《新能源汽車技術(shù)（第2版）》項(xiàng)目3

新能源汽車技術(shù)（第2版）陳小兵主編簽到掃碼下載文旌課堂APP掃碼簽到（2022.3.2515:00至2022.3.2515:10）簽到方式教師通過(guò)“文旌課堂APP”生成簽到二維碼，并設(shè)置簽到時(shí)間，學(xué)生通過(guò)“文旌課堂APP”掃描“簽到二維碼”進(jìn)行簽到。。項(xiàng)目三驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制技術(shù)

得益于豐富的稀土資源，我國(guó)現(xiàn)已成為驅(qū)動(dòng)電機(jī)生產(chǎn)大國(guó)，且生產(chǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。目前，我國(guó)驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈已相當(dāng)完善，形成了包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器、減速器、電驅(qū)動(dòng)總成、主要關(guān)鍵材料和關(guān)鍵器件在內(nèi)的一套完整的驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈，自主生產(chǎn)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)占據(jù)了絕對(duì)的市場(chǎng)份額，僅有少數(shù)純電動(dòng)汽車采用外資企業(yè)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。項(xiàng)目導(dǎo)讀達(dá)成目標(biāo)技能目標(biāo)思政目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)（1）掌握直流電機(jī)、三相異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。（2）熟悉直流電機(jī)、三相異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理和特點(diǎn)。（3）熟悉電機(jī)控制系統(tǒng)的基本功能和控制策略。

（4）掌握電機(jī)控制器的基本結(jié)構(gòu)。（5）了解三合一電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)。（1）能夠識(shí)別各類驅(qū)動(dòng)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。（2）能夠分析電機(jī)控制系統(tǒng)的功能和控制策略。（1）堅(jiān)定民族自豪感和文化自信心。（2）強(qiáng)化歷史使命感和社會(huì)責(zé)任感。（3）養(yǎng)成堅(jiān)持不懈、刻苦鉆研的工作作風(fēng)。認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)3.1動(dòng)力電池及管理技術(shù)項(xiàng)目3任務(wù)導(dǎo)入調(diào)速范圍、效率、再生制動(dòng)、可靠性、電磁兼容性、安全性等性能均有特定的要求。驅(qū)動(dòng)電機(jī)主要有直流電機(jī)、三相異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)等類型。直流電機(jī)成本低、易控制、調(diào)速性能好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、轉(zhuǎn)速低、體積大、維護(hù)頻繁，目前在純電動(dòng)汽車中應(yīng)用較少。三相異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、成本低、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)低、噪聲低、極限轉(zhuǎn)速高、運(yùn)行可靠，但功率密度低、效率低、調(diào)速性差，目前在特斯拉ModelS、蔚來(lái)ES8等車型中仍有小批量應(yīng)用。在2020年中國(guó)稀土永磁產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)應(yīng)用發(fā)展論壇上，金龍聯(lián)合汽車工業(yè)（蘇州）有限公司的技術(shù)專家、工學(xué)博士程方斌帶來(lái)了主題為“永磁同步電機(jī)在電動(dòng)汽車中應(yīng)用的技術(shù)要求及趨勢(shì)”的演講。演講中提到，純電動(dòng)汽車對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的功率密度、能量密度、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)、任務(wù)導(dǎo)入永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)矩密度高、效率高、功率密度高、調(diào)速范圍寬、體積小，目前已大批量（市場(chǎng)份額達(dá)99%）應(yīng)用于特斯拉Moedl3、蔚來(lái)ES6、比亞迪各系列、北汽EU系列、小鵬G3、威馬EX5等車型中，但永磁同步電機(jī)存在的制造工藝復(fù)雜、成本較高、高溫下磁性容易衰退等問(wèn)題仍有待解決。開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、牢固，適合高速運(yùn)行，且成本低、調(diào)速范圍寬、運(yùn)行可靠，但轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大、噪聲大、功率密度低、效率低，目前僅在新能源客車上有極小批量應(yīng)用。本任務(wù)要求學(xué)生從直流電機(jī)、三相異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理等方面認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。思考：驅(qū)動(dòng)電機(jī)由哪些部件組成？具體應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？想一想

驅(qū)動(dòng)電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，為車輛行駛提供驅(qū)動(dòng)力的電氣裝置，該裝置也可具備將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的功能。純電動(dòng)汽車在不同的歷史時(shí)期采用了不同的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，最早是采用了控制性能好、成本較低的直流電機(jī)。隨著電子技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，異步電機(jī)、永磁同步電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)顯示出比直流電機(jī)更加優(yōu)越的性能，這些驅(qū)動(dòng)電機(jī)逐步取代了直流電機(jī)。任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)3.1.1直流電機(jī)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)

直流電機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、控制便捷等特點(diǎn)，在早期的純電動(dòng)汽車中得到了廣泛應(yīng)用。1.直流電機(jī)的分類直流電機(jī)可分為電勵(lì)磁直流電機(jī)和永磁直流電機(jī)兩大類。其中電勵(lì)磁直流電機(jī)根據(jù)勵(lì)磁方式的不同又可分為他勵(lì)和自勵(lì)兩類，而自勵(lì)直流電機(jī)則包括并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)等類型。在早期的純電動(dòng)汽車中，小功率直流電機(jī)一般采用永磁直流電機(jī)，大功率直流電機(jī)一般采用他勵(lì)或復(fù)勵(lì)直流電機(jī)。3.1.1直流電機(jī)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2.直流電機(jī)的構(gòu)造直流電機(jī)主要包括定子和轉(zhuǎn)子兩部分。以他勵(lì)直流電機(jī)為例，其結(jié)構(gòu)如圖所示。他勵(lì)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)3.1.1直流電機(jī)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1）定子

定子是直流電機(jī)在運(yùn)行時(shí)靜止不動(dòng)的部分，主要由以下幾部分組成。

機(jī)座電刷裝置主磁極端蓋換向極3.1.1直流電機(jī)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1）定子

機(jī)座一般由低碳鋼鑄成或用鋼板焊接而成，是直流電機(jī)磁路的一部分，用來(lái)安裝主磁極、換向極、端蓋等部件。

主磁極主要由鐵芯和勵(lì)磁繞組兩部分組成，其作用是產(chǎn)生主磁通。換向極的作用是產(chǎn)生換向磁場(chǎng)，以減小電刷與換向器接觸面上產(chǎn)生的火花，改善直流電機(jī)的換向性能。3.1.1直流電機(jī)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1）定子

電刷裝置作用是通過(guò)電刷與換向器表面的接觸，使轉(zhuǎn)動(dòng)部分的電樞繞組與外電路接通，將直流電壓、電流引出或引入電樞繞組。3.1.1直流電機(jī)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1）定子

端蓋用來(lái)安裝軸承、支撐整個(gè)轉(zhuǎn)子的重量，避免外界雜物落進(jìn)電機(jī)內(nèi)部。3.1.1直流電機(jī)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2）轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子是直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件，也稱為電樞。它由電樞鐵芯、電樞繞組和換向器等部件組成，如圖所示。轉(zhuǎn)子的作用是在主磁通中產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子3.1.1直流電機(jī)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)3.直流電機(jī)的工作原理如圖所示，將一匝矩形線圈abcd置于靜止的磁極N、S中，線圈的ab、cd兩邊分別與兩個(gè)相互絕緣的換向片（

半圓形銅片）相連，這些換向片組成換向器。換向器的兩側(cè)與電刷A、B貼合。直流電機(jī)的工作原理掃

一

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直流電機(jī)的工作原理3.1.1直流電機(jī)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)直流電機(jī)的工作原理如下。在電刷A、B接上直流電源，電流從電刷A流入線圈，從電刷B流出，此時(shí)根據(jù)左手定則可判斷出，線圈ab邊受力向左，cd邊受力向右，產(chǎn)生一個(gè)轉(zhuǎn)矩，使線圈按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，如圖（a）所示。當(dāng)線圈轉(zhuǎn)過(guò)90°時(shí)，線圈與換向片無(wú)接觸，但線圈由于慣性會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。直流電機(jī)的工作原理3.直流電機(jī)的工作原理3.1.1直流電機(jī)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)當(dāng)線圈轉(zhuǎn)到180°時(shí)，接觸的電刷已改變，即線圈中電流的方向與原來(lái)相反，如圖（b）所示。根據(jù)左手定則可判斷出，此時(shí)，ab邊受力向右，cd邊受力向左，線圈仍按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。綜上所述，通過(guò)電刷與換向器交替接觸，處于N極下的線圈電流總是從電刷向線圈流入，而處于S極下的線圈電流總是從線圈向電刷流出，從而使線圈總是獲得逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)動(dòng)方向保持不變，這就是直流電機(jī)的工作原理。3.直流電機(jī)的工作原理3.1.1直流電機(jī)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)4.純電動(dòng)汽車用直流電機(jī)1）直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性驅(qū)動(dòng)特性是指驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出的功率、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。純電動(dòng)汽車用直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性曲線如圖所示。

純電動(dòng)汽車用直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性曲線3.1.1直流電機(jī)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)4.純電動(dòng)汽車用直流電機(jī)1）直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性對(duì)于直流電機(jī)，在基本轉(zhuǎn)速nb以下為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，基本轉(zhuǎn)速nb以上為恒功率區(qū)。在恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，可使勵(lì)磁電流保持不變，通過(guò)改變電樞電壓來(lái)控制轉(zhuǎn)矩。在恒功率區(qū)，可使電樞電壓保持不變，通過(guò)改變勵(lì)磁電流或減弱磁通來(lái)控制轉(zhuǎn)矩。直流電機(jī)的這種特性很適合純電動(dòng)汽車對(duì)動(dòng)力源低速高轉(zhuǎn)矩和高速低轉(zhuǎn)矩的使用要求，而且直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于平滑調(diào)速，加之控制技術(shù)成熟，所以幾乎所有早期的純電動(dòng)汽車都采用直流電機(jī)。

3.1.1直流電機(jī)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2）直流電機(jī)的特點(diǎn)直流電機(jī)具有以下特點(diǎn)。

調(diào)速性能好：直流電機(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。

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大：適合在重負(fù)載條件下啟動(dòng)，可均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。

3.1.1直流電機(jī)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2）直流電機(jī)的特點(diǎn)

控制簡(jiǎn)單：直流電機(jī)一般采用斬波器控制，具有效率高、控制靈活、重量輕、體積小、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。

有易損件：由于存在電刷、換向器等易損零件（

有刷直流電機(jī)），所以直流電機(jī)必須進(jìn)行定期維護(hù)或更換。

3.1.1直流電機(jī)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)3）直流電機(jī)的應(yīng)用純電動(dòng)汽車用直流電機(jī)主要有以下三種類型。

永磁直流電機(jī)串勵(lì)直流電機(jī)復(fù)勵(lì)直流電機(jī)3.1.1直流電機(jī)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)3）直流電機(jī)的應(yīng)用

小功率（小于10kW）的直流電機(jī)多采用小型高效永磁直流電機(jī)，一般應(yīng)用在小型、低速的專用車輛上，如小型電動(dòng)無(wú)人運(yùn)輸車、高爾夫球車、電動(dòng)叉車、警用巡邏車等；

中等功率（10~100kW）的直流電機(jī)多采用串勵(lì)或復(fù)勵(lì)直流電機(jī)，可以用在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、要求轉(zhuǎn)矩較大的電動(dòng)貨車上；

大功率（大于100kW）的直流電機(jī)多采用串勵(lì)直流電機(jī)，可用在要求低速、高轉(zhuǎn)矩的大型專用電動(dòng)汽車上，如電動(dòng)礦石搬運(yùn)車、電動(dòng)玻璃搬運(yùn)車等。3.1.2三相異步電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)

交流電機(jī)可分為同步電機(jī)和異步電機(jī)兩大類。

異步電機(jī)異步電機(jī)又稱感應(yīng)電機(jī)，是由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種交流電機(jī)。掃

一

掃

三相異步電機(jī)3.1.2三相異步電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)

異步電機(jī)的種類很多，常按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和定子繞組相數(shù)進(jìn)行分類。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，異步電機(jī)可分為籠型異步電機(jī)和繞線型異步電機(jī)；按定子繞組相數(shù)的不同，異步電機(jī)可分為單相異步電機(jī)、三相異步電機(jī)和多相異步電機(jī)。其中，三相籠型異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、維修方便等特點(diǎn)，曾廣泛用于純電動(dòng)汽車中。3.1.2三相異步電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)

1.三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)雖然三相異步電機(jī)的種類很多，但結(jié)構(gòu)基本相同，都是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定子和轉(zhuǎn)子之間有氣隙。如圖所示為三相異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)。三相異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1）定子定子部分包含機(jī)座、定子鐵芯、定子繞組等，主要用來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。機(jī)座的主要作用是固定定子鐵芯和定子繞組。定子鐵芯一般由0.35~0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，裝在機(jī)座內(nèi)，是三相異步電機(jī)的磁路部分。定子鐵芯的內(nèi)圓上沖有均勻分布的槽口，用于嵌放定子繞組，如圖所示。3.1.2三相異步電機(jī)

三相異步電機(jī)的定子鐵芯任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1）定子定子繞組是三相異步電機(jī)的電路部分。定子繞組嵌放在鐵芯槽內(nèi)，當(dāng)通入三相對(duì)稱電流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。定子繞組的線圈由絕緣銅導(dǎo)線或者絕緣鋁導(dǎo)線繞制而成，中小型三相異步電機(jī)的定子繞組一般采用圓漆包線，大中型三相異步電機(jī)的定子繞組則采用較大橫截面積的漆包扁銅線或絕緣包扁銅線。3.1.2三相異步電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1）定子定子繞組是三相異步電機(jī)的三相定子繞組是相互獨(dú)立的，各相繞組之間的空間電角度為120°，其結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，一般有六個(gè)出線端，即U1、U2、V1、V2、W1、W2，出線端均接在接線盒內(nèi)。如圖所示，三相異步電機(jī)的定子繞組可以接成星形（Y）或三角形（△）。3.1.2三相異步電機(jī)

三相異步電機(jī)定子繞組的連接方式任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成，是電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部件。

轉(zhuǎn)子鐵芯一般由0.35~0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，是三相異步電機(jī)的磁路部分，其外圓上也均勻分布著槽孔，用來(lái)安放轉(zhuǎn)子繞組。一般小型異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯直接套壓在轉(zhuǎn)軸上，大、中型異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯先套壓在轉(zhuǎn)子支架上，然后再套裝在轉(zhuǎn)軸上。

3.1.2三相異步電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子繞組可以切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及感應(yīng)電流，并形成電磁轉(zhuǎn)矩，從而使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。根據(jù)繞組形式的不同，轉(zhuǎn)子繞組可分為籠型轉(zhuǎn)子繞組和繞線型轉(zhuǎn)子繞組兩種，三相籠型異步電機(jī)和三相繞線型異步電機(jī)的命名便由此而來(lái)。3.1.2三相異步電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2.三相異步電機(jī)的工作原理如圖所示為三相異步電機(jī)的工作原理。三相異步電機(jī)的三相定子繞組通入三相交流電后將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由右手定則來(lái)確定。3.1.2三相異步電機(jī)

三相異步電機(jī)的工作原理任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2.三相異步電機(jī)的工作原理由于轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路，因此轉(zhuǎn)子中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，感應(yīng)電流的方向與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向相同，而載流的轉(zhuǎn)子繞組在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下將產(chǎn)生電磁力，電磁力的方向可用左手定則確定。由電磁力進(jìn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并且轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向相同。3.1.2三相異步電機(jī)

三相異步電機(jī)的工作原理任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2.三相異步電機(jī)的工作原理三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不等于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速（

同步轉(zhuǎn)速），這是三相異步電機(jī)的主要特點(diǎn)。如果轉(zhuǎn)子軸上帶有機(jī)械負(fù)載，則負(fù)載將被拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也隨之發(fā)生變化，使轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流和電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生相應(yīng)變化，以適應(yīng)負(fù)載的需要。因此，三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速是隨負(fù)載的變化而變化的。3.1.2三相異步電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2.三相異步電機(jī)的工作原理

三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與定子磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速之間存在轉(zhuǎn)速差，它的大小決定著轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及其頻率的大小，直接影響三相異步電機(jī)的工作狀態(tài)。通常將轉(zhuǎn)速差與同步轉(zhuǎn)速的比值用轉(zhuǎn)差率s表示，即式中：

——

定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速；

——

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)差率是三相異步電機(jī)運(yùn)行時(shí)的一個(gè)重要物理量。三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率的取值范圍為0<s<1小于，在額定運(yùn)行條件下一般為0.01~0.06。3.1.2三相異步電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)3.純電動(dòng)汽車用三相異步電機(jī)的性能特點(diǎn)

純電動(dòng)汽車用三相異步電機(jī)主要具有以下特點(diǎn)。

（1）小型輕量化。

（2）易實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速超過(guò)1000r/min的高速旋轉(zhuǎn)。

（3）高速低轉(zhuǎn)矩時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)效率高。

（4）低速時(shí)有高轉(zhuǎn)矩，并有寬泛的速度控制范圍。

（5）可靠性高（結(jié)構(gòu)堅(jiān)固）。

（6）制造成本低。

（7）控制裝置簡(jiǎn)單。3.1.2三相異步電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)3.純電動(dòng)汽車用三相異步電機(jī)的性能特點(diǎn)

三相異步電機(jī)成本低且可靠性高，即使純電動(dòng)汽車的逆變器損壞而產(chǎn)生短路，三相異步電機(jī)的定子繞組也不會(huì)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)，不會(huì)使車輛出現(xiàn)急速停車的現(xiàn)象。因此，三相異步電機(jī)曾廣泛應(yīng)用于大型高速純電動(dòng)汽車中。三相異步電機(jī)可以采用空氣冷卻或液體冷卻方式，冷卻自由度高，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好，并且能夠?qū)崿F(xiàn)制動(dòng)能量回收。與同樣功率的直流電機(jī)相比，三相異步電機(jī)效率較高，且重量?jī)H為直流電機(jī)的一半。3.1.2三相異步電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)

在各類驅(qū)動(dòng)電機(jī)中，永磁同步電機(jī)具有高效、高控制精度、高轉(zhuǎn)矩密度、良好的轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)性、較低的振動(dòng)噪聲等特點(diǎn)。通過(guò)合理設(shè)計(jì)永磁磁路結(jié)構(gòu)，可使永磁同步電機(jī)獲得較高的弱磁性能，在純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)方面具有較高的應(yīng)用價(jià)值。因此，永磁同步電機(jī)得到了各大汽車企業(yè)的高度重視。

3.1.3永磁同步電機(jī)

掃

一

掃

永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)可分為單相永磁同步電機(jī)、三相永磁同步電機(jī)等類型，目前國(guó)內(nèi)純電動(dòng)汽車市場(chǎng)普遍采用三相永磁同步電機(jī)。任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1.永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)

下面以三相永磁同步電機(jī)為例進(jìn)行介紹。三相永磁同步電機(jī)具有三相分布的定子繞組和永磁轉(zhuǎn)子，在磁路結(jié)構(gòu)和繞組分布上保證反電動(dòng)勢(shì)波形為正弦波。為了對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行定向控制，輸入到定子繞組的電壓和電流也應(yīng)為正弦波。

根據(jù)永磁體在轉(zhuǎn)子上位置的不同，永磁同步電機(jī)可分為內(nèi)置式永磁同步電機(jī)和外置式永磁同步電機(jī)。3.1.3永磁同步電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1）內(nèi)置式永磁同步電機(jī)

按永磁體磁化方向的不同，內(nèi)置式永磁同步電機(jī)可分為徑向式、切向式和混合式三種類型。在有阻尼繞組的情況下，內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖所示。由于內(nèi)置式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部嵌入永磁體，因此轉(zhuǎn)子具有凸極特性。3.1.3永磁同步電機(jī)

內(nèi)置式永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2）外置式永磁同步電機(jī)

根據(jù)永磁體是否嵌入轉(zhuǎn)子鐵芯中，外置式永磁同步電機(jī)可分為面貼式和嵌入式兩種類型，其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖所示。3.1.3永磁同步電機(jī)

外置式永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2）外置式永磁同步電機(jī)

面貼式永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子永磁體一般為瓦片形，通過(guò)合成膠黏附在轉(zhuǎn)子鐵芯表面。在功率稍大的面貼式永磁同步電機(jī)中，可以在永磁體與氣隙之間通過(guò)無(wú)緯玻璃絲帶對(duì)永磁體加以捆綁保護(hù)，防止永磁體因轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動(dòng)而脫落。嵌入式永磁同步電機(jī)的永磁體嵌入轉(zhuǎn)子鐵芯中，兩個(gè)永磁體之間的鐵芯成為鐵磁介質(zhì)突出的部分。

3.1.3永磁同步電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2）外置式永磁同步電機(jī)

在面貼式永磁同步電機(jī)中，由于永磁體的相對(duì)磁導(dǎo)率接近真空磁導(dǎo)率(μ=1.0)，等效氣隙基本均勻，所以交、直軸電感基本相符，是一種隱極式同步電機(jī)。嵌入式永磁同步電機(jī)交軸方向上的氣隙比直軸的小，交軸的電感也比直軸的大，是一種凸極式永磁同步電機(jī)。相對(duì)而言，由于永磁體的存在，面貼式永磁同步電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間的有效氣隙較大，因此定子繞組的電感較小。3.1.3永磁同步電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)3.1.3永磁同步電機(jī)

外置式永磁同步電機(jī)比內(nèi)置式永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且具有制造容易、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)上應(yīng)用較多。面貼式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，與嵌入式永磁同步電機(jī)相比，它提高了轉(zhuǎn)子表面的平均磁通密度，可以得到更大的電磁轉(zhuǎn)矩。任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2.永磁同步電機(jī)的性能特點(diǎn)

永磁同步電機(jī)的功率因數(shù)大、效率高、功率密度大，是一種比較理想的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。但由于電磁結(jié)構(gòu)中轉(zhuǎn)子勵(lì)磁不能隨意改變，難以實(shí)現(xiàn)弱磁控制，調(diào)速特性不如直流電機(jī)。目前，永磁同步電機(jī)的相關(guān)理論還不如直流電機(jī)和異步電機(jī)完善，還有許多問(wèn)題需要進(jìn)一步研究，這主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。（1）低速效率

永磁同步電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)的效率較低，如何通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)減小低速運(yùn)行時(shí)的定子電流，提升效率，是目前研究的主要方向之一。3.1.3永磁同步電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2.永磁同步電機(jī)的性能特點(diǎn)

（2）弱磁能力

永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用永磁體勵(lì)磁，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的升高，定子繞組的輸入電壓會(huì)逐漸達(dá)到逆變器所能輸出的電壓極限，這時(shí)要想繼續(xù)升高轉(zhuǎn)速，只有靠調(diào)節(jié)定子電流的大小和相位、增加直軸去磁電流來(lái)等效弱磁控制。永磁同步電機(jī)的弱磁能力主要與直軸電抗和反電動(dòng)勢(shì)有關(guān)，但永磁體串聯(lián)在直軸磁路中，所以直軸磁路的磁阻一般較大，弱磁能力較小，且當(dāng)反電動(dòng)勢(shì)較大時(shí)，永磁同步電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速也會(huì)降低。3.1.3永磁同步電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2.永磁同步電機(jī)的性能特點(diǎn)

（2）弱磁能力

由于永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組、無(wú)銅耗、磁通量小，在低負(fù)荷時(shí)鐵損很小，因此，永磁同步電機(jī)具有較高的“功率質(zhì)量比”，比其他類型的驅(qū)動(dòng)電機(jī)有更大的輸出轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子電磁時(shí)間常數(shù)較小，因此，永磁同步電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性好，極限轉(zhuǎn)速和制動(dòng)性能等都優(yōu)于其他類型的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。永磁同步電機(jī)的定子繞組是主要的發(fā)熱源，其冷卻系統(tǒng)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。3.1.3永磁同步電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2.永磁同步電機(jī)的性能特點(diǎn)

（2）弱磁能力

在純電動(dòng)汽車上，一般要求驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功率保持恒定，即驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出功率不隨轉(zhuǎn)速的增加而變化，這就要求在驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)電壓保持恒定。一般驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)控制，但永磁同步電機(jī)磁場(chǎng)的磁通量調(diào)節(jié)比較困難，因此需要采用磁場(chǎng)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這使得永磁同步電機(jī)的控制系統(tǒng)變得更復(fù)雜，而且成本更高。3.1.3永磁同步電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)3.永磁同步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性

由于永磁同步電機(jī)的磁場(chǎng)可產(chǎn)生恒定的磁通量，隨著電流的增大，永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電流成正比地增大，同時(shí)電壓和功率也隨之增大。永磁同步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性如圖所示。3.1.3永磁同步電機(jī)

永磁同步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)3.永磁同步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性

從圖中可以看出，永磁同步電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩區(qū)比較長(zhǎng)，一直延伸到電機(jī)最高轉(zhuǎn)速的50%處左右，這對(duì)提高車輛的低速動(dòng)力性能有很大幫助。永磁同步電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速較高，能達(dá)到10000r/min。永磁同步電機(jī)功率密度高、調(diào)速性能好，在寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行效率高(90%~95%)，是理想的純電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)。隨著稀土永磁材料的開發(fā)和應(yīng)用，永磁同步電機(jī)的性能較以前有了很大的提升，是目前最有發(fā)展前景的驅(qū)動(dòng)電機(jī)之一。3.1.3永磁同步電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1.開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)是高性能機(jī)電一體化系統(tǒng)，主要由開關(guān)磁阻電機(jī)、功率轉(zhuǎn)換器、傳感器和控制器四部分組成，如圖所示。3.1.4開關(guān)磁阻電機(jī)

開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1.開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

開關(guān)磁阻電機(jī)：系統(tǒng)的主要組成部分，用以實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。

功率轉(zhuǎn)換器：連接電源和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的開關(guān)器件，用以提供開關(guān)磁阻電機(jī)所需的電能，功率轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)形式一般與供電電壓、驅(qū)動(dòng)電機(jī)相數(shù)及主開關(guān)器件種類有關(guān)。

3.1.4開關(guān)磁阻電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)1.開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

傳感器：主要用來(lái)反饋位置及電流信息，并將信息傳送給控制器。

控制器：系統(tǒng)的中樞，起決策和指揮作用，主要對(duì)傳感器提供的轉(zhuǎn)子位置、速度、電流等反饋信息及外部輸入的指令進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，進(jìn)而采取相應(yīng)的控制決策，控制功率轉(zhuǎn)換器中主開關(guān)器件的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的控制。3.1.4開關(guān)磁阻電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2.開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理

開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理開關(guān)磁阻電機(jī)由雙凸極的定子和轉(zhuǎn)子組成，其定子和轉(zhuǎn)子的凸極均由普通的硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子上既無(wú)繞組也無(wú)永磁體，一般裝有位置檢測(cè)器；定子上繞有集中繞組，徑向相對(duì)的兩個(gè)繞組串聯(lián)構(gòu)成一相繞組。根據(jù)相數(shù)和定子、轉(zhuǎn)子極數(shù)配比，開關(guān)磁阻電機(jī)可以設(shè)計(jì)成不同的結(jié)構(gòu)，其常用定子、轉(zhuǎn)子極數(shù)配比如圖所示。3.1.4開關(guān)磁阻電機(jī)

開關(guān)磁阻電機(jī)常用定子、轉(zhuǎn)子極數(shù)配比任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2.開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理如左圖所示為四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)，圖中僅畫出其中一相繞組的連接情況。由于定子、轉(zhuǎn)子均為凸極式結(jié)構(gòu)，故每相繞組的電感隨轉(zhuǎn)子角位置的改變而改變，如圖右所示。3.1.4開關(guān)磁阻電機(jī)

四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)電感、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子角位置的關(guān)系曲線任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2.開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理當(dāng)定子、轉(zhuǎn)子磁極正對(duì)時(shí)，電感達(dá)到最大值;當(dāng)定子、轉(zhuǎn)子磁極完全錯(cuò)開時(shí)，電感達(dá)到最小值。開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行遵循磁阻最小原理，當(dāng)向B相繞組施加電流時(shí)，由于磁通總是選擇磁阻最小的路徑閉合，為減少磁路的磁阻，轉(zhuǎn)子將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，直到轉(zhuǎn)子磁極2與定子磁極B的軸線重合，此時(shí)磁阻最小(電感最大)；當(dāng)切斷繞組B的電流，給繞組A施加電流時(shí)，磁阻轉(zhuǎn)矩使得轉(zhuǎn)子磁極1與定子磁極A相對(duì)。由于轉(zhuǎn)矩方向一般指向最近的一對(duì)定子、轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)的位置，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器反饋的位置信號(hào)，電樞繞組按B→A→D→C的順序?qū)?，轉(zhuǎn)子便會(huì)沿順時(shí)針?lè)较蜻B續(xù)旋轉(zhuǎn)。3.1.4開關(guān)磁阻電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)2.開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理開關(guān)磁阻電機(jī)有多種不同的相數(shù)結(jié)構(gòu)，如單相、三相、四相等，低于三相的開關(guān)磁阻電機(jī)一般沒(méi)有自啟動(dòng)能力。提高相數(shù)有利于減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，但會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使主開關(guān)器件增多，提高成本。目前應(yīng)用較多的是四相8/6極結(jié)構(gòu)和三相6/4極結(jié)構(gòu)。3.1.4開關(guān)磁阻電機(jī)

任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)3.開關(guān)磁阻電機(jī)的性能特點(diǎn)開關(guān)磁阻電機(jī)作為一種新型調(diào)速電機(jī)，主要有如下優(yōu)點(diǎn)。3.1.4開關(guān)磁阻電機(jī)

（1）電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固，制造工藝簡(jiǎn)單，可工作于極高轉(zhuǎn)速；定子線圈嵌放容易，端部短而牢固，工作可靠，能適用于各種惡劣、高溫甚至強(qiáng)振動(dòng)環(huán)境。（2）損耗主要產(chǎn)生在定子部分，電機(jī)易于冷卻；轉(zhuǎn)子無(wú)永磁體，可允許有較高的溫升。任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)3.開關(guān)磁阻電機(jī)的性能特點(diǎn)開關(guān)磁阻電機(jī)作為一種新型調(diào)速電機(jī)，主要有如下優(yōu)點(diǎn)。3.1.4開關(guān)磁阻電機(jī)

（3）轉(zhuǎn)矩方向與電流方向無(wú)關(guān)，可最大限度地簡(jiǎn)化功率轉(zhuǎn)換器，從而降低系統(tǒng)成本。（4）功率轉(zhuǎn)換器不會(huì)出現(xiàn)直通故障，可靠性高。（5）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，低速性能好，無(wú)異步電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)所出現(xiàn)的沖擊電流現(xiàn)象。任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)3.開關(guān)磁阻電機(jī)的性能特點(diǎn)3.1.4開關(guān)磁阻電機(jī)

（6）調(diào)速范圍寬，控制靈活，易于實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩-速度特性。（7）在寬廣的轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)都具有較高的效率。（8）能在四象限運(yùn)行，具有較強(qiáng)的制動(dòng)能量回收能力。（9）容錯(cuò)能力強(qiáng)。開關(guān)磁阻電機(jī)的容錯(cuò)體現(xiàn)在當(dāng)某一相繞組損壞時(shí)，開關(guān)磁阻電機(jī)照樣可以運(yùn)行。任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)3.開關(guān)磁阻電機(jī)的性能特點(diǎn)開關(guān)磁阻電機(jī)主要有如下缺點(diǎn)。3.1.4開關(guān)磁阻電機(jī)

（1）由于開關(guān)磁阻電機(jī)磁極端部的嚴(yán)重磁飽和以及磁極與溝槽的邊緣效應(yīng)，使得開關(guān)磁阻電機(jī)的設(shè)計(jì)和控制要求非常精細(xì)。（2）噪聲較大。直流電機(jī)課堂總結(jié)三相異步電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)永磁同步電機(jī)任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)課后作業(yè)（1）簡(jiǎn)述直流電機(jī)的分類。（2）簡(jiǎn)述直流電機(jī)的工作原理。（3）簡(jiǎn)述三相異步電機(jī)的工作原理。（4）簡(jiǎn)述永磁同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)。任務(wù)3.1

認(rèn)識(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)認(rèn)識(shí)電機(jī)控制系統(tǒng)3.2動(dòng)力電池及管理技術(shù)項(xiàng)目3任務(wù)導(dǎo)入電流的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些功能都是由電機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在我國(guó)純電動(dòng)汽車十多年的發(fā)展進(jìn)程中，國(guó)內(nèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制器相關(guān)產(chǎn)業(yè)也得到了快速發(fā)展。根據(jù)中國(guó)汽車技術(shù)研究中心提供的數(shù)據(jù)，目前我國(guó)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相關(guān)供應(yīng)商有200余家，遍布全國(guó)各地，自主企業(yè)占89%，其中比亞迪位居前列，市場(chǎng)份額占比為13.3%。目前純電動(dòng)汽車普遍采用永磁同步電機(jī)，這就需要使用交流電來(lái)驅(qū)動(dòng)，而動(dòng)力電池提供的是直流電，因此需要將直流電轉(zhuǎn)變成交流電；而驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟動(dòng)、加減速、制動(dòng)等均需要通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)思考：談一談你對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)有哪些？想一想任務(wù)3.2

認(rèn)識(shí)電機(jī)控制系統(tǒng)電機(jī)控制系統(tǒng)是驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的控制單元，其核心部件為電機(jī)控制器，如圖所示。3.2.1電機(jī)控制系統(tǒng)的基本功能電機(jī)控制器任務(wù)3.2

認(rèn)識(shí)電機(jī)控制系統(tǒng)電機(jī)控制系統(tǒng)一般具有總線通信、功率調(diào)節(jié)、能量回饋、高壓互鎖、過(guò)電流保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、缺相保護(hù)、故障上報(bào)等功能，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。3.2.1電機(jī)控制系統(tǒng)的基本功能（1）采集擋位信號(hào)以及加速踏板位置傳感器和制動(dòng)踏板位置傳感器的信號(hào)。

（2）通過(guò)CAN總線與整車控制器、數(shù)字儀表板、電池管理系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換、指令接收等。任務(wù)3.2

認(rèn)識(shí)電機(jī)控制系統(tǒng)3.2.1電機(jī)控制系統(tǒng)的基本功能（3）控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行、加減速等。（4）調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出功率，同時(shí)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行各種電氣保護(hù)。（5）控制實(shí)現(xiàn)制動(dòng)能量回收。

（6）控制防溜車系統(tǒng)。

（7）防止驅(qū)動(dòng)電機(jī)出現(xiàn)“飛車”現(xiàn)象，防止功率模塊受損。

（8）檢測(cè)和處理系統(tǒng)內(nèi)部故障。任務(wù)3.2

認(rèn)識(shí)電機(jī)控制系統(tǒng)在純電動(dòng)汽車行駛過(guò)程中，駕駛員根據(jù)實(shí)際行駛工況的需要，通過(guò)操作加速踏板、制動(dòng)踏板、減速器操縱桿來(lái)控制車速。在不考慮換擋的情況下，加速踏板、制動(dòng)踏板的位置信號(hào)就代表了駕駛員的指令，整車控制器通過(guò)這些信號(hào)判斷駕駛員的駕駛意圖，并將其轉(zhuǎn)換成各種控制信號(hào)發(fā)送至電機(jī)控制系統(tǒng)。電機(jī)控制系統(tǒng)從整車控制器獲得整車的需求，從動(dòng)力電池獲得電能，經(jīng)過(guò)自身逆變器的調(diào)制，輸出驅(qū)動(dòng)電機(jī)需要的電流和電壓，使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩滿足整車的要求。3.2.2電機(jī)控制系統(tǒng)的控制策略任務(wù)3.2

認(rèn)識(shí)電機(jī)控制系統(tǒng)因此純電動(dòng)汽車實(shí)際上是通過(guò)駕駛員、動(dòng)力電池系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)等實(shí)現(xiàn)對(duì)車速閉環(huán)控制的。電機(jī)控制系統(tǒng)的控制策略如圖所示。3.2.2電機(jī)控制系統(tǒng)的控制策略電機(jī)控制系統(tǒng)的控制策略任務(wù)3.2

認(rèn)識(shí)電機(jī)控制系統(tǒng)電機(jī)控制系統(tǒng)的控制策略有以下幾種形式。3.2.2電機(jī)控制系統(tǒng)的控制策略開環(huán)控制車速-電流雙閉環(huán)控制電流閉環(huán)控制車速閉環(huán)控制任務(wù)3.2

認(rèn)識(shí)電機(jī)控制系統(tǒng)3.2.2電機(jī)控制系統(tǒng)的控制策略開環(huán)控制：利用加速踏板位置信號(hào)，通過(guò)電機(jī)控制器輸入PWM占空比信號(hào)，其特點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單、成本低，但是當(dāng)動(dòng)力電池電壓參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，電機(jī)控制系統(tǒng)沒(méi)有自調(diào)節(jié)能力，驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的抗干擾能力差，車輛的起步、加速和動(dòng)力等性能不高。電流閉環(huán)控制：利用加速踏板位置信號(hào)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電樞電流，從而控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。電流閉環(huán)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間短、控制準(zhǔn)確，且具有自調(diào)節(jié)能力，但是此系統(tǒng)容易出現(xiàn)過(guò)電流現(xiàn)象，可能導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電機(jī)或電機(jī)控制器損壞。

任務(wù)3.2

認(rèn)識(shí)電機(jī)控制系統(tǒng)3.2.2電機(jī)控制系統(tǒng)的控制策略車速閉環(huán)控制：車速閉環(huán)控制:直接根據(jù)速度偏差計(jì)算驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的電壓，但在整個(gè)控制過(guò)程中不能精確地控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。車速-電流雙閉環(huán)控制：具有良好的動(dòng)態(tài)性能，加速踏板位置信號(hào)直接關(guān)聯(lián)駕駛員期望車速，車輛的起步、加速、動(dòng)力等性能表現(xiàn)較好。任務(wù)3.2

認(rèn)識(shí)電機(jī)控制系統(tǒng)動(dòng)力電池系統(tǒng)中采用了再生制動(dòng)器，它通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的發(fā)電功能將車輛制動(dòng)減速時(shí)多余的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能儲(chǔ)存至動(dòng)力電池中，以增大車輛的續(xù)駛里程。電機(jī)控制系統(tǒng)在制動(dòng)時(shí)與制動(dòng)器同時(shí)控制再生制動(dòng)器，完美地將原來(lái)在減速中作為摩擦熱散失的動(dòng)能回收為行駛用能量。車輛在利用驅(qū)動(dòng)車輪的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)電的同時(shí)，還可利用發(fā)電時(shí)的電磁阻力來(lái)減速。3.2.2電機(jī)控制系統(tǒng)的控制策略任務(wù)3.2

認(rèn)識(shí)電機(jī)控制系統(tǒng)3.2.2電機(jī)控制系統(tǒng)的控制策略在城市道路上行駛時(shí)，反復(fù)進(jìn)行的調(diào)速制動(dòng)操作具有較高的能量回收效果，所以車輛在低速運(yùn)行時(shí)優(yōu)先使用再生制動(dòng)器。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在城市道路上行駛100km，可回收的能量等同于1L汽油的能量。任務(wù)3.2

認(rèn)識(shí)電機(jī)控制系統(tǒng)電機(jī)控制器主要由中央控制模塊、功率模塊、驅(qū)動(dòng)控制模塊及各種傳感器組成。3.2.3電機(jī)控制器的基本結(jié)構(gòu)1.中央控制模塊中央控制模塊一般包括PWM波形生成電路、復(fù)位電路、傳感器信號(hào)處理電路、交互電路等，如圖所示。對(duì)外，中央控制模塊通過(guò)對(duì)外接口，接收整車上其他部件的指令和狀態(tài)信息；對(duì)內(nèi)，中央控制模塊把接收到的指令和狀態(tài)信息傳遞給逆變器驅(qū)動(dòng)電路，并檢測(cè)控制效果。中央控制模塊掃

一

掃

電機(jī)控制器任務(wù)3.2

認(rèn)識(shí)電機(jī)控制系統(tǒng)3.2.3電機(jī)控制器的基本結(jié)構(gòu)2.功率模塊電機(jī)控制器的主體是一臺(tái)逆變器，它是通過(guò)功率模塊對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流、電壓進(jìn)行控制的。功率模塊經(jīng)常選用的功率器件主要有金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)等，其中以IGBT應(yīng)用最為廣泛。比亞迪車規(guī)級(jí)IGBT模塊如圖所示。比亞迪車規(guī)級(jí)IGBT模塊任務(wù)3.2

認(rèn)識(shí)電機(jī)控制系統(tǒng)3.2.3電機(jī)控制器的基本結(jié)構(gòu)

在功率半導(dǎo)體方面，我國(guó)長(zhǎng)期依賴國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品。以IGBT為例，在2017年之前，車規(guī)級(jí)IGBT幾乎100%依賴進(jìn)口，絕大部分市場(chǎng)份額由外資占據(jù)。2018年，比亞迪微電子發(fā)布全新一代車規(guī)級(jí)IGBT標(biāo)桿性產(chǎn)品——比亞迪IGBT4.0，一舉打破了IGBT市場(chǎng)完全被外資芯片巨頭壟斷的現(xiàn)狀。任務(wù)3.2

認(rèn)識(shí)電機(jī)控制系統(tǒng)3.2.3電機(jī)控制器的基本結(jié)構(gòu)3.驅(qū)動(dòng)控制模塊

驅(qū)動(dòng)控制模塊用于將中央控制模塊的指令轉(zhuǎn)換成對(duì)逆變器中晶體管的通斷指令;并作為保護(hù)裝置，對(duì)系統(tǒng)的電壓、電流等進(jìn)行檢測(cè)，防止出現(xiàn)過(guò)電壓、過(guò)電流現(xiàn)象。任務(wù)3.2

認(rèn)識(shí)電機(jī)控制系統(tǒng)3.2.3電機(jī)控制器的基本結(jié)構(gòu)4.傳感器

電機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用到的傳感器主要包括電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器等，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求適當(dāng)增減。電流傳感器：用以檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作的實(shí)際電流(包括母線電流、三相交流電流等)。電壓傳感器：用以檢測(cè)電機(jī)控制器工作的實(shí)際電壓(包括動(dòng)力電池電壓、低壓蓄電池電壓)。溫度傳感器：用以檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的工作溫度(包括IGBT模塊