车用驱动电机原理与控制基础（第2版）课件：机电能量转换与电磁转矩的生成

车用驱动电机原理与控制基础(第2版)

机电能量转换与电磁转矩的生成23.1具有机械端口的电磁系统/直线电机模型自由电荷在磁场中受力图2-6自由电荷在磁场中受力情况

33.1具有机械端口的电磁系统/直线电机模型直线电机模型图3-1通电导线在磁场中受力情况

43.1具有机械端口的电磁系统/直线电机模型图3-2通电导线中电荷运动合成及在磁场中受力合成

直线电机模型53.1具有机械端口的电磁系统/直线电机模型机电能量转换基本特点电机工作过程的机电能量转换过程比这个要复杂很多，但本质上是一样的，机电能量转换过程具有如下基本特征：1）洛伦兹力是机电能量转换的微观物理基础；2）磁场在机电能量转换过程中是重要的媒介，但磁能并不必然增加或减少；3）机电能量转换必要地要存在机械端口和电端口两个能量耦合端口，且端口上应作用有“有势量”：机械端口是力或转矩而电端口是电势或电场；4）感应电动势的存在是从电端口获得或回馈电能的必要条件。注意，在本例中假设工作磁场是恒定的，忽略了导线电流周围磁场影响。这没有反映实际电机工作情况。实际电机中存在电枢反应过程，气隙磁场是电枢磁场与转子磁场的合成磁场。63.2电磁系统的储能：磁能与磁共能3.2.1电机内部的能量转换过程概述

图3-3把损耗分离使系统成为“无损耗磁储能系统”73.2.2磁路的磁能与磁共能1．单线圈励磁系统的储能图3-4

双线圈励磁的铁心

83.2.2磁路的磁能与磁共能1．单线圈励磁系统的储能图3-5

磁路的ψ-i曲线

93.2.2磁路的磁能与磁共能2．双线圈励磁

图3-6磁能的积分路径103.2.2磁路的磁能与磁共能2．双线圈励磁

113.3电磁转矩的生成和统一表达式3.3.1电磁转矩的生成

图3-7

具有定、转子绕组和气隙的机电装置123.3电磁转矩的生成和统一表达式3.3.1电磁转矩的生成

133.3电磁转矩的生成和统一表达式3.3.2机电能量转换过程

143.3电磁转矩的生成和统一表达式3.3.3磁阻转矩

图3-8磁阻转矩的生成图3-9定子绕组自感的变化曲线153.3电磁转矩的生成和统一表达式3.3.3磁阻转矩图3-9磁阻转矩随转子位置变化规律

图3-8磁阻转矩的生成

16法拉第电磁感应定律（磁

电）电机学的基本定律（2）：电域法拉第电磁感应定律：电磁感应现象是指因磁通量变化产生感应电动势的现象。电磁感应定律中电动势的方向可以通过楞次定律确定：感应电流的磁场要阻碍原磁通的变化。

机械系统（单质量）

电磁系统牛顿力学第一、第二定律：牛顿第一运动定律，又称惯性定律。表述为：任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。牛顿第二运动定律：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，且与物体质量的倒数成正比，加速度的方向跟作用力的方向相同。力是运动状态改变的原因电压与磁链变化互为因果17电机的机电能量转换原理电机学的基本定律（3）麦克斯韦应用拉格朗日方法描述了机电耦合系统动力学问题，他从力学和电磁学的基本定律出发，列出了系统的运动方程，得到了“拉格朗日—麦克斯韦方程”。

机械系统（单质量）

电磁系统拉格朗日—麦克斯韦方程183.4空间矢量的定义电磁铁的电磁力

图3-12电磁铁193.4空间矢量的定义单轴线圈的励磁磁动势

20正交两相绕组的合成磁动势波1.整距线圈的矩形波磁动势图4-11单个线圈的磁动势a）

整距线圈所产生的磁场b）整距线圈的磁动势波函数

21正交两相绕组的合成磁动势波两相两极绕组的基波合成磁动势

22正交两相绕组的合成磁动势波李萨如图

23旋转磁动势波，电机的时空一致性原则图4-16

不同时刻的三相基波图4-17

旋转磁动势波正交两相绕组的合成磁动势波24旋转磁动势波，电机的时空一致性原则图4-16

不同时刻的三相基波图4-17

旋转磁动势波

正交两相绕组的合成磁动势波25正交两相绕组的合成磁动势波图4-18

电机轴向断面对应的空间复平面

空间矢量26正交两相绕组的合成磁动势波空间矢量分析方法

27正交两相绕组的合成磁动势波磁动势和磁链矢量

图4-22

A相绕组产生的余弦分布磁场a)余弦分布磁动势波

b)余弦分布磁场展开28正交两相绕组的合成磁动势波定子电流矢量和电压矢量图4-21定、转子电流矢量与“轴线圈”等效

293.5电磁转矩的空间矢量表达式图4-27定、转子磁动势空间矢量的合成

304.6电磁转矩的矢量表达式

314.6电磁转矩的矢量表达式32电机的电磁负荷，Electromagneticload

33电磁负荷，Electromagneticload给定电机体积，电磁负荷就决定了电机的输出转矩能力；换言之，对于期望输出转矩，电磁负荷越大，则电机体积越小。提高转矩输出能力主要决定于磁负荷和电负荷，提高电磁负荷是有利于实现电机的小型化和轻量化的有效手段。电磁负荷的选取主要考虑因素包括：电机的冷却条件电机所用的材料与绝缘结构的等级电机的功率及转速电磁负荷选择时要考虑的因素很多，很难单纯从理论上来确定。通常主要参