感应电流所产生的异步电磁转矩进行起动。任务实施——电机起动测试知识讲解永磁同步电机起动方法

永磁同步电机属于双边激励的电机，由于永磁体磁场与定子电枢磁场在起动过程中的转速不相等，二者会产生随转差频率变化的脉振转矩。在分析起动过程的平均转矩时，将两个激励源单独考虑，分别进行分析。首先不计永磁体磁场的作用，只考虑定子绕组加端电压情况下电机的起动过程；然后假设将定子绕组短路，只考虑永磁体对电机起动过程的影响；最后，运用叠加原理将双边激励源的共同作用进行叠加。（2）异步起动法永磁同步电机异步起动特性曲线任务实施——电机起动测试知识讲解永磁同步电机起动方法

采用变频器进行调速能够实现无级调速，还能根据负载特性的不同，通过适当调节电压和频率之间的关系从而使电机始终运行在高效区并保持良好的动态性能。采用变频起动更能显著地改善永磁同步电机的起动性能，大幅降低起动电流，增加起动转矩。对于具有三相变频电源的场合，常采用变频起动的方法。（3）变频起动法优

点：任务实施——电机起动测试知识讲解永磁同步电机起动方法

起动时，将变频电源的频率调到很低，以便使同步电动机投入电源之后，定子绕组产生的旋转磁场转得极慢。这样，依靠定转子磁场之间的相互作用所产生的同步电磁转矩就可以使转子缓慢地转动起来。并能在很低的转速下运行，然后逐渐提升电源的频率，逐步加快至定子绕组产生的旋转磁场的同步速度，从而带动转子的速度逐渐提升，直到达到正常转速。（3）变频起动法原

理：技能操作操作准备任务实施——电机起动测试新能源教学整车高压安全防护用品、绝缘工具、绝缘扭力扳手、举升机、冷却液回收装置、减速器齿轮油回收装置、制冷剂回收装置、LN虚拟实验系统、驱动电机实验卡工具技能操作根据操作过程及结果，填写工作页电机起动测试安全第一操作规范7S管理40分钟任务项目要求安全注意事项时间技能操作任务实施——电机起动测试任务实施——电机制动测试知识讲解电机制动

当交流电机运行于电动机状态时，电磁转矩与转速同向，为驱动转矩，对外输出机械功率；在制动状态时，电磁转矩与转速反向，为制动转矩，电机转轴从外部吸收机械功转并转换成电功率。

电机制动的目的是使电气传动系统快速停车或尽快减速，以及使位能性负载获得稳定的下放速度。交流电机的电气制动方法有能耗制动、反接制动和回馈制动三种。任务实施——电机制动测试知识讲解能耗制动工作原理

制动时，首先断开开关S1，使电机脱离电网，同时闭合，将定子的其中两相绕组接到直流电源上，此时定子内部的直流电形成了恒定的磁场，电机内部原有的旋转磁场将不存在。转子由于惯性保持旋转，并切割该恒定磁场，在转子中依然可以产生感应电动势和感应电流。能耗制动原理图任务实施——电机制动测试知识讲解能耗制动特性分析在制动瞬间，因转速不能突变，工作点由A点水平跃变至能耗制动特性曲线的B点；电机开始减速，工作点沿制动机械特性曲线变化，直到到达原点O，此时n=0，T=0；电机将准确地停在O点，这样就实现了快速制动停车；能耗制动特性曲线任务实施——电机制动测试知识讲解反接制动定义及分类

交流异步电机的反接制动分为两类，一种是在电动状态下突然将定子绕组中的任意两相绕组调换接入电源的位置，使定子旋转磁场的方向改变，这种制动方式称为定子两相反接制动，也称为正转反接制动；另一种是保持定子磁场的旋转方向不变，通过位能性负载的作用，