新能源汽車電力電子技術 課件全套 張建才 第1-11章 直流電路、交流電路- 新能源汽車電路檢測維修基礎

第1章直流電路【案例5】百雞問題

1.2

電路的基本定律1.3

電路的工作狀態(tài)1.4

電路的基本物理量

支路的基本分析方法1.51.1電路的基本概念1.1.1電路的組成1.1.2電路模型1.1.3電路的作用1.1.1電路的組成電路，簡單地說就是電流流通的路徑。它是由若干電氣設備或元件按照一定方式用導線聯(lián)結而成的，通常由電源、負載和中間環(huán)節(jié)三個部分組成。電源是將其他形式的能量轉換為電能的裝置，負載是消耗電能的設備，中間環(huán)節(jié)包括變壓器、聯(lián)結導線、控制開關和保護裝置等。汽車電源系統(tǒng)電路如圖1-1所示。發(fā)電機和蓄電池是電源，用電設備和起起動機是負載，起動按鈕（包括開關S、調節(jié)器、熔斷器、電流表A、連接導線）都是中間環(huán)節(jié)。電路理論中，通常用電路原理圖來表示實際電路。

圖1-1汽車電源系統(tǒng)電路電路理論中，通常用電路原理圖來表示實際電路。在電路原理圖中，各種電器元件都不需要畫出原有的形狀，而是采用統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號來表示，所以圖1-1就是汽車電源系統(tǒng)電路原理圖。1.1.1電路的組成1.1.2電路模型為了便于對實際電路進行分析，必須在一定的條件下對實際部件加以理想化，突出其主要的電磁特性，而忽略其次要因素，用一個足以表征其主要性質的模型來表示它。這樣，實際電路就可近似地看是由這些理想電路元件組成的電路，也可稱作實際電路的電路模型。各種理想元件都用一定的符號圖形表示，圖1-2是理想電路元件的符號圖形。電阻

電感

電容

恒壓源

恒流源圖1-2理想電路元件符號一類是電力電路，其主要作用是電能的傳輸和轉換。如把發(fā)電廠發(fā)電機組產生的電能，通過變壓器、輸電線路送到工廠和千家萬戶的電力系統(tǒng)。一類是信號電路，其主要作用是傳遞和處理電信號。如各種物理量的測量電路、放大電路、聲音、圖像或文字處理電路等。1.1.3電路的作用1.2電路的基本物理量1.2.1

電流1.2.2

電壓與電動勢1.2.3

電位1.2.4

電能和電功率1.2.1電流

電流是帶電粒子（電子、離子等）在外電場的作用下做有秩序的移動而形成的。電流的大小等于單位時間內流過導體橫截面的電荷量，用符號i表示.大小和方向不隨時間變化的電流稱直流電流（DC）。用大寫英文字母I表示在復雜的電路分析過程中，一段電路電流的實際方向很難預先判斷出來，在電路中就無法標明電流的實際方向。為了計算方便，在電路分析中引入電流參考方向的概念。

電流的參考方向與實際方向的關系1.2.2電壓與電動勢1.電壓電路中

、

兩點間的電壓，在數值上等于電場力把單位正電荷從電路中

點移動到點所做的功，用

公式表示為

電壓的實際方向規(guī)定為由高電位端指向低電位端，即指向電位降低的方向。與電流一樣，在較為復雜的電路中，往往無法事先確定電壓的實際方向。在電路圖上所標出的是電壓的參考方向。電動勢是用來表示電源力移動單位正電荷做功本領的物理量，電源的電動勢

在數值上等于電源力把正電荷

從負極

（低電位）經由電源內部移到電源的正極

（高電位）所做的功

，即電動勢與電壓的關系：

1.2.2電壓與電動勢

在分析電子電路時，通常要用到“電位”這個概念。從本質上說，電位與電壓是同一個概念，電路中某一點的電位就是該點到參考點電壓。在電位這個概念中，一個十分重要的因素就是參考點，在電路圖中，參考點用符號“⊥”表示，通常參考點的電位為零，故參考點又叫做“零電位點”。在工程上常選大地作為參考點。即認為大地電位為零。1.2.3電位在圖

所示的直流電路中，

、

兩點間的電壓為

，在

時間內電荷

受電場力作用，從

點移動到

點，電場力所做的功為若負載為電阻元件，則在

時間內所消耗的電能為單位時間內消耗的電能稱為電功率（簡稱功率），即1.2.4電能和電功率常把某一元件或某一段電路上的電流與電壓的參考方向取為一致（即電流的參考方向是從電壓的正極性端指向負極性端），稱為關聯(lián)參考方向，反之稱為非關聯(lián)參考方向。習慣上將無源元件取關聯(lián)參考方向。電路的基本作用之一是實現能量的傳遞，用功率來表示能量變化的速率，常用P或p來表示。在直流情況下，當電壓、電流為關聯(lián)參考方向時P＝UI此時，若算得的功率P＞0，元件為吸收功率；P＜0，則為產生功率根據功率的正負便可判斷電路中哪個元件是電源，哪個元件是負載在關聯(lián)參考方向下，若P＜0，可斷定該元件為電源；若這P＞0，可斷定該元件為負載。1.2.4電能和電功率1.3.1

歐姆定律1.3.2

基爾霍夫定律1.3電路的基本定律

歐姆定律是電路的基本定律之一，它指出流過電阻的電流與加在電阻兩端的電壓成正比，與電阻成反比。在上圖的電路中，電壓和電流的參考方向相關聯(lián)，歐姆定律可用下式表示電壓和電流的參考方向非關聯(lián)，歐姆定律可用下式表示當元件的電壓

U和電流I之間的關系滿足歐姆定律時，稱為線性器件；當器件的電壓U和電流I之間的關系不滿足歐姆定律，稱為非線性器件。1.3.1歐姆定律（a）

（b）

（c）圖1-11歐姆定律1.3.2基爾霍夫定律

基爾霍夫定律是求解復雜電路的基本定律1.電路中幾個專用名詞

支路:電路中由一個元件或多個元件組成的一條路徑，可以流過獨立的電流，就稱這條路徑為一條支路。節(jié)點:電路中三條或三條以上支路的聯(lián)結點稱為節(jié)點?；芈?由若干條支路所組成的閉合路徑稱為回路。（1.3.2基爾霍夫定律2.基爾霍夫第一定律——電流定律（KCL）基爾霍夫電流定律（KCL）指出：在任一時刻，通過電路中任一節(jié)點的各支路電流的代數和等于零。其數學表達式為各支路電流的正負號的規(guī)定如下：(1)首先選定各支路電流的參考方向。(2)流進節(jié)點電流為正，流出節(jié)點電流為負。上圖中對于節(jié)點a有：經變形得：也可以表述為，在任一時刻，流入電路中任一節(jié)點的各支路電流的代數和等于流出該節(jié)點的各支路電流的代數和，即1.3.2基爾霍夫定律

3.基爾霍夫第二定律—電壓定律基爾霍夫電壓定律（KVL）指出：在任一時刻，電路中的任一閉合回路，沿任意方向繞行一周，電壓的代數和等于零。即各支路電壓正負號確定如下：(1)首先任意規(guī)定回路的繞行方向。(2)標明各支路電壓的參考方向。(3)凡支路電壓參考方向與回路繞行方向一致者，此電壓前面取“+”號；反之，取“-”號。1.3.2基爾霍夫定律在圖所示的閉合回路中，以

繞行方向為回路的繞行方向，應用基爾霍夫電壓定律有

其中若將電阻電壓寫在等式的一邊，電源電動勢寫在等式的另一邊，則有即1.4電路的工作狀態(tài)1.4.1

通路狀態(tài)1.4.2

開路狀態(tài)1.4.3

短路狀態(tài)

1.4.1通路狀態(tài)

如圖所示的電路中，當開關

閉合后，電源和負載接通形成閉合回路，稱為電源的有載工作狀態(tài)，又稱通路狀態(tài)。電路在這種狀態(tài)下，電源輸出的電流即為流經負載的電流，因此電路具有下列特征：

1.電路中的電流（負載電流）為2.電源端電壓

等于負載電阻兩端的電壓3.電源的輸出功率為將圖中的開關斷開，電路即處于開路狀態(tài)。開路也稱為斷路，有時也稱為空載狀態(tài)。電路空載時，外電路呈現的電阻為無窮大（相當于

），這時電路具有下列特征：

1.由歐姆定律可知

，所以電路中電流

。2.電源外特性可知

，所以電源的端電壓恒等于電源電動勢，通常應用這個特性檢測電路故障。3.電源產生的功率

和負載消耗的功率

均為零（因為

）。

1.4.2開路狀態(tài)1.4.2短路狀態(tài)當電源的兩個輸出端由于某種原因而短接時稱為短路，如圖

所示。電源發(fā)生短路時，主要特征為如下：1.由于無阻導線的存在，使得

，所以電源對輸出的端電壓

。2.電源內通過的電流3.流過負載中的電流

短路是一種嚴重的事故，應盡量避免。通常在電路中接入熔斷器（俗稱保險絲）或者自動斷路器，以便在發(fā)生短路時迅速將故障電路與電源斷開，從而保護電源的安全。

1.5電路的基本分析方法1.5.1

電阻串并聯(lián)電路1.5.2

支路電流法1.5.1電阻串并聯(lián)電路將若干

個電阻元件

依次連接起來，這種連接方式稱為電阻的串聯(lián)，n個電阻串聯(lián)可等效為一個電阻。下圖是以三個電阻串聯(lián)為例1.流過每個電阻的電流相等。2.電路的總電壓等于各電阻兩端的分電壓之和，即3.電路的總電阻（等效電阻）等于各串聯(lián)電阻之和，即1.電阻的串聯(lián)2.電阻并聯(lián)將

若干個電阻首末端分別連接起來，這種連接方式稱為電阻并聯(lián)，n個電阻并聯(lián)可等效為一個電阻。如圖

所示為三個電阻的并聯(lián)電路。1.各電阻兩端的電壓相等。2.電路的總電流等于流過每個電阻的分電流之和，即(3)電阻并聯(lián)時的總電阻的倒數等于各并聯(lián)電阻的倒數之和，即1.5.1電阻串并聯(lián)電路1.5.2支路流法

支路電流法是以支路電流為未知量，應用基爾霍夫電流定律()和基爾霍夫電壓定律()，列出與未知量數目相等的獨立方程，然后解出未知的支路電流。支路電流法的解題步驟為：（1）確定各支路電流的參考方向。(2)如果電路中有

個節(jié)點，根據

列出（

）個獨立節(jié)電流方程。(3)選取回路并選定回路的繞行方向，根據列出回路電壓方程，補齊所需方程數。(4)聯(lián)立方程組，計算出各支路電流謝謝大家！第2章

正弦交流電路正弦交流電的基本知識2.1三相正弦交流電路2.5單相交流電路2.3正弦量的相量表示法2.2RLC串聯(lián)電路2.4

2.1正弦交流電的基本知識2.1.1正弦交流電的基本概念2.1.2

正弦交流電的三要素2.1.1正弦交流電的基本概念大小和方向隨時間作周期性變化的電壓、電流和電動勢統(tǒng)稱交流電。如圖

所示為幾種交流電的波形圖。（a)矩形波（b）尖頂波(c)正弦波

圖2-1周期性交流電的幾種波形

大小和方向隨時間按正弦規(guī)律變化的電壓、電流和電動勢統(tǒng)稱為正弦交流電，簡稱正弦量。2.1.2正弦交流電的三要素1.幅值和有效值幅值是瞬時值中的最大值，又稱為峰值，通常用

、

和

表示，它們是與時間無關的常數。有效值是由電流的熱效應來規(guī)定的,有效值用大寫字母表示.交流電的有效值與幅值之間的關系

2.角頻率角頻率

是表示正弦量變化快慢的一個物理量，周期T是正弦量變化一周期所需要的時間，周期

越大，波形變化越慢；周期

的單位是秒（S）

。頻率

表示每秒時間內正弦量重復變化的次數，頻率

越大，正弦量變化越快；頻率的單位是赫茲（HZ）。較高的頻率用千赫（KHZ)和兆赫（

MHZ）表示。周期

和頻率

互為倒數，即

或

角頻率

表示正弦量每秒變化的弧度數，單位是弧度/秒（

）。角頻率、周期、頻率三者之間的關系為

2.1.2正弦交流電的三要素3.初相位圖中所示為正弦交流電的電流(i)的一段變化曲線，該曲線可用下式表示：式中稱為正弦量的相位角，相位角是時間的函數。當t=0時，正弦量的相位稱作初相位，又稱初相角。表示初相位。

式中、、合稱為正弦交流電的三要素，它們分別表示正弦交流電變化的幅度、快慢和初始狀態(tài)。正弦交流電波形2.1.2正弦交流電的三要素2.2正弦量的相量表示法2.2.1

相量圖2.2.2

正弦量的加法運算2.2.1相量圖是電壓的幅值相量，是電壓的有效值相量。相量只是表示正弦量，而不是等于正弦量。在線性電路中，電路的輸入和輸出均為同頻率的正弦量，頻率是已知的或特定的，可不必考慮，只要求出正弦量的幅值（或有效值）和初相位即可。按照各個正弦量的大小和相位關系用初始位置的有向線段畫出的若干相量的圖形，稱為相量圖。在相量圖上能形象地看出各個正弦量的大小和相互間的相位關系。相量圖表示正弦量在交流電路的分析計算中，常常需要將幾個同頻率的正弦量相加或相減。已知兩正弦電流和試用相量合成法計算。先畫出電流

和

的相量

和

，然后以

和

為兩鄰邊作一平行四邊形，其對角線即為總電流

的幅值相量

。對角線與橫軸正方向（或參考相量）之間的夾角即為初相位

。這就是相量運算中的平行四邊相量加法運算形法則。2.2.2正弦量的加法運算2.3單相交流電路2.3.1純電阻電路2.3.2純電感電路2.3.3

純電容電路

電路中只有電阻的電路,下圖就是一個線性電阻元件的交流電路。1.電壓與電流的關系2.功率在純電阻電路中，平均功率為

純電阻電路2.3.1純電阻電路2.3.2純電感電路1.電壓與電流的關系下圖為一電感線圈組成的交流電路，假定這個線圈中只有電感L，而電阻R可忽略不計，這就是一純電感電路。設電流為參考正弦量，即2.感抗由上式可知，在純電感電路中電壓與電流的幅值或有效值之比為

，顯然它的單位是歐姆（

）。當電壓

一定時，

越大，則電流

越小?？梢?，

具有對交流電流起阻礙作用的物理性質，稱為感抗，用

表示，即3.電路中的功率平均功率這一特性反映了電感元件不消耗電能，是一種儲能元件。

無功功率在純電感電路中，沒有能量消耗，只有電源與電感元件間的能量互換。這種能量互換的規(guī)?？捎脽o功功率

來衡量。2.3.2

純電感電路2.3.3純電容電路1.電壓與電流的關系設

2.容抗

由式上式可知。在純電容電路中，電壓與電流的幅值或有效值的比值為

，它的單位是歐姆（

）。它具有對電流起阻礙作用的物理性質，故稱為容抗，用

表示，即

3.電路中的功率平均功率說明容元件是不消耗能量的，是一種儲能元件。

無功功率在純電容電路中，電源與電容之間只發(fā)生能量的互換，能量互換的規(guī)模用無功功率

來衡量。2.3.3純電容電路1.電路中電壓與電流的關系下圖所示為電阻、電容、電感元件串聯(lián)的交流電路。電路中的電流及各個電壓的參考方向如圖所示。RLC串聯(lián)電路2.4RLC串聯(lián)電路2.4RLC串聯(lián)電路2.電路中的阻抗由式可知電路中，電壓與電流的有效值（或幅值）之比為對電流起阻礙作用，稱為電路的阻抗。用

表示，即可見

、

、之間也可用一個直角三角形——阻抗三角形來表示，如圖所示。

阻抗三角形

2.5三相正弦交流電路2.5.1

三相交流電源的星形連接2.5.2

三相負載的連接2.5.3

三相交流電路的功率若將發(fā)電機三個定子繞組的末端連在一起引出的一根導線稱為中性線

（中性線接地時又稱為零線），三個繞組的始端

、

、

分別引出的三根導線稱為端線（或相線或火線），這種連接稱為三相電源的星形連接。由三根端線和一根中性線組成的供電方式稱為三相四線制，只用三根端線組成的供電方式稱為三相三線制。三相電源相電壓的瞬時值表達式為三相四線制電源系統(tǒng)2.5.1三相交流電源的星形連接2.5.1三相交流電源的星形連接電源任意兩根端線之間的電壓稱為線電壓，線電壓和相電壓的相量關系三個線電壓的有效值相等，均為相電壓有效值的

倍。線電壓的相位超前相應的相電壓相位

。線電壓、相電壓均為對稱的三相電壓。通常的三相四線制低壓供電系統(tǒng)線電壓為

，相電壓為

，可以提供兩種電壓供負載使用。2.5.2三相負載的連接

三相負載有兩種連接方式：星形（Y）和三角形（△）連接。

若負載所需的電壓是電源的相電壓，像各種電照明負載、家用電器等。應當將負載接到端線與中性線之間。當負載數量較多時，應當盡量平均分配到三相電源上，使三相電源得到均衡的利用，這就構成了負載的星形連接。（a）星形連接

（b）三角形連接圖2-14負載的星形、三角形連接三相負載有兩種連接方式：星形（Y）和三角形（△）連接。1.三相負載星形連接如圖案將負載接到端線與中性線之間。（1）對稱三相負載星形連接的三相對稱負載，中性線可以省去。采用三相三線制供電。三相負載的星形接法2.5.2三相負載的連接（2）不對稱三相負載

三相負載不對稱，若中性線的存在，使每相負載兩端的電壓是對稱的電源相電壓，從而保證了三相負載能獨立正常的工作。，三相負載不對稱時，必須采用三相四線制，且中性線上不能安裝開關、熔斷器等裝置。2.三相負載的三角形連接將三相負載分別接在三相電源的每兩根相線之間的接法，稱為三相負載的三角形接。每相負載兩端的電壓都是電源的線電壓。線電壓與相電壓、線電流與相電流的關系為：

三相負載的星形接法2.5.2三相負載的連接三相交流電路可以視做三個單相交流電路的組合。三相交流電路的有功功率、無功功率、視在功率為各相電路有功功率、無功功率、視在功率之和。無論三相負載是星形連接還是三角形連接，當三相負載對稱時，電路總的有功功率，無功功率、視在功率均是每相負載有功功率，無功功率、視在功率的3倍。三相負載作星形連接時，

，

；三相負載作三角形連接時，

，

將這些關系式代入式,可得三相功率與線電壓、線電流的關系：2.5.3三相交流電路的功率謝謝大家！第3章磁路與鐵芯線圈電路磁場的基礎知識3.1鐵芯線圈磁路3.2汽車中常用電磁器件3.33.1磁場的基礎知識3.1.1

磁場的基本物理量3.1.2

鐵磁材料的磁性能3.1.3

磁路的基本定律3.1.1磁場的基本物理量1.磁感應強度磁感應強度

是表示磁場內某點的磁場強弱及方向的物理量。在國際單位制中，磁感應強度的單位是特斯拉（T），簡稱特。2.磁通在均勻磁場中，磁感應強度

與垂直于磁場方向的面積

的乘積，稱為通過該面積的磁

通，在數值上可以看成與磁場方向相垂直的單位面積所通過的磁通，故又稱磁通密度。3.磁導率磁導率

是表示物質導磁性能的物理量，它的單位是亨/米（

）。任意一種物質的磁導率與真空的磁導率之比稱為相對磁導率。4.磁場強度磁場強度

是進行磁場分析時引用的一個輔助物理量，為了從磁感應強度中

除去磁介質的因素。3.1.2鐵磁材料的磁性能物質按其導磁性能可分為兩大類。一類稱為鐵磁材料，如鐵、鋼、鎳、鈷等，這類材料的導磁性能好，磁導率

值大；另一類為非鐵磁材料，如銅、鋁、紙、空氣等，此類材料的導磁性能差，磁導率

值?。ń咏婵盏拇艑?/p>

）。鐵磁材料是制造變壓器、電動機等各種電工設備的主要材料。鐵磁材料的磁性能對電磁器件的性能和工作狀態(tài)有很大影響。鐵磁材料的磁性能主要表現為高導磁性、磁飽和和磁滯性。1.高導磁性鐵磁材料具有很強的導磁能力，在外磁場作用下，其內部的磁感應強度會大大增強，相對磁導率可達幾百、幾千甚至幾萬。這是因為在鐵磁材料的內部存在許多磁化小區(qū)，稱為磁疇。每個磁疇就像一塊小磁鐵。在無外磁場作用時，這些磁疇的排列是不規(guī)則的，對外不顯示磁性，如圖3-1（a）所示。在一定強度的外磁場作用下，這些磁疇將順著外磁場的方向趨向規(guī)則的排列，產生一個附加磁場，使鐵磁材料內的磁感應強度大大增強。如圖3-1（b）所示，這種現象稱為磁化。（a）磁化前

（b）磁化后圖3-1鐵磁材料的磁化3.1.2鐵磁材料的磁性能2.磁滯性如果勵磁電流是大小和方向都隨時間變化的交變電流，則鐵磁材料將受到交變磁化。在電流交變的一個周期中，磁感應強度隨磁場強度變化的關系如圖3-2所示。圖3-2磁滯回線隨著磁場強度不斷正反向變化，得到的磁化曲線為一封閉曲線。在鐵磁材料反復磁化的過程中，磁感應強度的變化總是落后于磁場強度的變化，這種現象稱為磁滯現象，如圖所示的封閉曲線稱為磁滯回線。3.1.2鐵磁材料的磁性能鐵磁材料按其磁性能可分為軟磁材料、硬磁材料和矩磁材料三種類型，如圖3-3所示是不同類型的磁滯回線。其中，圖3-3（a）是軟磁材料，圖3-3（b）是硬磁材料，圖3-3（c）是矩磁材料。軟磁材料的剩磁和矯頑磁力較小，磁滯回線形狀較窄，但磁化曲線較陡，即磁導率較高，所包圍的面積較小。硬磁材料的剩磁和矯頑力較大，磁滯回線形狀較寬，所包圍的面積較大。矩磁材料的磁滯回線近似于矩形，剩磁很大，接近飽和磁感應強度，但矯頑磁力較小，易于翻轉。（a）是軟磁材料

（b）硬磁材料

（c）矩磁材料圖3-3三種不同類型的磁滯回線2.磁滯性3.1.2鐵磁材料的磁性能3.1.3磁路的基本定律1.磁路

在通有電流的線圈周圍和內部存在著磁場。當線圈中通過電流時，鐵芯即被磁化，使得其中的磁場大為增強，故通電線圈產生的磁通主要集中在由鐵芯構成的閉合路徑內，這種磁通集中通過的路徑便稱為磁路。用于產生磁場的電流稱為勵磁電流，通過勵磁電流的線圈稱為勵磁線圈或勵磁繞組。下圖為幾種常見的磁路。常見的幾種鐵心2.電生磁的基本定律-安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律也稱為全電流定律,如圖3-5所示。沿空間任意一條閉合回路l，磁場強度的線積分等于該閉合回路所包圍的電流的代數和。式中,H為沿該回路上各點切線方向的磁場強度分量，i為每根導體中的電流;磁場強度沿閉合回路的線積分與所選的路徑無關。圖3-5安培環(huán)路定律3.磁生電的基本定律一法拉第電磁感應定律電磁感應現象:變化的磁場會產生電場,使導體中產生感應電動勢,這就是電磁感應現象。感應電動勢和磁場之間符合法拉第電磁感應定律。電磁感應現象主要表現在以下兩個方面。(1)磁場對通電直導體的作用如圖3-6所示，導體與磁場有相對運動,導體切割磁力線時,導體內產生感應電動勢,稱為切割電動勢。做切割磁力線運動的導體,產生感應電動勢的方向可用右手定則來確定。圖3-6導體作切割磁力線運動(2)磁場對通電線圈的作用

當線圈中磁通發(fā)生變化時,線圈中產生感應電動勢。感應電動勢的方向由楞次定律來判定:線圈中感應電流產生的磁通總是阻礙原磁通的變化。圖3-7所示為楞次定律實驗原理圖,表示了在插入線圈和拔出線圈兩種情況下線圈的感應電動勢的方向。

法拉第通過大量實驗總結出:當線圈中的磁通量增加時,感應電流就要產生與它方向相反的磁通去阻礙它的增加(增反);當線圈中原來的磁通量減小時,感應電流就要產生與它方向相同的磁通去阻礙它的減小(減同)。(a)插入線圈

(b)抜出線圈圖3-7欏次定律實驗原理圖4.自感現象由通入線圈的電流變化而產生感應電動勢的現象叫自感現象,由自感現象產生的感應電動勢叫自感電動勢。自感現象屬于電磁感應現象。自感系數是用來描述線圈產生自感磁通能力的物理量。定義線圈中的磁通量與產生該磁通的電流的比值叫自感系數,又叫電感,用符號L表示,單位是亨[利](H)。即按照法拉第電磁感應定律,回路中所產生的自感電動勢可用自感系數L表示為上式表明,自感電動勢的大小與線圈的電感及線圈中外電流的變化率成正比。負號表示自感電動勢的方向總是企圖阻礙外電流的變化。5.互感現象互感現象是指一個線圈中的電流變化使得另一個線圈產生感應電動勢的現象,如圖3-8所示?；ジ鞋F象產生的電動勢叫作互感電動勢,也用符號e表示

那么此公式是交流發(fā)電機設置電壓調節(jié)器的理論依據。圖3-8互感現象

如圖所示為繞有線圈的鐵芯，電流、磁通、線圈匝數、磁路的截面積、磁路的材料磁的導率之間關系如下式：該式與電路中的歐姆定律相似，因而稱它為磁路歐姆定律。磁路與電路雖然有許多相似之處，但它們的實質是不同的。而且由于鐵芯磁路是非線性元件，其磁導率是隨工作狀態(tài)劇烈變化的。因此，一般不宜直接用磁路歐姆定律和磁阻公式進行定量計算，但在很多場合可以用來進行定性分析。

鐵心線圈電路6.磁路的歐姆定律3.2

鐵芯線圈磁路3.2.1直流鐵芯線圈磁路3.2.2交流鐵芯線圈磁路

3.2.1直流鐵芯線圈磁路

3.2.2交流鐵芯線圈磁路

如圖

所示是交流鐵芯線圈電路，線圈的匝數為N，當在線圈兩端加上正弦交流電壓

時，就有交變勵磁電流

i流過。設線圈電阻為R。根據磁路定析可得：

上式給出了鐵芯線圈在正弦交流電壓作用下，鐵芯中磁通最大值與電壓有效值的數量關系。1.電磁關系

2.功率損耗（1）磁滯損耗鐵磁材料交變磁化的磁滯現象所產生的鐵損稱為磁滯損耗。它是由鐵磁材料內部磁疇反復轉向，磁疇間相互摩擦引起鐵心發(fā)熱而造成的損耗。鐵心單位體積內每周期產生的磁滯損耗與磁滯回線所包圍的面積成正比。為了減小磁滯損耗，交流鐵芯均由軟磁材料制成。（2）渦流損耗鐵磁材料在交變磁通的作用下鐵芯內將產生感應電動勢和感應電流，感應電流在垂直于磁通的鐵芯平面內圍繞磁力線呈旋渦狀，故稱為渦流。渦流使鐵芯發(fā)熱，其功率損耗稱為渦流損耗，為了減小渦流，可采用硅鋼片疊成的鐵芯。

3.2.2交流鐵芯線圈磁路3.3汽車中常用電磁器件3.3.1電磁鐵3.3.2變壓器3.3.3電磁閥3.3.4繼電器3.3.5接觸器3.3.1電磁鐵

電磁鐵是利用載流鐵芯線圈產生的電磁吸力來操縱機械裝置，以完成預期動作的一種電器。它是將電能轉換為機械能的一種電磁元件。電磁鐵主要由線圈、鐵心及銜鐵三部分組成。

當線圈通電后，鐵心和銜鐵被磁化，成為極性相反的兩塊磁鐵，它們之間產生電磁吸力。當吸力大于彈簧的反作用力時，銜鐵開始向著鐵心方向運動。當線圈中的電流小于某一定值或中斷供電時，電磁吸力小于彈簧的反作用力，銜鐵將在反作用力的作用下返回原來的釋放位置。電磁鐵

變壓器由鐵芯和繞在鐵芯上的兩個或多個線圈（又稱繞組）組成。鐵芯的作用是構成變壓器的磁路。根據鐵芯結構形式的不同，變壓器分為殼式和心式兩種。下圖

為一個單相雙繞組變壓器的原理結構示意圖及其圖形符號。兩個繞組中與電源相連接的繞組稱為一次繞組，又稱原繞組或初級繞組。

（a）心式（b）殼式1.變壓器的基本結構3.3.2變壓器

2.變壓器的工作原理

如圖

所示為單相變壓器的工作原理圖

1.電壓變換

2.電流變換3.阻抗變換3.3.2變壓器

3.變壓器的外特性

變壓器的輸出電壓隨所帶負載性質的變化而變化，利用變壓器的外特性描述它們之間的關系。通常希望二次電壓的變動越小越好。

在一般變壓器中，由于其電阻和漏磁感均很小，電壓變化率約為5%左右。

變壓器外特性3.3.2變壓器4.變壓器的主要參數(1)額定電壓（、）

額定電壓是根據絕緣強度和允許發(fā)熱所規(guī)定的應加在一次繞組上的正常工作電壓和一次側施加額定電壓時的二次側空載電壓有效值。(2)額定電流（、）

變壓器連續(xù)運行時，一、二次繞組允許通過的最大電流有效值。(3)額定容量（）

變壓器二次側額定電壓和額定電流的乘積。(4)額定頻率（）

變壓器應接入的電源頻率。3.3.2變壓器

自耦變壓器的結構特點是：二次繞組是一次繞組的一部分，而且一、二次繞組不僅有磁的耦合，還有電的聯(lián)系。上述變壓、變流和變阻抗關系都適用于它。

自耦變壓器的外形與原理圖除了單相自耦變壓器之外，還有三相自耦變壓器。

(1)自耦變壓器5.幾種常見的變壓器(2)互感器互感器是配合測量儀表專用的小型變壓器，使用互感器可以擴大儀表的測量范圍，使儀表與高壓隔開，保證儀表安全使用。

①電壓互感器電壓互感器一次與二次電壓關系為：

②電流互感器電壓互感器電流互感器

電流互感器一、二次側繞組電流關系為：3.3.3電磁閥1.電磁閥的結構、分類、符號(1)電磁閥的結構電磁閥主要由閥體、閥心、動鐵心、線圈、彈簧等組成。當線圈通電或斷電時,所產生的磁場會改變閥心的運動方向,從而使流體通過閥體或在閥體處被切斷。(2)電磁閥的分類電磁閥從原理上可分為直動式電磁閥、分步直動式電磁閥和先導式電磁閥3大類;電磁閥從氣路通斷方式可分為常閉型和常開型;生產中常用的電磁閥有二位二通、二位三通、二位四通及二位五通等。(3)電磁閥的符號表3-1是常見的電磁閥圖形符號,圖形符號的含義如下:表3-1常見電磁閥符號3.3.3電磁閥2.電磁閥的工作原理

電磁閥工作原理就是電流通過電磁線圈時利用電磁線圈產生的電磁力的作用,推動閥心移動、實現各個氣路油路的通斷。單電控的失電時在彈簧力的作用下回復原位,雙電控的保持原位、先導式的按功能而定。如圖3-21所示為直動式電磁閥工作原理圖。其工作原理:通電時,電磁線圈產生電磁力把關閉件從閥座上提起,閥門打開；斷電時,電磁力消失,彈簧把關閉件壓在閥座上,閥門關閉。特點:在真空、負壓、零壓時能正常工作,但通徑一般不超過25mm。(a)斷電時電磁閥關(b)通電時閥開圖3-21直動式電磁閥工作原理3.3.3電磁閥3.3.4繼電器繼電器是自動控制電路中常用的一種電磁元器件,它是用較小的電流來控制較大電流的一種自動開關,在電路中起著自動操作、自動調節(jié)、安全保護等作用。在汽車電氣系統(tǒng)中所使用的繼電器體積較小,觸點控制的電流也較小,屬于小型繼電器。(a)結構(b)圖形符號圖3-22電磁式繼電器汽車控制電路大多采用電磁式繼電器作為控制執(zhí)行部件,電磁式繼電器如圖3-22所示,當線圈兩端加上直流電壓時,就會有電流流過線圈,在線圈的周圍就產生磁場。

圖3-23為汽車電路中常用的繼電器內部結構插座插腳布置圖。圖3-23汽車電路中常用繼電器內部結構及插座插腳a)動合型b)動合型（帶保護二極管）c)混合型d)混合型（帶泄流電阻）3.3.5接觸器1.直流接觸器直流接觸器是指鐵芯為直流控制的接觸器，其被控制電路可以是直流，也可以是交流。直流接觸器的鐵芯與交流接觸器不同，它沒有渦流的存在，因此一般用軟鋼或工業(yè)純鐵制成圓形。由于直流接觸器的吸引線圈通以直流,所以沒有沖擊的啟動電流，也不會產生鐵芯猛烈撞擊現象,因而它的壽命長，適用于頻繁啟停的場合。2.交流接觸器交流接觸器是指鐵芯為交流控制的接觸器，它是利用電磁吸力及彈簧反力的配合作用，使觸頭閉合與斷開的一種電磁式自動切換電器。按狀態(tài)的不同，交流接觸器的觸點分為動合觸點和動斷觸點兩種。接觸器在線圈未通電時的狀態(tài)稱為釋放狀態(tài)；線圈通電、鐵芯吸合時的狀態(tài)稱為吸合狀態(tài)。按用途的不同，交流接觸器的觸點又分為主觸點和輔助觸點兩種。主觸點接觸面積大，能通過較大的電流；輔助觸點接觸面積小，只能通過較小的電流。主觸點一般為三對動合觸點，串接在電源和電動機之間，用來切換電動機的電源電路，以起到直接控制電動機啟停的作用，這部分電路稱為主電路。輔助觸點既有動合觸點，也有動斷觸點，通常接在由按鈕和接觸器線圈組成的控制電路中，以實現某些功能，這部分電路又稱輔助電路。交流接觸器的結構及符號如圖3-24所示。（a）結構

（b）符號圖3-24交流接觸的結構及符號接觸器線圈通電時，在電磁吸力的作用下，動鐵芯帶動動觸點一起下移，使同一觸點組中的動觸點和靜觸點有的閉合，有的斷開。當線圈斷電后，電磁吸力消失，動鐵芯在彈簧的作用下復位；觸點組也恢復到原來的狀態(tài)。圖3-25是交流接觸器的原理圖。圖3-25交流接觸器工作原理示意圖謝謝大家！第4章車用驅動電機

直流電機4.1

三相異步電機4.2

永磁步電機4.3

開關磁阻電機4.44.1直流電機4.1.1

有刷直流電機4.1.2

永磁無刷直流電機4.1直流電機直流電機指能將直流電能轉換成機械能的旋轉電機,其電機定子提供磁場,直流電源向轉子的繞組提供電流,換向器使轉子電流與磁場產生的轉矩保持方向不變。根據是否配置有常用的電刷-換向器可以將直流電機分為兩類,即有刷直流電機和無刷直流電機。車用直流電機與一般工業(yè)用的電機相比,具有以下特點:1)電樞軸長,以便安裝用于速度檢測的脈沖發(fā)生器。2)轉子直徑小、軸長,以適應高速旋轉。3)電樞槽多,以便于散熱。4)對于有刷電機,檢查口大,以便于換向片、電刷等的定期檢查和維護。5)電刷的預壓緊力高,以防止電刷的誤動作。4.1.1有刷直流電機1.有刷直流電機結構

有刷直流電機的結構由兩個主要部分組成,一是靜止部分(稱為定子)、主要用來產生融場:二是轉動部分(稱為轉子、通稱電樞),是機械能變?yōu)殡娔?發(fā)電機)、或電能變?yōu)闄C械能(電機)的樞紐、在定子、轉子之間,有一定的間隙稱為氣腺。圖4-1是有刷直流電機外和結構圖。(a)外形(b)結構圖4-1有刷直流電機的結構與外形(1)定子固定主磁極的螺釘定子主要由主磁極、換向磁極、電刷和機座等組成。定子的功能是用來產生磁通和進行機械固定。①主磁極如圖4-2所示。②換向磁極③電刷如圖4-3所示。目前,高端的新型直流電機的電刷采用先進的電子接觸,稱為無刷電機。④機座圖4-2直流電機的主磁極圖4-3直流電機電刷裝置(2)轉子也稱為電樞,主要由電樞鐵心、電樞繞組及換向器等組成。轉子的作用是當通電后在磁場中受力產生電磁轉矩。電樞鐵心由鐵磁材料沖壓開槽疊片而成,固定在轉軸上,如圖4-4所示。①換向器②電樞繞組圖4-4直流電機轉子2.有刷直流電機工作原理直流電機是依據載流導體在磁場中受力而旋轉的原理制造的，主要由定子和轉子兩部分組成。通常將磁場固定不動，而導體做成可以在磁場內繞中心軸旋轉，如圖4-5所示為直流電機工作原理。（a）

（b）圖4-5直流電機工作原理3.有刷直流電機轉矩自動調節(jié)原理4.1.2永磁無刷直流電機

在直流電機的轉子上裝置永久磁鐵,轉子采用徑向永久磁鐵制成的磁極,將磁鐵插入轉子內部,或將磁鐵固定在轉子表面上,轉子上不再用電刷和換向器為轉子輸入電流,因此稱為永磁無刷直流電機。如圖4-6所示,永磁無刷直流電機在工作時,直接將方波電流輸入其定子繞組中,控制電機運轉。矩形脈沖波電流可以使電機獲得較大的轉矩。此類電機的優(yōu)點是效率高、轉矩大、高速操作性能好、無電刷、結構簡單牢固、免維護或少維護、尺寸小、重量輕。

圖4-6永磁無刷直流電機結構無刷直流電機工作原理如圖4-7所示,有6個定子空間磁勢,根據轉子位置傳感器檢測到的轉子位置和要求轉向來決定產生哪一個磁勢產生的平均轉矩最大。利用電機轉子位置傳感器輸出信號控制電子換向線路去驅動逆變器的功率開關器件,使電樞繞組依次饋電,從而在定子上產生跳躍式的旋轉磁場,拖動電機轉子旋轉。隨著電機轉子的轉動,轉子位置傳感器又不斷送出位置信號,不斷改變電樞繞組的通電狀態(tài),使得在某一磁極下導體中的電流方向保持不變,這樣電機就旋轉起來了。圖4-7永磁無刷直流電機工作原理無刷直流電機的驅動、回饋制動控制邏輯控制原理如圖4-8所示。圖4-8無刷直流電機驅動、回饋制動控制原理4.2三相異步電機4.2.1三相異步電機的結構4.2.2三相異步電機的工作原理4.2.3三相異步電機的制動與反轉4.2.4三相異步電機的調速

4.2.1三相異步電動機的結構1.定子定子是電動機的固定部分，主要由鐵芯和繞在鐵芯上的三相繞組構成。鐵芯一般由表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成，其內圓周均勻分布一定數量的槽孔，用以嵌置三相定子繞組。2.轉子

轉子繞組根據構造分成兩種，籠式和繞線式?；\式轉子是在轉子鐵芯槽內壓進銅條，銅條兩端分別焊在兩個銅環(huán)（端環(huán)）上；繞線轉子的鐵芯與籠式相同，不同的是在轉子的鐵芯槽內嵌置對稱三相繞組并作星形連接。籠式轉子繞線轉子4.2.2三相異步電動機的工作原理1.旋轉磁場的產生在空間上互差的三相對稱繞組中分別通入三相對稱交流電流，它們將產生各自的交變磁場，三個交變磁場將合成為一個兩極旋轉磁場。轉磁場轉速為：2.轉動原理電流的轉子導體在旋轉磁場中受到電磁力的作用，電磁力對轉子轉軸形成電磁轉矩，使轉子沿旋轉磁場的方向（順時針方向）旋轉。3.轉差率轉子轉速與旋轉磁場轉速同方向。通常把同步轉速與轉子轉速的差值與同步轉速之比稱為異步電動機的轉差率

電動機轉動原理

2.制動三相異步電動機的制動方式有機械制動和電氣制動兩大類。其中電氣制動主要有：能耗制動、反接制動。(1)能耗制動能耗制動的原理如圖

所示：這種制動方法是利用轉子慣性轉動的能量切割磁場而產生制動轉矩，其實質是將轉子機械能轉換成電能，并最終變成熱能消耗在轉子回路的電阻上，故稱能耗制動能耗制動。4.2.3三相異步電機的制動和反轉(2)反接制動如圖

所示是反接制動的原理圖。改變電動機的三相電源相序，從而導致旋轉磁場反向，使轉子產生一個與原轉動方向相反的制動力矩，迫使轉子迅速停轉。當轉速接近零時，必須立即切斷電源。在反接制動時，旋轉磁場與轉子的相對轉速很大，定子繞組電流也很大，為確保運行安全，必須在定反接制動子繞組中串入限流電阻。

2.反轉三相異步電動機的轉子轉動方向與定子產生的旋轉磁場方向相同，而旋轉磁場的轉向取決于定子繞組通入的三相電流的相序，所以只要將三根電源線中的任意兩根對調，通入定子繞組的電流相序改變，從而就可使轉子的轉動方向改變，實現電動機反轉。人為地改變電動機的轉速，這就是通常所說的調速。1.變頻調速變頻調速指通過改變三相異步電動機電源的頻率來實現調速。2.變極調速變頻調速裝置變極調速就是通過改變旋轉磁場的磁極對數來實現對三相異步電動機的調速。3.變轉差率調速改變調速變阻器的大小，就可平滑調速。譬如增大調速電阻，電動機的轉差率增大，轉速

下降；反之，轉速

上升。從而實現調速。4.2.4三相異步電機的調速4.3

永磁同步電機4.3.1永磁同步機類型4.3.2永磁同步機結構4.3.3永磁同步電機工作原理4.3

永磁同步電機

永磁同步電機是將永久磁鐵取代他勵式同步電機的轉子勵磁繞組,電機的定子與普通同步電機一樣。轉子采用徑向永久磁鐵制成的磁極,做成多層永磁磁極。

永磁同步電機具有功率密度高、調速范圍寬、效率高、性能更加可靠、結構更加簡單、體積小的優(yōu)點。與相同功率的其他類型的電機相比,更加適合作為純電動汽車、燃料電池汽車和混合動力汽車的驅動電機。4.3.1永磁同步機類型按照轉子永磁體結構分類:表面永磁同步電機、內置式永磁同步電機。按照定子繞組感應電勢波形分類:正弦波永磁同步電機、無刷永磁直流電機。4.3.2永磁同步機結構永磁同步電機結構如圖4-18所示，主要是由轉子、端蓋及定子等各部件組成。永磁同步電機的定子結構與普通的感應電機的結構非常相似，轉子結構與異步電機的最大不同是在轉子上放有高質量的永磁體磁極，根據在轉子上安放永磁體的位置的不同，永磁同步電機通常被分為內置式轉子結構和表面式轉子結構。圖4-18永磁同步電機結構1.內置式永磁同步電機內置式永磁同步電機按永磁體磁化方向可分為徑向式、切向式和混合式,在有阻尼繞組情況下如圖4-19所示。內置式永磁同步電機轉子由于內部嵌入永磁體,導致轉子機械結構上的凸極特性。(a)徑向式(b)切向式(c)混合式圖4-19內置式永磁同步電機轉子結構2.外置式永磁同步電機外置式永磁同步電機轉子結構如圖4-20所示。根據永磁體是否嵌入轉子鐵心中,可以分為面貼式和插入式兩種。外置式永磁同步電機的結構比內置式電機簡單,且具有制造容易、成本低等優(yōu)點,因而工業(yè)上應用較多。(a)面貼式(b)插入式圖4-20外置式永磁同步電機轉子結構1-永磁體2—轉軸4.3.3永磁同步電機工作原理永磁同步電機的三相六狀態(tài)工作原理如圖4-21所示。電機靜止時，給定子繞組通入三相對稱電流，產生定子旋轉磁場，定子旋轉磁場相對于轉子旋轉在籠型繞組內產生電流，形成轉子旋轉磁場，定子旋轉磁場與轉子旋轉磁場相互作用產生的異步轉矩使轉子由靜止開始加速轉動。當轉子加速到速度接近同步轉速的時候，轉子永磁磁場與定子旋轉磁場的轉速接近相等，定子旋轉磁場速度稍大于轉子永磁磁場，它們相互作用產生轉矩將轉子牽入到同步運行狀態(tài)。永磁同步電機是靠轉子繞組的異步轉矩實現啟動的。啟動完成后，由永磁體和定子繞組產生的磁場相互作用產生驅動轉矩。圖4-21永磁同步電機三相六狀態(tài)工作原理4.4開關磁阻電機4.4.1開關磁阻電機性能特點4.4.2開關磁阻電機結構4.4.3開關磁阻電機工作原理4.4.4開關磁阻電機驅動系統(tǒng)4.4.1開關磁阻電機性能特點1)開關磁阻電機的結構簡單，轉子上沒有任何形式的繞組;定子上只有簡單的集中繞組，端部較短，沒有相間跨接線；2)開關磁阻電機調速范圍寬、控制靈活,易于實現各種特殊要求的轉矩-速度特性,SRM起動轉矩大、低速性能好,沒有異步電機在起動時所出現的沖擊電流的現象；3)開關磁阻電機的轉矩與電流極性無關，從而減少功率變換器的開關器件數量,減低了成本,可靠性高,控制方便,容易實現正轉、反轉和起動、制動等特定的調節(jié)控制；4)開關磁阻電機轉子的結構形式對轉速限制小，可制成高轉速電機，而且轉子的轉動慣量小，在電流每次換相時又可以改變相匝轉矩的大小和方向；5)損耗小,主要產生在定子,電機易于冷卻,電機轉子不存在勵磁及轉差損耗,由于功率變換元器件少,相應的損耗也??；6)可控參數多、調速性能好,可控參數有主開關開通角、主開關關斷角、相電流幅值和直流電源電壓。適于頻繁起、停及正、反轉運行；7)開關磁阻電機控制較復雜，轉矩脈動大與噪聲、震動大。4.4.2開關磁阻電機結構磁阻電機大致可以分為開關磁阻電機、同步磁阻電機和其他類型磁阻電機3類。開關磁阻電機的轉子和定子上都有凸極,同步磁阻電機中只有轉子有凸極,定子的結構和異步電機定子一樣。開關磁阻電機一般為凸極鐵心結構,其定子、轉子均由普通硅鋼片疊壓而成。轉子上既無繞組也無永久磁體,一般裝有位置檢測器。定子上繞有集中繞組,徑向相對的兩個繞組串聯(lián)構成一相繞組。根據相數和定子、轉子極數的配比,開關磁阻電機可以設計成不同的結構,如圖4-22所示。(a)6/4極(b)8/6極(c)12/8極圖6-22開關磁阻電機的基本結構4.4.3開關磁阻電機工作原理圖4-23四相8/6極開關磁阻電機工作原理圖4-23所示為四相(8/6)結構開關磁阻電機原理圖。圖中只畫出A相繞組及其供電電路。開關磁阻電機的運行原理遵循“磁阻最小原理”，磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合，而具有一定形狀的鐵心在移動到最小磁阻位置時，必使自己的主軸線與磁場的軸線重合。圖4-23中，當定子D-D極勵磁時，1-1向定子軸線D-D重合的位置轉動，并使D相勵磁繞組的電感最大。若以圖中定、轉子所處的相對位置作為起始位置，則依次D→A→B→C相繞組通電，轉子即會逆著勵磁順序以逆時針方向連續(xù)旋轉；反之，若依次給B→A→D→C相通電，則電機即會沿順時針方向轉動?？梢?，開關磁阻電機的轉向與相繞組的電流方向無關，而僅取決于相繞組通電的順序。4.4.4開關磁阻電機驅動系統(tǒng)開關磁阻電機驅動系統(tǒng)框圖如圖4-24所示，主要由開關磁阻電機(SRM)、功率變換器、控制器、轉子位置檢測器四大部分組成。其中開關磁阻電機實現電能向機械能的轉化。功率變換器用以提供電機所需的電能。傳感器主要用來反饋位置及電流信號,并傳送給控制器。控制器針對傳感器提供的轉子位置、速度和電流反饋信息以及外部輸入的指令,實時加以分析處理,進而采取相應的控制決策,控制功率變換器中主開關器件的工作狀態(tài)以控制開關磁阻電機。圖4-24開關磁阻電機驅動系統(tǒng)開關磁阻電機驅動系統(tǒng)在電動汽車領域應用的主要優(yōu)勢如下:1)通過適當的控制策略和系統(tǒng)設計,開關磁阻電機能滿足電動汽車四象限運行的要求,并能在高速運行區(qū)域內保持較強的制動能力。2)開關磁阻電機驅動系統(tǒng)有良好的散熱性能,功率密度大,減小了電機體積和質量,節(jié)省了電動汽車的有效空間。3)開關磁阻電機在很寬的功率和轉速范圍內都能保持高效率,能有效提高電動汽車一次充電的連續(xù)行駛里程。4)開關磁阻電機可以達到良好控制特性,而且容易智能化,從而能通過編程和替換電路元器件滿足不同類型電動汽車的運行要求。5)開關磁阻電機驅動系統(tǒng)無需或很少需要維護,適用于高溫、惡劣環(huán)境,具有良好的適應性能。謝謝大家！第5章新能源汽車安全用電及高壓防護5.1人體觸電及其防護5.1.1電流對人體傷害的類型5.1.2電流對人體體傷害程度的影響因素5.1.3人體常見的觸電方式5.1.4觸電事故發(fā)生的原因及保護措施

5.1.1電流對人體傷害的類型1.電傷電傷是由于電流的熱效應、化學效應、機械效應以及在電流的作用下使熔化或蒸發(fā)的金屬微粒等侵入人體皮膚，使皮膚局部發(fā)紅、起泡、燒焦或組織破壞，嚴重時也可危及人命。電傷多發(fā)生在及以上的高壓帶電體上。2.電擊電擊指電流觸及人體而使內部器官受到損害，它是最危險的觸電事故。當電流通過人體時，輕者使人體肌肉痙攣，產生麻電感覺，重者會造成呼吸困難，心臟麻痹，甚至導致死亡。電擊多發(fā)生在對地電壓為的低壓線路或帶電設備上。3.電磁場傷害電磁場傷害指人體在電磁場作用下吸收能量受到的傷害。受到電磁場傷害后,人會出現頭暈、乏力、記憶力減退、失眠和多夢等神經系統(tǒng)衰弱的癥狀。5.1.2電流對人體體傷害程度的影響因素1.通過人體電流的大小通過人體的電流越大,人的生理反應越明顯,危險性也越大。通過人體的電流大小取決于觸電電壓和人體的電阻,人體電阻一般為800～1000kΩ。表5-1是不同大小的電流對人體的作用。2.電流的頻率常用的50～60Hz的工頻交流電對人體的傷害最嚴重。3.電流的作用時間人體觸電,當通過電流的時間越長,越易造成心室顫動,生命危險性就越大。據統(tǒng)計,觸電1～5min內急救,90%有良好的效果,10min內有60%救生率,超過15min希望甚微。4.電流通過人體的途徑電流通過頭部可使人昏迷;通過脊髓可能導致癱瘓;通過心臟會造成心跳停止,血液循環(huán)中斷;通過呼吸系統(tǒng)會造成窒息。5.人體的身體狀況人體電阻是不確定的,皮膚干燥時一般為800kΩ左右,而一旦潮濕可降到1kΩ。人體不同,對電流的敏感程度也不一樣。電流/mA對人體的作用<0.7無感覺1有輕微感覺1～3有刺激感,一般電療儀器取此電流3～10感到痛苦,但可自行擺脫10～30引起肌肉痙攣,短時間無危險,長時間有危險30～50強烈痙攣,時間超過60s即有生命危險50～250產生心臟室性纖顫,喪失知覺,嚴重危害生命>250短時間內(1s以上)造成心臟驟停,體內造成電灼傷表5-1不同大小的電流對人體的作用5.1.3人體常見的觸電方式1.單相觸電單相觸電是常見的觸電方式。人體的某一部分接觸帶電體的同時，另一部分又與大地或中性線相接，電流從帶電體流經人體到大地或中性線，形成回路。2.兩相觸電人體的不同部分同時接觸兩相電源時造成的觸電，如圖

所示。對于這種情況，無論電網中性點是否接地，人體所承受的線電壓將比單相觸電時高，危險更大。3.跨步電壓觸電如果人或牲畜站在距離電線落地點8～10米以內。就可能發(fā)生觸電事故，這種觸電叫做跨步電壓觸電。4.接觸電壓觸電接觸電壓是指人站在發(fā)生接地短路故障設備旁邊，距設備水平距離0.8米，這時人手觸及設備外殼手與腳兩點之間呈現的電位差，叫做接觸電壓。5.1.4觸電事故發(fā)生的原因及保護措施1.觸電事故發(fā)生的原因由于電氣原因而造成的人身傷亡和設備損壞的事故,稱為電氣事故,它包括人身事故和設備事故。人身事故包括電流傷害、電磁傷害、靜電傷害、雷電傷害、電氣設備故障等造成的人身傷害。設備事故包括短路、漏電和操作事故等。(1)違章操作違章操作是引起電氣事故的原因之一。

(2)施工不規(guī)范在電氣操作中施工不規(guī)范也會引起電氣事故。

(3)電氣產品質量不合格使用了不合格的電氣產品,也會導致電氣事故。2.防止觸電的保護措施

(1)直接觸電的預防①絕緣措施。②屏護措施。③間距措施。(2)間接觸電的預防①加強絕緣。②電氣隔離。(3)防止人體觸電的技術措施①保護接地。如圖５-５所示。②保護接零。如圖５-６所示。圖5-6保護接零圖5-5保護接地對于采用保護接零系統(tǒng)的要求:A.零線上不能裝熔斷器和斷路器,以防止零線回路斷開時,零線出現相電壓而引起的觸電事故。B.在同一低壓電網中,不允許將一部分電氣設備采用保護接地,而另一部分電氣設備采用保護接零。C.在接三孔插座時,不準將插座上接電源零線的孔同接地線的孔串接。正確的接法是接電源零線的孔同接地的孔分別用導線接到零線上。D.中性點必須良好接地外,還必須將零線重復接地,三相五線制中要將PE線重復接地。③工作接地。將電力系統(tǒng)中某一點直接或經特殊設備與地作金屬連接,稱為工作接地,如圖5-7所示。④重復接地。如圖5-8所示。圖5-7工作接地圖5-8重復接地5.2新能源汽車高壓安全與防護5.2.1電壓等級與高電壓危險性5.2.2高壓防護措施5.2.3新能源電動汽車安全用電常識5.2.1電壓等級與高電壓危險性電壓等級是電力系統(tǒng)及電力設備的額定電壓級別系列。目前,我國將電壓等級劃分為以下幾種:安全電壓通常為36V以下,我國規(guī)定安全電壓為42V、36V、24V、12V和6V。低壓指對地電壓在1000V及以下。交流系統(tǒng)中的220V三相四線制的380V/220V中性點接地系統(tǒng)的均屬低壓。高壓指1000V以上的電力輸變電電壓,或380V以上的配用電電壓。超高壓為330～750kV。特高壓為1000kV交流,±800kV直流以上。1.高電壓作業(yè)的職業(yè)危害(1)電擊效應。(2)熱效應。(3)化學效應。(4)肌肉刺激效應。(5)發(fā)生靜態(tài)短路的熱效應。(6)短路引起火花,金屬很快熔化,產生飛濺的火花,飛濺出來的金屬顆粒溫度超過5000℃,可能引起燒傷。(7)帶電高壓線路接通和斷開時所產生的光輻射可能造成電光性眼炎。2.高壓電流對人體的危害(1)高壓電流穿過人體時會切斷神經系統(tǒng)發(fā)出的信號(甚至包括通向心臟的信號),并且會燒傷內臟和組織。人體內電流經過的不同路徑的電阻值如圖5-9所示。(2)高壓電流還會對人體產生生理作用(3)高壓電流對呼吸系統(tǒng)肌肉組織和心肌的干擾最危險電流強度、電流持續(xù)時間和頻率(交流電)超過一定值就可能導致心室顫動。(4)高壓電流的加熱作用對人體的危害流過人體內的電流會加熱人體組織。體液也會在電流的加熱作用下蒸發(fā),這稱為內部燒傷。。圖5-9人體不同路徑的電阻值3.高壓電弧對人體的傷害電弧對人的危害主要表現在以下方面：(1)燒傷:如果人體靠近電弧或直接進入電弧內,則會因高溫而導致嚴重燒傷。因此不要進入電弧內,只能在戴上防護手套的情況下握住導體。(2)紫外線輻射:電荷載體碰撞不僅產生熱量,還會發(fā)射光線(含紫外線)。紫外線可能傷害眼睛,準確地說是造成視網膜傷害,這稱為“灼傷”。(3)四周飛揚的微粒:電弧產生的高溫不斷將離子和電子從導體材料中“拉出”。此時,較小的微粒也可能隨之“逃出”,然后不受控制地飛向四周。通常情況下,這些微粒非常熱。5.2.2高壓防護措施1.車輛的保護接地(1)純電動汽車適用的IT電網結構純電動汽車采用IT系統(tǒng),如圖5-10所示。IT系統(tǒng)由于電源與車身沒有導通連接,所以即便正極對殼體漏電,殼體與車架連接,也不會形成回路。熔絲不會熔斷,也就不會被斷電。接地的目的主要是:①保證等電位連接:電氣部件出現故障時保證等電位,并且消除危險感應電勢差(如電機感應電勢與車體間的電勢差);②電磁兼容性設計:減少系統(tǒng)電磁干擾。5-10純電動汽車采用的IT系統(tǒng)(2)等電位連接如圖5-11所示,基于IT系統(tǒng),可以使用將電氣設備的外露可導電部件直接或通過保護導體與車輛底盤相連接的方法來進行等電位聯(lián)結。圖5-11中所示第1個故障:系統(tǒng)仍能工作,組合儀表上有黃色警告信息。圖5-14中所示第2個故障:控制系統(tǒng)會將高壓系統(tǒng)切斷(斷電),同時系統(tǒng)內會短路,功率電子裝置內和保養(yǎng)插頭內的熔絲會爆開,組合儀表上會有紅色警告信息,高壓系統(tǒng)無法工作、也無法重新起動。圖5-11等電位連接2.絕緣防護電動汽車電氣系統(tǒng)絕緣問題,應確保絕緣電阻能夠滿足人身安全需求,保證絕緣電阻值大于100Ω,動力系統(tǒng)的測量階段最小瞬間絕緣電阻為500Ω。(1)絕緣防護等級通常電動汽車最低報警絕緣電阻值設定為500kΩ,由電池管理系統(tǒng)BMS來承擔檢測功能,當檢測到的絕緣電阻值低于該值時,BMS將對應的絕緣故障碼上報給上位機,整車上則由組合儀表來進行代碼顯示和故障燈報警。根據電路的工作電壓U,將電路分為兩個等級,見表5-2。電壓級別工作電壓直流電壓/V(15～150Hz)交流電壓有效值/VＡ0<U≤600<U≤25Ｂ60<U≤100025<U≤660表5-2電路等級①定義Ⅰ類設備(圖5-12),是依靠基本絕緣對帶電部件進行防觸電保護,并把這個設備中外露可導電部件與保護導體相連的設備。②定義Ⅱ類設備(圖5-13),是使用雙重絕緣或加強絕緣進行防觸電保護的設備。圖5-12Ⅰ類設備圖5-13Ⅱ類設備關于絕緣防護的一些重要定義見表5-3。表5-3關于絕緣防護的一些重要定義3.電氣隔離所謂電氣隔離,就是將電源與用電回路進行隔離,即將用電的分支電路與整個電氣系統(tǒng)隔離,使之成為一個在電氣上被隔離的、獨立的不接地安全系統(tǒng),以防止在裸露導體故障帶電情況