新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)檢修教案 學(xué)習(xí)情境2：典型驅(qū)動電機(jī)的工作原理

學(xué)習(xí)情境2典型驅(qū)動電機(jī)的工作原理教案任務(wù)1認(rèn)知交流異步電機(jī)教學(xué)內(nèi)容任務(wù)1認(rèn)知交流異步電機(jī)學(xué)習(xí)目標(biāo)【知識目標(biāo)】1)能描述三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)。2)能描述三相異步電機(jī)的工作原理。3)能描述三相異步電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)。4)能描述三相異步電機(jī)的特點(diǎn)。【技能目標(biāo)】1)能夠結(jié)合實(shí)物描述三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)。2)能夠結(jié)合實(shí)物描述三相異步電機(jī)的工作原理?！舅仞B(yǎng)目標(biāo)】1)能夠在工作過程中與小組其他成員合作、交流，養(yǎng)成團(tuán)隊(duì)合作意識，鍛煉溝通能力。2)養(yǎng)成7S的工作習(xí)慣。3)養(yǎng)成服從管理，規(guī)范作業(yè)的良好工作習(xí)慣。教學(xué)過程課程導(dǎo)入【任務(wù)描述】某客戶新買了一-輛新能源汽車，配備交流異步電機(jī)，該客戶缺乏對該車輛的了解。作為專業(yè)人員，你需要從三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)、三相異步電機(jī)的工作原理和三相異步電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)等方面對客戶進(jìn)行講解?！救蝿?wù)分析】作為專業(yè)人員，你應(yīng)該掌握三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)、三相異步電機(jī)的工作原理和三相異步電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)等方面的知識，能夠結(jié)合實(shí)物描述三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)，能夠結(jié)合實(shí)物描述三相異步電機(jī)的工作原理。相關(guān)知識2.1.1三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)1.定子定子主要由定子鐵芯、定子繞組、機(jī)座、底腳等部分組成。2.轉(zhuǎn)子(1)籠形繞組籠形繞組是一個自行閉合的短路繞組，由插入每個轉(zhuǎn)子槽中的導(dǎo)條和兩端的端環(huán)構(gòu)成。由于去除鐵芯后，整個繞組形成一個圓籠形的閉合回路，故稱為籠形繞組。（2）繞線型繞組繞線型轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)嵌有用絕緣導(dǎo)線組成的三相繞組，繞組的三個出線端連接到裝在軸上的三個集電環(huán)上，再通過電刷引出。這種轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)是可以在轉(zhuǎn)子繞組中串人外加電阻，以改善電機(jī)的起動和調(diào)速性能。與籠形轉(zhuǎn)子相比較，繞線型轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，價格稍貴，通常用于要求起動電流小，起動轉(zhuǎn)矩大，或需要調(diào)速的場合。3.氣隙異步電機(jī)的氣隙主磁場是由激磁電流產(chǎn)生的。由于激磁電流基本為無功電流，激磁電流越大，電機(jī)的無功分量也越多，功率因數(shù)也就越低。為減小激磁電流，提高電機(jī)的功率因數(shù)，異步電機(jī)的氣隙應(yīng)盡可能小，但一定要在電機(jī)裝配的工藝許可范圍內(nèi)。對于中小型電機(jī)，氣隙一般為0.2~2mm。2.1.2三相異步電機(jī)的工作原理在三相異步電機(jī)的定子繞組中通入三相對稱交流電流，將在電機(jī)的氣隙中產(chǎn)生以同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場中將切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其方向可由右手定則判定。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體通過端環(huán)閉合，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中會出現(xiàn)電流，轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用將產(chǎn)生電磁力，其方向可由左手定則判定。轉(zhuǎn)子導(dǎo)體所受的電磁力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩將驅(qū)動轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場一起旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，作為電機(jī)運(yùn)行。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體是靠電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的感應(yīng)電流使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的，異步電機(jī)又稱為感應(yīng)電機(jī)。2.1.3三相異步電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)型號額定功率額定電壓額定電流額定功率功率因數(shù)連接方式絕緣等級額定溫升定額（工作制）2.1.4三相異步電機(jī)的特點(diǎn)電動汽車用交流異步電機(jī)所具有的優(yōu)點(diǎn)主要包括以下方面。1)小型輕量化;2)易實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速大于10000r/min的高速旋轉(zhuǎn);3)高速低轉(zhuǎn)矩時運(yùn)行效率高;4)調(diào)速范圍寬，低速轉(zhuǎn)矩高;5)堅(jiān)固，可靠性高，成本低;6)控制裝置簡單化、輕量化。任務(wù)實(shí)施結(jié)合所學(xué)內(nèi)容，補(bǔ)全圖2-1-1中空白。結(jié)合所學(xué)內(nèi)容，補(bǔ)全圖2-1-2中空白。寫出三相異步電機(jī)的六個特點(diǎn)。任務(wù)評價根據(jù)表2-1-1對本任務(wù)實(shí)施過程進(jìn)行評價。

任務(wù)2認(rèn)知永磁同步電機(jī)教學(xué)內(nèi)容任務(wù)2認(rèn)知永磁同步電機(jī)學(xué)習(xí)目標(biāo)【知識目標(biāo)】1)能描述永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)。2)能描述永磁同步電機(jī)的工作原理。3)能描述永磁同步電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)。4)能描述永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)?！炯寄苣繕?biāo)】1)能夠結(jié)合實(shí)物描述開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)。2)能夠結(jié)合實(shí)物描述開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理。【素養(yǎng)目標(biāo)】1）能夠在工作過程中與小組其他成員合作、交流，養(yǎng)成團(tuán)隊(duì)合作意識，鍛煉溝通能力。2）養(yǎng)成7S的工作習(xí)慣。3）養(yǎng)成服從管理，規(guī)范作業(yè)的良好工作習(xí)慣。教學(xué)過程課程導(dǎo)入【任務(wù)描述】某客戶新買了一輛新能源汽車，配備開關(guān)磁阻電機(jī)，該客戶缺乏對該車輛的了解。作為專業(yè)人員，你需要從開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)、開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理和開關(guān)磁阻電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)等方面對客戶進(jìn)行講解?！救蝿?wù)分析】作為專業(yè)人員，你應(yīng)該掌握開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)、開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理和開關(guān)磁阻電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)等方面的知識，能夠結(jié)合實(shí)物描述開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)，能夠結(jié)合實(shí)物描述開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理。相關(guān)知識2.2.1永磁同步電機(jī)概述20世紀(jì)50年代，隨著高磁能積永磁體的出現(xiàn)，以永磁體作為勵磁源的直流電機(jī)得到快速發(fā)展。用永磁體代替電勵磁磁極可以使直流電機(jī)的體積大大減小。同樣，在同步電機(jī)的應(yīng)用上，以永磁體轉(zhuǎn)子替換電勵磁轉(zhuǎn)子可以取消電刷和滑環(huán)，使電機(jī)結(jié)構(gòu)簡化，具.有更好的維護(hù)性。與此同時，隨著功率變換器件和晶閘管整流器件的出現(xiàn)，機(jī)械式換流器也被電子換流器替代。這兩大進(jìn)步促進(jìn)了永磁電機(jī)的發(fā)展。2.2.2永磁同步電機(jī)的分類永磁同步電機(jī)的分類方法比較多。按工作主磁場方向的不同，可分為徑向磁場式和軸向磁場式;按電樞繞組位置的不同，可分為內(nèi)轉(zhuǎn)子式(常規(guī)式)和外轉(zhuǎn)子式;按轉(zhuǎn)子上有無起動繞組，可分為無起動繞組的電機(jī)(用于變頻器供電的場合，利用頻率的逐步升高而起動，并隨著頻率的改變而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，常稱為調(diào)速式永磁同步電機(jī))和有起動繞組的電機(jī)(既可用于調(diào)速運(yùn)行，又可在某-頻率和電壓下利用起動繞組所產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩起動，常稱為異步起動永磁同步電機(jī))，異步起動永磁同步電機(jī)用于頻率可調(diào)的傳動系統(tǒng)時，形成一臺具有阻尼(起動)繞組的調(diào)速式永磁同步電機(jī);按供電電流波形的不同，可分為矩形波永磁同步電機(jī)和正弦波永磁同步電機(jī)(簡稱永磁同步電機(jī))。2.2.3永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)主要包括端蓋、機(jī)座、定子鐵芯、定子繞組、轉(zhuǎn)子鐵芯、軸、軸承套、軸承及軸套等部分，此外還有轉(zhuǎn)子支撐部件、通風(fēng)孔或者冷卻水道、外部接線盒等。2.2.4永磁同步電機(jī)的基本工作原理永磁同步電機(jī)的工作原理與交流同步電機(jī)類似，都是通過定子繞組中的電流與轉(zhuǎn)子磁場的相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，而定子繞組的結(jié)構(gòu)和連接形式及繞組中通人的電流和產(chǎn)生的反電動勢共同決定著電機(jī)的工作模式和動力輸出方式。只不過永磁同步電機(jī)是把交流同步電機(jī)轉(zhuǎn)子上的電勵磁用永磁體來代替產(chǎn)生磁場。參考前面對三相異步電機(jī)定子繞組磁動勢產(chǎn)生機(jī)理的分析可知，當(dāng)在永磁同步電機(jī)空間上互差120°電角度的三相定子繞組中通人時間上互差120°的三相電流時，定子繞組將會產(chǎn)生一個恒幅的旋轉(zhuǎn)磁場，此旋轉(zhuǎn)磁場會與同極數(shù)的轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場之間形成磁拉力,從而牽引轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)。2.2.5永磁同步電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)型號額定功率額定電壓額定電流額定功率功率因數(shù)連接方式絕緣等級額定溫升定額（工作制）2.2.6永磁同步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)1)用永磁體取代繞線式同步電機(jī)轉(zhuǎn)子中的勵磁繞組，從而省去了勵磁線圈、集電環(huán)和電刷，以電子換相實(shí)現(xiàn)無刷運(yùn)行，結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠。2)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率間始終保持準(zhǔn)確的同步關(guān)系，控制電源頻率就能控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。3)永磁同步電機(jī)具有較硬的機(jī)械特性，對于因負(fù)載變化而引起的電機(jī)轉(zhuǎn)矩的擾動具有較強(qiáng)的承受能力，瞬間最大轉(zhuǎn)矩可以達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的3倍以上，適合在負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化較大的工況下運(yùn)行。4)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永久磁鐵，無須勵磁，因此電機(jī)可以在很低的轉(zhuǎn)速下保持同步運(yùn)行，調(diào)速范圍大。5)永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)相比，不需要無功勵磁電流，因而功率因數(shù)高，定子電流和定子銅耗小，效率高。6)體積小和質(zhì)量小。近年來，隨著高性能永磁材料的不斷應(yīng)用，永磁同步電機(jī)的功率密度得到很大提高，和同容量的異步電機(jī)相比，體積和質(zhì)量都有較大的減少，從而適合應(yīng)用在許多特殊場合。7)結(jié)構(gòu)多樣化，應(yīng)用范圍廣。2.2.7永磁同步電機(jī)的缺點(diǎn)1)永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子為永磁體，無法調(diào)節(jié)，必須通過加定子直軸去磁電流分量來削弱磁場，這會增大定子的電流，增加電機(jī)的銅耗。2)永磁同步電機(jī)的磁鋼價格較高。由此可見，永磁同步電機(jī)體積和質(zhì)量小、轉(zhuǎn)動慣量小、功率密度高(可達(dá)1kW/kg),適合電動汽車空間有限的特點(diǎn);另外，轉(zhuǎn)矩慣量比大、過載能力強(qiáng)，尤其低轉(zhuǎn)速時輸出轉(zhuǎn)矩大，適合電動汽車的起動加速。因此，永磁同步電機(jī)得到國內(nèi)外電動汽車界的廣泛重視，并已在日本得到了普遍應(yīng)用，日本新研制的電動汽車大多采用永磁同步電機(jī)驅(qū)動。任務(wù)實(shí)施結(jié)合所學(xué)內(nèi)容，補(bǔ)全圖2-2-1中空白。結(jié)合所學(xué)內(nèi)容，補(bǔ)全圖2-2-2中空白。3.寫出永磁同步電機(jī)的七個優(yōu)點(diǎn)。任務(wù)評價根據(jù)表2-2-1對本任務(wù)實(shí)施過程進(jìn)行評價。任務(wù)3認(rèn)知開關(guān)磁阻電機(jī)教學(xué)內(nèi)容任務(wù)3認(rèn)知開關(guān)磁阻電機(jī)學(xué)習(xí)目標(biāo)【知識目標(biāo)】1)能描述開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)。2)能描述開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理。3)能描述開關(guān)磁阻電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)4)能描述開關(guān)磁阻電機(jī)的特點(diǎn)。【技能目標(biāo)】1)能夠結(jié)合實(shí)物描述開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)。2)能夠結(jié)合實(shí)物描述開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理【素養(yǎng)目標(biāo)】1)能夠在工作過程中與小組其他成員合作、交流，養(yǎng)成團(tuán)隊(duì)合作意識，鍛煉溝通能力。2)養(yǎng)成7S的工作習(xí)慣。3)養(yǎng)成服從管理，規(guī)范作業(yè)的良好工作習(xí)慣。教學(xué)過程課程導(dǎo)入【任務(wù)描述】某客戶新買了一輛新能源汽車，配備開關(guān)磁阻電機(jī)，該客戶缺乏對該車輛的了解。作為專業(yè)人員，你需要從開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)、開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理和開關(guān)磁阻電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)等方面對客戶進(jìn)行講解?！救蝿?wù)分析】作為專業(yè)人員，你應(yīng)該掌握開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)、開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理和開關(guān)磁阻電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)等方面的知識，能夠結(jié)合實(shí)物描述開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)，能夠結(jié)合實(shí)物描述開關(guān)磁阻電機(jī)的工作原理。相關(guān)知識2.3.1開關(guān)磁阻電機(jī)概述開關(guān)磁阻電機(jī)是20世紀(jì)80年代初隨著電力電子、微電腦和控制技術(shù)的迅猛發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型調(diào)速電機(jī)。其結(jié)構(gòu)簡單堅(jiān)固，調(diào)速范圍大，調(diào)速性能優(yōu)異，且在整個調(diào)速范圍內(nèi)都具有較高效率，系統(tǒng)可靠性高。目前，開關(guān)磁組電機(jī)已廣泛應(yīng)用在儀器儀表、家電、電動汽車等領(lǐng)域。2.3.2開關(guān)磁阻電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電機(jī)構(gòu)造簡單，采用雙凸極結(jié)構(gòu)，其定、轉(zhuǎn)子均由硅鋼片沖壓而成，定子上繞有集中繞組，徑向相對的兩個繞組串聯(lián)構(gòu)成一相;而轉(zhuǎn)子上既無繞組也無永磁體，這樣既減輕了質(zhì)量，降低了制造成本，又能使電機(jī)更好地適應(yīng)超高速的運(yùn)轉(zhuǎn)工況。2.3.3開關(guān)磁阻電機(jī)的基本原理開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)理與直流電機(jī)、永磁同步電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)等傳統(tǒng)電機(jī)有很大的不同。傳統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩由通電導(dǎo)體在N、S極磁場中受力而產(chǎn)生，其本質(zhì)為洛倫茲力，由電流和磁場的相量積得到。而開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是由轉(zhuǎn)子在不同位置處儲存的磁場能的變化產(chǎn)生的，其本質(zhì)是磁阻力，遵循的是磁阻最小原理，即磁鏈總是沿著使磁阻達(dá)到最小的路徑閉合。要使電機(jī)正常工作，首先要有變頻電源產(chǎn)生一系列的脈沖電流，依次供給定子各相繞組;其次，各相繞組的導(dǎo)通和關(guān)斷時間必須與轉(zhuǎn)子位置同步。為此，電機(jī)的軸上應(yīng)裝有位置傳感器，并通過控制系統(tǒng)來執(zhí)行定子各相繞組的準(zhǔn)確換相，以確保形成單向和平穩(wěn)的電磁轉(zhuǎn)矩。因此，確切地講，開關(guān)磁阻電機(jī)是由磁阻電機(jī)、轉(zhuǎn)子位置傳感器、變頻電源和控制系統(tǒng)四部分組成的一個電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。2.3.4開關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)1)結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)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。因此，具有制造工序少、成本低、工作可靠、維修量小等優(yōu)點(diǎn)。2)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式對轉(zhuǎn)速的限制小，可用于高轉(zhuǎn)速場合，而且轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量小，在電流每次換相時可以隨時改變相匝轉(zhuǎn)矩的大小和方向，因而系統(tǒng)有良好的動態(tài)響應(yīng)。3)損耗主要產(chǎn)生在定子上，電機(jī)易于冷卻;轉(zhuǎn)子無永磁體，可允許有較高的溫升。4)轉(zhuǎn)矩與電流極性無關(guān)，只需要單向的電流激勵，在理想條件下功率變換電路中每相可以只用一個開關(guān)元件，且與電機(jī)繞組串聯(lián)，不會像PWM逆變器電源那樣存在兩個開關(guān)元件直通的危險(xiǎn)。因此，開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的線路簡單，可靠性高，成本也低于PWM交流調(diào)速系統(tǒng)。5)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)可以通過對電流的導(dǎo)通、斷開和對幅值的控制得到滿足不同負(fù)載要求的機(jī)械特性，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟起動和四象限運(yùn)行等功能，控制靈活。另外，電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)屬于自同步系統(tǒng)運(yùn)行，不會像變頻供電的感應(yīng)電機(jī)那樣在低頻時出現(xiàn)不穩(wěn)定和振蕩問題。6)由于開關(guān)磁阻電機(jī)采用了獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法及相應(yīng)的控制技巧，其單位出力可以與感應(yīng)電機(jī)相媲美，甚至還略占優(yōu)勢。電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的效率和功率密度在較大的速度和負(fù)載范圍內(nèi)都可以維持在較高水平。7)適用于頻繁起動、停止和正反轉(zhuǎn)運(yùn)行。2.3.5開關(guān)磁阻電機(jī)的缺點(diǎn)1)運(yùn)行時有轉(zhuǎn)矩脈動。由開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行原理可知，其磁場是跳躍性旋轉(zhuǎn)的，故其電磁轉(zhuǎn)矩是由一系列脈沖轉(zhuǎn)矩疊加而成的，由于雙凸極結(jié)構(gòu)和磁路飽和非線性的影響，其合成轉(zhuǎn)矩不是一個恒定轉(zhuǎn)矩，而有一定的諧波分量，因而影響了其低速運(yùn)行性能。2)傳動系統(tǒng)的噪聲與震動比一般電機(jī)大。3)引出線較多。由于開關(guān)磁阻電機(jī)上裝有位置傳感器和電流傳感器，其引線要比一般的電機(jī)復(fù)雜一些。4)脈沖電流對供電電源有影響。2.3.6開關(guān)磁阻電機(jī)的功率變換器理想的功率變換器主電路結(jié)構(gòu)應(yīng)同時具備以下條件1)少而有效的主開關(guān)器件。2)可以將全部電源電壓加給電機(jī)繞組。3)可以通過主開關(guān)器件調(diào)制有效控制每相電流。4)可以迅速增加相繞組電流。5)在負(fù)半軸繞組磁鏈減少的同時，能將能量回饋給電源。任務(wù)實(shí)施結(jié)合所學(xué)內(nèi)容，補(bǔ)全圖2-3-1中空白。結(jié)合所學(xué)內(nèi)容，補(bǔ)全圖2-3-2中空白。3.寫出五種開關(guān)磁阻電機(jī)的功率變換器并分析特點(diǎn)。任務(wù)評價根據(jù)表2-3-1對本任務(wù)實(shí)施過程進(jìn)行評價。任務(wù)4認(rèn)知電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器教學(xué)內(nèi)容任務(wù)4認(rèn)知電機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器學(xué)習(xí)目標(biāo)【知識目標(biāo)】1)能描述永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)。2)能描述永磁同步電機(jī)的工作原理。3)能描述永磁同步電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)。4)能描述永磁同步電機(jī)的特點(diǎn)?！炯寄苣繕?biāo)】1)能描述旋轉(zhuǎn)變壓器。2)能描述霍爾轉(zhuǎn)速傳感器。3)能描述電磁式轉(zhuǎn)速傳感器?！舅仞B(yǎng)目標(biāo)】1）能夠在工作過程中與小組其他成員合作、交流，養(yǎng)成團(tuán)隊(duì)合作意識，鍛煉溝通能力。2）養(yǎng)成7S的工作習(xí)慣。3）養(yǎng)成服從管理，規(guī)范作業(yè)的良好工作習(xí)慣。教學(xué)過程課程導(dǎo)入【任務(wù)描述】某客戶新買了一輛新能源轎車，但該客戶缺乏對該車輛的了解。作為專業(yè)人員，你需要從旋轉(zhuǎn)變壓器、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器和電磁式轉(zhuǎn)速傳感器等方面對客戶進(jìn)行講解?！救蝿?wù)分析】作為專業(yè)人員，你應(yīng)該掌握旋轉(zhuǎn)變壓器、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器和電磁式轉(zhuǎn)速傳感器等方面的知識，能夠結(jié)合實(shí)物描述旋轉(zhuǎn)變壓器和霍爾轉(zhuǎn)速傳感器相關(guān)知識2.4.1旋轉(zhuǎn)變壓器1.旋轉(zhuǎn)變壓器概述旋轉(zhuǎn)變壓器是一種電磁式傳感器，又稱同步分解器。它是一種測量角度用的小型交流電機(jī)，用來測量旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)軸角位移和角速度，由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子繞組作為變壓器的原邊，接受勵磁電壓，勵磁頻率通常用400Hz、3000Hz及5000Hz等。轉(zhuǎn)子繞組作為變壓器的副邊，通過電磁耦合得到感應(yīng)電壓。2.旋轉(zhuǎn)變壓器的分類1)按旋轉(zhuǎn)變壓器的結(jié)構(gòu)，一般有兩極繞組和四極繞組兩種結(jié)構(gòu)形式。兩極繞組旋轉(zhuǎn)變壓器的定子和轉(zhuǎn)子各有一對磁極，四極繞組則各有兩對磁極，主要用于高精度的檢測系統(tǒng)。除此之外，還有多極式旋轉(zhuǎn)變壓器，用于高精度絕對式檢測系統(tǒng)。2)按輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角間的函數(shù)關(guān)系，主要分三大類旋轉(zhuǎn)變壓器:①正-余弦旋轉(zhuǎn)變壓器，其輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的函數(shù)關(guān)系呈正弦或余弦函數(shù)關(guān)系;②線性旋轉(zhuǎn)變壓器，其輸出電壓與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角呈線性函數(shù)關(guān)系(線性旋轉(zhuǎn)變壓器按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)又分成隱極式和凸極式兩種);③比例式旋轉(zhuǎn)變壓器，其輸出電壓與轉(zhuǎn)角呈比例關(guān)系。3.旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理如圖所示，旋轉(zhuǎn)變壓器包含三個繞組，即-一個轉(zhuǎn)子繞組和兩個定子繞組。轉(zhuǎn)子繞組隨馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，定子繞組位置固定且兩個定子互為90°角。這樣，繞組形成了一個具有角度依賴系數(shù)的變壓器。將施加在轉(zhuǎn)子繞組.上的正弦載波耦合至定子繞組，對定子繞組輸出進(jìn)行與轉(zhuǎn)子繞組角度相關(guān)的幅度調(diào)制。由于安裝位置的原因，兩個定子繞組調(diào)制輸出信號的相位差為90°。通過解調(diào)兩個信號可以獲得馬達(dá)的角度位置信息，具體方法為:首先要接收純正弦波及余弦波,然后將其相除得到該角度的正切值，最終通過反正切函數(shù)求出角度值。由于旋轉(zhuǎn)變壓器在結(jié)構(gòu)上保證了其定子和轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)一周)之間空氣間隙內(nèi)磁通分布符合正弦規(guī)律，當(dāng)激磁電壓加到定子繞組時，通過電磁耦合，轉(zhuǎn)子繞組便產(chǎn)生感應(yīng)電勢。在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到使用的方便性和檢測精度等因素，常采用四極繞組式旋轉(zhuǎn)變壓器。這種結(jié)構(gòu)形式的旋轉(zhuǎn)變壓器可分為鑒相式和鑒幅式兩種工作方式。鑒相式工作方式是一種根據(jù)旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢的相位來確定被測位移大小的檢測方式。如圖所示，定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組均由兩個匝數(shù)相等且互相垂直的繞組組成。4.旋轉(zhuǎn)變壓器與光電編碼器比較的優(yōu)缺點(diǎn)旋轉(zhuǎn)變壓器和光電編碼器是目前伺服領(lǐng)域應(yīng)用最廣的測量元件，其用途類似光電編碼器，其原理和特性上的區(qū)別決定了其應(yīng)用場合和使用方法的不同。光電編碼器直接輸出數(shù)字信號，處理電路簡單，噪聲容限大，容易提高分辨率，缺點(diǎn)是不耐沖擊，不耐高溫，易受輻射干擾，因此不宜用在軍事和太空領(lǐng)域。旋轉(zhuǎn)變壓器具有耐沖擊、耐高溫、耐油污、可靠性高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是輸出為調(diào)制的模擬信號，輸出信號解算較復(fù)雜。由于振動沖擊等的影響，電動汽車上驅(qū)動電機(jī)一般采用旋轉(zhuǎn)變壓器測量永磁電機(jī)磁場位置和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。2.4.2霍爾轉(zhuǎn)速傳感器1.霍爾效應(yīng)霍爾效應(yīng)是電磁效應(yīng)的一種，這--現(xiàn)象是美國物理學(xué)家霍爾于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)制時發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時，垂直于電流和磁場的方向會產(chǎn)生一附加電場，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電勢差，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，這個電勢差也被稱為霍爾電勢差，如圖所示?；魻栃?yīng)應(yīng)使用左手定則判斷。2.齒輪式霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)齒輪式霍爾轉(zhuǎn)速傳感器也由傳感頭和齒圈組成。傳感頭由永磁體、霍爾元件和電子電路等組成，永磁體的磁力線穿過霍爾元件通向齒輪。3.齒輪式霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理當(dāng)齒輪位于圖(a)中所示位