第3章_1_電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī)ppt課件

1、第3章 電動(dòng)汽車用電動(dòng)機(jī) (一)3.1 概述3.2 直流電動(dòng)機(jī)3.3 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 3.1 概述 它是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種機(jī)器。電動(dòng)機(jī)能提供的功率范圍很大，從毫瓦級(jí)到萬(wàn)千瓦級(jí)。電動(dòng)機(jī)的運(yùn)用和控制非常方便，能滿足各種運(yùn)轉(zhuǎn)要求；電動(dòng)機(jī)的任務(wù)效率較高，又沒有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。 由于它的一系列優(yōu)點(diǎn)，所以在工農(nóng)業(yè)消費(fèi)、交通運(yùn)輸、國(guó)防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設(shè)備等各方面廣泛運(yùn)用。 1電動(dòng)機(jī)的分類1按電動(dòng)機(jī)任務(wù)電源分類直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)又分為繞組勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)和永磁式直流電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)分為單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)。 1電動(dòng)機(jī)的分類2按構(gòu)造及任務(wù)原理分類直流電動(dòng)機(jī)、異

2、步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)又分為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和有刷直流電動(dòng)機(jī)；異步電動(dòng)機(jī)分為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)；同步電動(dòng)機(jī)分為永磁同步電動(dòng)機(jī)、磁阻同步電動(dòng)機(jī)和磁滯同步電動(dòng)機(jī) 1電動(dòng)機(jī)的分類3按用途分類電動(dòng)機(jī)按用途可分為驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)。4按轉(zhuǎn)子的構(gòu)造分類籠電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子的構(gòu)造可分為籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。5按運(yùn)轉(zhuǎn)速度分類電動(dòng)機(jī)按運(yùn)轉(zhuǎn)速度可分為高速電動(dòng)機(jī)、低速電動(dòng)機(jī)、恒速電動(dòng)機(jī)、調(diào)速電動(dòng)機(jī)。2. 電動(dòng)機(jī)的額定目的電動(dòng)機(jī)的額定目的主要包括：1額定功率額定功率是指額定運(yùn)轉(zhuǎn)情況下軸端輸出的機(jī)械功率W或kW。2額定電壓額定電壓指外加于線端的電源線電壓V。2.電動(dòng)機(jī)的額定目的3額定電流

3、額定電流是指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)轉(zhuǎn)額定電壓、額定輸出功率情況下電樞繞組或定子繞組的線電流A。4額定頻率額定頻率是指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)轉(zhuǎn)情況下電樞或定子側(cè)的頻率Hz。2.電動(dòng)機(jī)的額定目的5額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速是指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)轉(zhuǎn)額定電壓、額定頻率、額定輸出功率的情況下，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速r/min。2.電動(dòng)機(jī)的額定目的當(dāng)電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)轉(zhuǎn)情況下輸出額定功率時(shí)，稱為滿載運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能、經(jīng)濟(jì)性及可靠性等均處于優(yōu)良形狀。輸出功率超越額定功率時(shí)稱為過(guò)載運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載電流大于額定電流，將會(huì)引起電動(dòng)機(jī)過(guò)熱，從而減少了電動(dòng)機(jī)運(yùn)用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀電動(dòng)機(jī)。2.電動(dòng)機(jī)的額定目的電動(dòng)機(jī)的輸出功率小于額定功率時(shí)稱為輕載

4、運(yùn)轉(zhuǎn)，輕載時(shí)電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)等運(yùn)轉(zhuǎn)性能均較差，因此電動(dòng)機(jī)應(yīng)盡量防止輕載運(yùn)轉(zhuǎn)。3.電動(dòng)汽車對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求 1在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，要求低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)具有大轉(zhuǎn)矩，以滿足電動(dòng)汽車起動(dòng)和爬坡的要求；在恒功率區(qū)，要求低轉(zhuǎn)矩時(shí)具有高的速度，以滿足電動(dòng)汽車在平坦的路面可以高速行駛的要求；。2電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有瞬時(shí)功率大、帶負(fù)載啟動(dòng)性能好、過(guò)載才干強(qiáng)，加速性能好，運(yùn)用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)；3.電動(dòng)汽車對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求3電動(dòng)機(jī)應(yīng)在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，具有很高的效率，以提高一次充電的續(xù)駛里程； 4電動(dòng)機(jī)應(yīng)可以在汽車減速時(shí)實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，將能量回收并反響給蓄電池，使得電動(dòng)汽車具有最正確能量的利用率；5電動(dòng)機(jī)應(yīng)可靠性好，可以在較惡劣的環(huán)境下長(zhǎng)期任

5、務(wù)；3.電動(dòng)汽車對(duì)電動(dòng)機(jī)的要求6電動(dòng)機(jī)應(yīng)體積小，分量輕，普通為工業(yè)用電動(dòng)機(jī)的1/21/3；7電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造要簡(jiǎn)單鞏固，適宜批量消費(fèi)，便于運(yùn)用和維護(hù)；8價(jià)錢廉價(jià)，從而可以減少整體電動(dòng)汽車的價(jià)錢，提高性價(jià)比；9運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)噪聲低，減少污染。3.2 直流電動(dòng)機(jī) 在電動(dòng)汽車所采用的直流電動(dòng)機(jī)中，小功率電動(dòng)機(jī)采用的是永磁式直流電動(dòng)機(jī)，大功率電動(dòng)機(jī)采用的是繞組勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)。 繞組勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，可分為他勵(lì)式、并勵(lì)式、串勵(lì)式和復(fù)勵(lì)式四種類型。1.直流電動(dòng)機(jī)的分類1他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組無(wú)銜接關(guān)系，而由其它直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組供電。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中勵(lì)磁磁場(chǎng)

6、穩(wěn)定而且容易控制，容易實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的再生制動(dòng)要求。1.直流電動(dòng)機(jī)的分類2并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，共用同一電源，性能與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)根本一樣。并勵(lì)繞組兩端電壓就是電樞兩端電壓，但是勵(lì)磁繞組用細(xì)導(dǎo)線繞成，其匝數(shù)很多，因此具有較大的電阻，使得經(jīng)過(guò)它的勵(lì)磁電流較小。1.直流電動(dòng)機(jī)的分類3串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源，這種直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流就是電樞電流。這種電動(dòng)機(jī)內(nèi)磁場(chǎng)隨著電樞電流的改動(dòng)有顯著的變化。為了使勵(lì)磁繞組中不致引起大的損耗和電壓降，勵(lì)磁繞組的電阻越小越好，所以串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)通常用較粗的導(dǎo)線繞成，它的匝數(shù)較少。1.直流電

7、動(dòng)機(jī)的分類4復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有并勵(lì)和串勵(lì)兩個(gè)勵(lì)磁繞組，電動(dòng)機(jī)的磁通由兩個(gè)繞組內(nèi)的勵(lì)磁電流產(chǎn)生。假設(shè)串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)與并勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁通勢(shì)方向一樣稱為積復(fù)勵(lì)。假設(shè)兩個(gè)磁通勢(shì)方向相反，那么稱為差復(fù)勵(lì)。復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的永磁勵(lì)磁部分采用高磁性資料釹鐵硼，運(yùn)轉(zhuǎn)效率高。各種鼓勵(lì)方式直流電動(dòng)機(jī)的電路圖1.直流電動(dòng)機(jī)的分類電動(dòng)汽車所運(yùn)用的直流電動(dòng)機(jī)主要是他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)三種類型。小功率100W10kW電動(dòng)機(jī)采用的是小型高效的永磁直流電動(dòng)機(jī)，可以運(yùn)用在小型、低速的搬運(yùn)設(shè)備上。 中等功率10100kW的電動(dòng)機(jī)采用他勵(lì)、復(fù)勵(lì)或串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)，可以用于構(gòu)造簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)矩要

8、求較大的電動(dòng)貨車上。大功率100kW直流電動(dòng)機(jī)采用串勵(lì)式，可用在要求低速、高轉(zhuǎn)矩的公用電動(dòng)車上。2.直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn) 1 直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造直流電動(dòng)機(jī)由定子與轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成，定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙稱為氣隙。1定子部分 主磁極 機(jī)座 換向極 電刷安裝2轉(zhuǎn)子部分 電樞鐵心 電樞繞組 換向器 直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造2.直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)2直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)調(diào)速性能好：直流電動(dòng)機(jī)可以在重負(fù)載條件下，實(shí)現(xiàn)均勻、平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬；起動(dòng)力矩大：可以均勻而經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)理，因此，凡是在重負(fù)載下起動(dòng)或要求均勻調(diào)理轉(zhuǎn)速的機(jī)械，例如大型可逆軋鋼機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、電力機(jī)車、電車等，都可用直

9、流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)控制比較簡(jiǎn)單：普通用斬波器控制，它具有高效率、控制靈敏、分量輕、體積小、呼應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)；2.直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造與特點(diǎn)由于存在電刷、換向器等易磨損器件，所以必需進(jìn)展定期維護(hù)或改換。電動(dòng)汽車公用的直流電動(dòng)機(jī)和其它通用的電動(dòng)機(jī)相比，應(yīng)在耐高溫性、抗振動(dòng)性、低損耗性、抗負(fù)載動(dòng)搖性以及小型輕量化、免維護(hù)性等方面給予特殊思索。 除此之外，電動(dòng)汽車用直流電動(dòng)機(jī)大多在較低的電壓下驅(qū)動(dòng)，同時(shí)是大電流電路，因此需求留意銜接接線的接觸電阻。3.直流電動(dòng)機(jī)的任務(wù)原理4 .直流電動(dòng)機(jī)的根本方程 (1)電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是指從一對(duì)正負(fù)電刷引出的電動(dòng)勢(shì)，也稱電樞電動(dòng)勢(shì)，可表示為 為

10、每極磁通量； 為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，與電動(dòng)機(jī)構(gòu)造有關(guān)。4 .直流電動(dòng)機(jī)的根本方程(2)直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是指電樞上一切載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力所構(gòu)成的轉(zhuǎn)矩的總和?？杀硎緸?式中， 為電磁轉(zhuǎn)矩； 為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，與電動(dòng)機(jī)構(gòu)造有關(guān)。4 .直流電動(dòng)機(jī)的根本方程(3)電壓方程式由他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的等效電路，得電樞回路的電壓方程為 其中 為互感 勵(lì)磁回路的電壓方程為4 .直流電動(dòng)機(jī)的根本方程有以下結(jié)果：1對(duì)于永磁直流電動(dòng)機(jī)， 2對(duì)于并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)， 3對(duì)于串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)， 4對(duì)于復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，其特性介于串勵(lì)和并 勵(lì)之間。4 .直流電動(dòng)機(jī)的根本方程4轉(zhuǎn)矩方程式 電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，軸上輸出轉(zhuǎn)矩 ，那么有

11、。 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 ，軸上輸出有 ，電動(dòng)機(jī)勻速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有 式中， 為空載轉(zhuǎn)矩，它是由電動(dòng)機(jī)的機(jī)械摩擦和鐵耗引起的轉(zhuǎn)矩； 為電磁轉(zhuǎn)矩，為拖動(dòng)性質(zhì)轉(zhuǎn)矩； 為總的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，方向與相反。 電磁轉(zhuǎn)矩公式： 各種直流電動(dòng)機(jī)的速度轉(zhuǎn)矩特性 各種直流電動(dòng)機(jī)的速度轉(zhuǎn)矩特性 直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩、電壓特性曲線5功率方程式他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)輸入功率為 式中， 為輸入功率； 為電磁功率； 為電樞回路上的銅耗。5. 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性 直流電動(dòng)機(jī)的任務(wù)特性是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性、轉(zhuǎn)矩特性和效率特性。直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指在電源電壓恒定、勵(lì)磁調(diào)理電阻和電樞回路電阻不變的情況下，其轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，又稱為轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性

12、。5. 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性 (1)并勵(lì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性轉(zhuǎn)速特性并勵(lì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性為式中， 為電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速； 為轉(zhuǎn)速調(diào)整率，由電樞電阻壓降引起，普通為38%。5. 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性效率特性 轉(zhuǎn)矩特性電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性可表示為 aTeICTF= 5. 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性直流電動(dòng)機(jī)的效率具有普遍意義。電動(dòng)機(jī)的額定效率是指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的效率。普通直流電動(dòng)機(jī)的效率為75%85%。并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的任務(wù)特性如以下圖所示。 并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的任務(wù)特性5. 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性機(jī)械特性 并勵(lì)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性可表示為 式中， 為電樞回路外的串聯(lián)電阻。由上式可以得到并勵(lì)他勵(lì)

13、直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線，即改動(dòng)電樞電壓、改動(dòng)勵(lì)磁電流、改動(dòng)電樞回路電阻時(shí)的機(jī)械特性曲線。5. 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性 改動(dòng)電樞電壓時(shí)的機(jī)械特性逐漸減小電源電壓時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速逐漸下降，但從空載到滿載轉(zhuǎn)速變化很小，這種特性稱為硬機(jī)械特性。5. 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性改動(dòng)勵(lì)磁電流時(shí)的機(jī)械特性逐漸減小勵(lì)磁電流時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速逐漸上升，曲線斜率逐漸增大，使特性變軟，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性變差。過(guò)分“弱磁時(shí)，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高，甚至引起“飛車。5. 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性改動(dòng)電樞回路電阻時(shí)的機(jī)械特性當(dāng)電樞回路電阻從零逐漸開場(chǎng)增大時(shí)，機(jī)械特性曲線的斜率逐漸增大，使特性逐漸變軟，但電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速不變。5. 直流

14、電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性2串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是負(fù)載電流、電樞電流和勵(lì)磁電流是一個(gè)電流，氣隙主磁通隨電樞電流的變化而變化，同時(shí)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生較大影響。轉(zhuǎn)速特性 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性可表示為5. 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性轉(zhuǎn)矩特性 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性可表示為串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的任務(wù)特性曲線如以下圖所示。從轉(zhuǎn)矩特性可以看出，當(dāng)負(fù)載添加時(shí)，串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩快速添加，但與此同時(shí)轉(zhuǎn)速也快速下降，因此根本堅(jiān)持了功率恒定。串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的任務(wù)特性曲線5. 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性機(jī)械特性 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性可表示為由于串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載電流、電樞電流和勵(lì)磁電流相等，所以調(diào)理電源電壓或

15、電樞回路電阻的同時(shí)，勵(lì)磁電流也隨之變化?？梢钥闯?，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的添加迅速下降，這種特性稱為軟機(jī)械特性。改動(dòng)電樞回路電阻時(shí)的機(jī)械特性改動(dòng)電樞電壓時(shí)的機(jī)械特性5. 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性 3復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)既有并勵(lì)繞組，又有串勵(lì)繞組，因此其特性介于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)之間。當(dāng)復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)以并勵(lì)為主時(shí)，其特性接近于并勵(lì)電動(dòng)機(jī)；當(dāng)復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)以串勵(lì)為主時(shí)，其特性接近于串勵(lì)電動(dòng)機(jī)。 6.直流電動(dòng)機(jī)的控制1直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法電樞調(diào)壓控制 電樞調(diào)壓控制是指經(jīng)過(guò)改動(dòng)電樞的端電壓來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。他勵(lì)電動(dòng)機(jī)改動(dòng)電樞端電壓時(shí)的轉(zhuǎn)速控制特性如以下圖所示。 改動(dòng)電樞端電壓時(shí)的轉(zhuǎn)速控制特性6.直流電

16、動(dòng)機(jī)的控制電樞調(diào)壓控制只適宜電動(dòng)機(jī)基速以下的轉(zhuǎn)速控制，它可堅(jiān)持電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速近似與電樞端電壓成比例變化，所以稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。直流電動(dòng)機(jī)采用電樞調(diào)壓控制可實(shí)如今廣大范圍內(nèi)的延續(xù)平滑的速度控制，調(diào)速比普通可達(dá)1:10，假設(shè)與磁場(chǎng)控制配合運(yùn)用，調(diào)速比可達(dá)1:30。如今大、中容量的可控直流電源廣泛采用晶閘管可控整流電源，小容量那么采用電力晶體管的PWM控制電源，電動(dòng)汽車用的直流電動(dòng)機(jī)常用斬波控制器作為電樞調(diào)壓控制電源。6.直流電動(dòng)機(jī)的控制磁場(chǎng)控制 磁場(chǎng)控制是指經(jīng)過(guò)調(diào)理直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流改動(dòng)每極磁通量，從而調(diào)理電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。他勵(lì)電動(dòng)機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)磁場(chǎng)控制的轉(zhuǎn)速控制特性如以下圖。 磁

17、場(chǎng)控制只適宜電動(dòng)機(jī)基數(shù)以上的控制。當(dāng)電樞電流不變時(shí)，具有恒功率調(diào)速特性。磁場(chǎng)控制效率高，但調(diào)速范圍小，普通不超越1:3，而且呼應(yīng)速度較慢。 磁場(chǎng)控制時(shí)的轉(zhuǎn)速控制特性6.直流電動(dòng)機(jī)的控制電樞回路串電阻控制 電樞回路串電阻控制是指當(dāng)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流不變時(shí)，經(jīng)過(guò)改動(dòng)電樞回路電阻來(lái)調(diào)理電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 這種控制方法的機(jī)械特性較軟，而且電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，普通很少運(yùn)用。對(duì)于小型串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，常采用電樞回路串電阻控制方式。 電樞回路串電阻時(shí)的轉(zhuǎn)速控制特性 6.直流電動(dòng)機(jī)的控制2電動(dòng)汽車用直流電動(dòng)機(jī)控制器功能 直流電動(dòng)機(jī)的控制方法和功能因運(yùn)用條件不同而不同。下面以電動(dòng)叉車為例，引見直流電動(dòng)機(jī)控制器的功能。 電動(dòng)叉

18、車普通采用串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)，它的控制器所具有的功能可以分為非缺點(diǎn)性處置功能和缺點(diǎn)性處置功能。6.直流電動(dòng)機(jī)的控制1正常前進(jìn) 2正常后退3快速起動(dòng)4斜坡起動(dòng)5無(wú)級(jí)變速6速度方式選擇 7反向制動(dòng)功能 6.直流電動(dòng)機(jī)的控制8空檔制動(dòng)功能9緊急反向及其連線檢測(cè)10加速器類型選擇11過(guò)電壓和欠電壓維護(hù)12溫度維護(hù)13接觸器檢測(cè) 6.直流電動(dòng)機(jī)的控制14高踏板缺點(diǎn)檢測(cè)15靜態(tài)斷開缺點(diǎn)檢測(cè)16 MOSFET驅(qū)動(dòng)電路缺點(diǎn)17MOSFET晶體管缺點(diǎn)檢測(cè) 18通用型手持編程器3.3 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是用電子換向安裝替代了有刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械換向安裝，保管了有刷直流電動(dòng)機(jī)寬闊而平滑的優(yōu)良調(diào)速性能，抑制了

19、有刷直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械換向帶來(lái)的一系列的缺陷。1 .無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的分類 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)按照任務(wù)特性，可以分為具有直流電動(dòng)機(jī)特性的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和具有交流電動(dòng)機(jī)特性的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。(1)具有直流電動(dòng)機(jī)特性的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 具有直流電動(dòng)機(jī)特性的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，反電動(dòng)勢(shì)波形和供電電流波形都是矩形波，所以又稱為矩形波同步電動(dòng)機(jī)。1 .無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的分類(2)具有交流電動(dòng)機(jī)特性的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)具有交流電動(dòng)機(jī)特性的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，反電動(dòng)勢(shì)波形和供電電流波形都是正弦波，所以又稱為正弦波同步電動(dòng)機(jī)。 這類電動(dòng)機(jī)也由直流電源供電，但經(jīng)過(guò)逆變器將直流電變換成交流電，然后去驅(qū)動(dòng)普通的同步電動(dòng)機(jī)。因此，它們具有同步

20、電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)轉(zhuǎn)特性。2 .無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)構(gòu)造與特點(diǎn) 1無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造 (1)電動(dòng)機(jī)本體 (2)電子換相器 (3)位置傳感器2 .無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)構(gòu)造與特點(diǎn)2無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1外特性好；2可以在低、中、高寬速度范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)；3效率高；4過(guò)載才干強(qiáng)；2 .無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)構(gòu)造與特點(diǎn)5再生制動(dòng)效果好；6體積小、分量輕、比功率大；7無(wú)機(jī)械換向器，全封鎖式構(gòu)造，可靠性高；8控制系統(tǒng)比異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單。 缺陷是電動(dòng)機(jī)本身比交流電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，控制器比有刷直流電動(dòng)機(jī)復(fù)雜。3. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的任務(wù)原理 利用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出信號(hào)控制電子換向線路去驅(qū)動(dòng)逆變器的功率開關(guān)器件，使電樞繞組依次饋電，從而

21、在定子上產(chǎn)生騰躍式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子位置傳感器又不斷送出位置信號(hào)，以不斷的改動(dòng)電樞繞組的通電形狀，使得在某一磁極下導(dǎo)體中的電流方向堅(jiān)持不變，這樣電動(dòng)機(jī)就旋轉(zhuǎn)起來(lái)了。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的任務(wù)原理圖4. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型1相關(guān)物理量1電樞繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)式中 ， 為氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度； 為導(dǎo)體有效長(zhǎng)度； 為導(dǎo)體相對(duì)于磁場(chǎng)的線速度。導(dǎo)體相對(duì)于磁場(chǎng)的線速度為 式中， 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速； 為電樞內(nèi)徑； 為極距； 為極對(duì)數(shù)。 4. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型設(shè)電樞繞組每相串連匝數(shù)為 ，那么每相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為方波氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的每極磁通為式中， 為計(jì)算極弧系數(shù)。 那么

22、有每相繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為4. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型電樞感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 式中， 為電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。4. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型2.電樞電流 在每個(gè)導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)，電壓平衡方程式為式中， 為電源電壓； 為開關(guān)管飽和壓降； 為每相繞組電流； 為每相繞組電阻。電樞電流為4. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型 3電磁轉(zhuǎn)矩由兩相繞組的合成磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子永磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生，那么 式中， 為電動(dòng)機(jī)的角速度。 電磁轉(zhuǎn)矩為 式中， 為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。4. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型4轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)、反電動(dòng)勢(shì)以及電流是非正弦的，因此采用直交軸坐標(biāo)變換已不是有效的方法。4. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型假設(shè)電動(dòng)機(jī)定

23、子繞組為三項(xiàng)Y型接法，三相繞組完全對(duì)稱；轉(zhuǎn)子磁鋼的磁性能一致；三相反電動(dòng)勢(shì)波形完全一致；三相定子繞組的電阻、電感一樣，且不受電流變化的影響；磁路不飽和，不計(jì)渦流損耗和磁滯損耗，不計(jì)定子斜槽的影響，不計(jì)電樞反響。4. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的等效電路如圖4. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型2電壓方程三相繞組的電壓平衡方程式為 式中 ， ， 為定子相繞組電壓； ， ， 定子相繞組相電流； ， ， 為定子相繞組電動(dòng)勢(shì)；為每相繞組的電阻； 為每相繞組的自感； 為每?jī)上嗬@組間的互感； 為微分算子 。4. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型由于轉(zhuǎn)子磁阻不隨轉(zhuǎn)子位置變化而變化，因此定子繞組的自感和互感為常數(shù)

24、。當(dāng)三相繞組為Y銜接，且沒有中線，那么有并且由此得到電壓方程為4. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型3電磁轉(zhuǎn)矩方程無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方程與普通直流電動(dòng)機(jī)類似，其電磁轉(zhuǎn)矩大小與磁通和電流幅值成正比，即4. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型為產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，要求定子電流為方波，反電動(dòng)勢(shì)為梯形波，任何時(shí)辰定子繞組只需兩相導(dǎo)通，且每一相電流和反電動(dòng)勢(shì)數(shù)值完全相等方向完全相反，那么電磁功率為式中， 為定子繞組各相電動(dòng)勢(shì)的幅值； 為定子繞組各相電流的幅值。 4. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型電磁轉(zhuǎn)矩又可寫成無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)通電期間，帶電導(dǎo)體處于一樣的磁感應(yīng)強(qiáng)度下，電樞每相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為式中， 為電樞繞組每相串聯(lián)導(dǎo)

25、體數(shù)； 為電動(dòng)勢(shì)系數(shù)。 4. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型 因此，電磁轉(zhuǎn)矩可表示為式中， 為轉(zhuǎn)矩系數(shù)。 4. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型4運(yùn)動(dòng)方程在忽略轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的粘滯系數(shù)的情況下，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程可寫為式中， 為發(fā)動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩； 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩； 為電動(dòng)機(jī)軸上轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的總和。4. 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型5機(jī)械特性無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)與有刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性類似，經(jīng)過(guò)調(diào)理電樞電流可以到達(dá)轉(zhuǎn)矩控制，同時(shí)經(jīng)過(guò)調(diào)理電源電壓可以實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。5.無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制1無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制方法1有位置傳感器控制 有位置傳感器控制方法是指在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)定子上安裝位置傳

26、感器來(lái)檢測(cè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的位置，將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，為電子換相電路提供正確的換置信息。5.無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制2無(wú)位置傳感器控制 無(wú)位置傳感器控制，無(wú)需安裝傳感器，運(yùn)用場(chǎng)所廣，相對(duì)于有位置傳感器方法有較大的優(yōu)勢(shì)，因此，無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的無(wú)位置傳感器控制近年來(lái)己成為研討的熱點(diǎn)。 5.無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制2無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)隨著電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的開展，控制系統(tǒng)趨于智能化和數(shù)字化，使得許多較復(fù)雜的控制技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。目前，運(yùn)用到無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的控制技術(shù)主要有PID控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等。5.無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制 1PID控制技術(shù)在古典控制實(shí)際中，運(yùn)用最勝利的是PID控制。它是一種在工業(yè)消費(fèi)中廣泛運(yùn)用的常規(guī)控制算法，屬于線性控制。這種控制方式的最大優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，運(yùn)用方便。傳統(tǒng)的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速通常采用PID控制，它算法簡(jiǎn)單，參數(shù)調(diào)整方便具有較好的控制精度。5.無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的控制 2模糊控制技術(shù)所謂模糊控制，是指在控制方法上運(yùn)用模糊集實(shí)際、模糊言語(yǔ)變量及模糊邏輯推理來(lái)模擬人的模糊思想方法，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)與操作者一樣的控制。模糊控制技術(shù)運(yùn)用于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，可以抑制PID控制器在任務(wù)環(huán)境不穩(wěn)定，負(fù)載或參數(shù)變化時(shí)，控制效果不佳的問題