1、項(xiàng)目三 混合動力汽車的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng),活動一 混合動力汽車的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng) 電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)是新能源汽車車輛行駛中的主要執(zhí)行結(jié)構(gòu) 混合動力汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)一般由電機(jī)、控制器、功率轉(zhuǎn)換器及傳感器、電源等構(gòu)成。,一、混合動力汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的組合形式 驅(qū)動電機(jī)及其控制系統(tǒng)是新能源汽車的核心部件（電池、電機(jī)、電控）之一，其驅(qū)動特性決定了汽車行駛的主要性能指標(biāo) 混合動力汽車電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的組合形式:機(jī)械驅(qū)動式、機(jī)電集成化驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)電一體化驅(qū)動系統(tǒng)、輪轂點(diǎn)擊驅(qū)動。,二、混合動力汽車的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的要求 、轉(zhuǎn)矩、功率密度大 無論是純電動汽車還是混合動力汽車，動力總成結(jié)構(gòu)都非常緊湊，留給電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的空間非常小

2、，在減小電機(jī)體積的同時，還要求電機(jī)具有足夠的轉(zhuǎn)矩和功率。 、電機(jī)工作速域?qū)?在電機(jī)和輸出到輪轂的軸之間設(shè)有主減速齒輪，要達(dá)到車輛的最高轉(zhuǎn)速，驅(qū)動電機(jī)的理想機(jī)械特性是： 基速以下輸出大轉(zhuǎn)矩，以適應(yīng)車輛的啟動、加速、負(fù)荷爬坡、頻繁起停等復(fù)雜工況； 基速以上為恒功率運(yùn)行，以適應(yīng)最高車速、超車等要求。 、系統(tǒng)效率高 電動車供電電源能量有限，提高電驅(qū)動系統(tǒng)的效率是提高汽車?yán)m(xù)航里程和經(jīng)濟(jì)型的重要手段。,、系統(tǒng)適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng) 電機(jī)及其驅(qū)動器要防水、防塵、防震，具有很強(qiáng)的適應(yīng)環(huán)境能力。電機(jī)結(jié)構(gòu)要堅固、體積盡可能小、重量盡可能輕、具有良好的環(huán)境適應(yīng)性和高可靠性。 、電磁兼容性好 電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)在汽車上是比較大的干

3、擾源，在電機(jī)和驅(qū)動器設(shè)計及整車布置上要充分考慮電磁兼容和屏蔽，盡量避免和減小驅(qū)動系統(tǒng)對其他電器的影響。另外也要避免和減小點(diǎn)火系統(tǒng)等干擾源對電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的影響。 、性價比高 電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)作為整車的一個元件，在保證性能的前提下，造價不能太高，尤其是當(dāng)前世界汽車行業(yè)競爭激烈的環(huán)境下，提高驅(qū)動電機(jī)的性價比才能為電動車的產(chǎn)品化鋪平道路。,三、電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的電機(jī)及其控制器 電機(jī)是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)電磁機(jī)械，用于實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。 電動機(jī)一般按要求具有電動和發(fā)電兩項(xiàng)功能，按類型可選用直流電動機(jī)、感應(yīng)電動機(jī)、永磁同步電動機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)四大類,三、電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的電機(jī)及其控制器 電機(jī)的控制系統(tǒng)主

4、要起到調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，使其滿足整車不同運(yùn)行要求的目的。 功率轉(zhuǎn)換器按所選電機(jī)類型，有DC/DC、DC/AC、PWM功率轉(zhuǎn)換器。其作用按電動機(jī)驅(qū)動電流要求，將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電壓等級的直流、交流或脈沖電源,DC/DC是直流斬波電路 將直流電變?yōu)榱硪还潭妷旱闹绷麟娀蚩烧{(diào)電壓的直流電。 其輸出的功率或電壓的能力與占空比（由開關(guān)導(dǎo)通時間與整個開關(guān)的周期的比值）有關(guān)。 開關(guān)電源可以用于升壓和降壓。,DC/AC的轉(zhuǎn)換器（逆變器） 將電池組的直流電源轉(zhuǎn)化成輸出電壓和頻率穩(wěn)定的交流電源。,PWM（脈沖寬度調(diào)節(jié)） 通過調(diào)節(jié)脈沖寬度實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié) 指利用電容、電感的儲能的特性，通過可控開關(guān)進(jìn)行高頻開關(guān)

5、的動作，將輸入的電能儲存在電容（感）里，當(dāng)開關(guān)斷開時，電能再釋放給負(fù)載，提供能量。,四、驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 1、電機(jī)永磁化 永磁電機(jī)效率高、比功率大、功率因數(shù)高、可靠性高、便于維護(hù) 2、逆變器數(shù)字化 電動汽車中，蓄電池直流電通過逆變器轉(zhuǎn)換成交流電給電動機(jī)，其核心原件為TGBT和電容占電機(jī)驅(qū)動控制器成本的50%以上 3、系統(tǒng)集成化 在電動汽車中，系統(tǒng)集成化是降低成本的需要。電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的集成化包括兩個方面： （1）機(jī)電集成：電動機(jī)與發(fā)動機(jī)集成、電動機(jī)與變速器 （2）控制元件集成：電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)所有控制元件集成,活動二 直流電機(jī)及其控制系統(tǒng) 直流電機(jī)是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（直流電動機(jī)

6、）或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能（直流發(fā)電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。 它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。 作電動機(jī)運(yùn)行時是直流電動機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能； 作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。,一、直流電動機(jī)結(jié)構(gòu) 主要由電樞、磁極、電刷及電刷架、殼體及前后端蓋等組成 現(xiàn)代汽車起動機(jī)一般使用直流串勵式電動機(jī)， 這種直流電動機(jī)其勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。,（一）定子（靜止部分):產(chǎn)生主磁場和電動機(jī)的機(jī)械支撐 1、磁極 由磁極鐵心和磁場繞組兩部分組成 磁極是用來產(chǎn)生電動機(jī)的磁場,磁極鐵心上套有磁場繞組，4個（6個）繞組按一定方向連接，繞組通電后產(chǎn)生磁場，將磁極磁化，各磁極的內(nèi)側(cè)形成N、S極相間排列

7、的形式，在磁極、外殼和電樞鐵心之間形成磁路,磁場繞組的連接方式有兩種方式： 一種是四個繞組依次串聯(lián)后再與電樞繞組串聯(lián)； 另一種是磁場繞組兩兩串聯(lián)后再并聯(lián)，然后與電樞繞組串聯(lián)，這一種電動機(jī)內(nèi)阻小，可以獲得更大的電樞電流。,2、換向磁極： 由磁極鐵心和繞組兩部分組成 產(chǎn)生附加磁場，在電動機(jī)換向時，減小電刷與換向器之間的火花，避免燒壞換向器。,3、電刷和電刷架 與換向器保持滑動接觸，是將電流引入電樞使之產(chǎn)生定向轉(zhuǎn)矩 電刷一般是四個，相對安裝是同極，分別為絕緣電刷和搭鐵電刷。,4、前后端蓋與軸承 前端蓋用鋼板壓制，內(nèi)裝電刷架。 后端蓋用灰鑄鐵或用鋁合金鑄造，內(nèi)裝電機(jī)傳動機(jī)構(gòu)，設(shè)撥叉座及驅(qū)動齒輪行程調(diào)整

8、螺釘。 5、機(jī)殼 機(jī)殼為基礎(chǔ)件，并起導(dǎo)磁作用，用鋼管制成，其一端開有窗口，作為觀察電刷與換向器之用，殼上只有一個與外殼絕緣的電源接線柱，并在機(jī)殼內(nèi)部與磁場繞組的一端相接。,（二）電樞（轉(zhuǎn)動部分）： 電樞又稱轉(zhuǎn)子，它用來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 由鐵心、電樞繞組、電樞軸及換向器組成,1、電樞鐵心 電樞鐵心由多片互相絕緣的硅鋼片疊成，借內(nèi)圓面的花鍵槽壓裝在電樞軸上，其外圓表面有槽，用來安裝電樞繞組。 2、電樞繞組 勵磁繞組通電后，在磁場的作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 3、換向器 壓裝在電樞軸上，作用是把電刷的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)殡姌欣@組中的導(dǎo)體所需要的交變電流。,二、直流電動機(jī)的工作原理

9、（一）直流電動機(jī)的作用與基本原理 直流電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，其作用是產(chǎn)生發(fā)動機(jī)起動時所需要的電磁轉(zhuǎn)矩。 直流電動機(jī)是利用載流導(dǎo)體在磁場中受力運(yùn)動的原理制造的。,U,+,N,S,電刷,換向片,直流電源,電刷,電流方向：上半邊向里，下半邊向外。,a,b,c,d,電流方向?yàn)椋盒铍姵卣龢O正電刷換向片A線圈abcd換向片B負(fù)電刷蓄電池負(fù)極。電流方向?yàn)閍d，由左手定則可以確定，線圈受到逆時針方向的轉(zhuǎn)矩作用, 電樞繞組及換向片在電磁力矩的作用下逆時針轉(zhuǎn)動。,電流方向?yàn)椋盒铍姵卣龢O正電刷換向片B線圈dcba換向片A負(fù)電刷蓄電池負(fù)極。線圈中的電流方向?yàn)閐a，由左手定則可以確定，線圈仍然受到逆時針方向

10、的轉(zhuǎn)矩作用, 電樞繞組及換向片在電磁力矩的作用下繼續(xù)逆時針轉(zhuǎn)動。,注意：換向片和電源固定聯(lián)接，線圈無論怎樣轉(zhuǎn)動，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。電刷壓在換向片上。,U,+,N,S,a,d,c,b,直流電動機(jī)的工作原理,1、直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩 當(dāng)直流電動機(jī)接上直流電源時，由于載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力的作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使電樞旋轉(zhuǎn)。 電動機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩M取決于磁通、電樞電流Ia的乘積，即 T= CmIa 其中Cm為電機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)，它與電動機(jī)的磁極對數(shù)以及繞組的個數(shù)有關(guān)。,電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩平衡方程式： T=TL+T0 T0（空載損耗轉(zhuǎn)矩）:電動機(jī)運(yùn)行時，由于 電動機(jī)本省機(jī)械摩擦等原因產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)

11、矩。 TL（負(fù)載轉(zhuǎn)矩）：（電動機(jī)拖動生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩） 只有當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩T與空載轉(zhuǎn)矩T0和負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL平衡時電動機(jī)才會穩(wěn)定平滑的運(yùn)行。,2、反電動勢 原理：當(dāng)直流電動機(jī)的電樞繞組通電后，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電樞旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)的電樞繞組切割磁力線后產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由右手定則可判斷出其電動勢的方向和線圈電流方向相反，即與外加電壓的方向相反，故稱為反電動勢， 其大小為： E反=Cen 其中，Ce電機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)；磁極磁通；n電樞轉(zhuǎn)速。,電動機(jī)的電壓平衡方程式： U=E+IaRa U:電樞繞組的端電壓 IaRa：電樞繞組上損失的電壓降 反電動勢E與電樞電流Ia方向是相反的,在電路中起著限制電樞電流的作用,四、直流

12、電動機(jī)的分類 直流電動機(jī)按勵磁方式可分為永磁式和電磁式兩大類。 永磁式直流電動機(jī)磁極磁通工作時保持不變，其轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加而近似地按線性規(guī)律下降，但下降很小。 電磁式直流電動機(jī)按勵磁繞組與電樞繞組的連接關(guān)系又可分并勵式、串勵式和復(fù)勵式三種,1、他勵、并勵式直流電動機(jī) 勵磁繞組與電樞繞組聯(lián)在同一電源上，若外電壓不變、勵磁電阻不變，則每極磁通也基本不變，其機(jī)械特性和永磁式基本相同，即它們具有較“硬”的機(jī)械特性 它們的適應(yīng)性能較差，一般用于減速型起動機(jī)。,2、串勵式直流電動機(jī) 勵磁繞組與電樞繞組相串聯(lián)，電樞電流等于勵磁繞組電流，并與總電流相等。 串勵式電動機(jī)具有起動轉(zhuǎn)矩大，輕載轉(zhuǎn)速高，重載轉(zhuǎn)速低，短

13、時間內(nèi)能輸出最大功率等特點(diǎn)，它具有較“軟”的機(jī)械特性 因此特別適合應(yīng)用于直接驅(qū)動式起動機(jī)。,3、復(fù)勵式電動機(jī) 磁極上有兩組勵磁繞組，一組同電樞串聯(lián)，另一組則同電樞并聯(lián)。 復(fù)勵式電動機(jī)在空載運(yùn)行的情況下與并勵電動機(jī)相似，加了負(fù)載后，串勵繞組的磁場將隨負(fù)載的增加而加強(qiáng)，運(yùn)行情況接近串勵式電動機(jī)。 因此它的機(jī)械特性比并勵式軟，較串勵式硬。復(fù)勵式直流電動機(jī)被一些大功率起動機(jī)所采用。,直流電動機(jī)的調(diào)速 調(diào)速：使電動機(jī)在同樣的負(fù)載下得到不同的轉(zhuǎn)速 調(diào)速的目的：改變電機(jī)的工作速度，適應(yīng)不同工況下汽車行駛要求。 可見，要改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，有三種方法：（1）調(diào)節(jié)電樞端電壓U；降壓方向，從上向下調(diào)（2）調(diào)節(jié)勵磁磁

14、通；弱磁調(diào)速，從下向上調(diào)（3）調(diào)節(jié)電樞外串電阻；從上向下調(diào),直流電動機(jī)的制動 電機(jī)有兩種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)： 電動:運(yùn)轉(zhuǎn)T與n同向。 制動:運(yùn)轉(zhuǎn)T與n反向。制動的目的使電機(jī)停車或限速。 T= CmIa,、能耗制動： 制動瞬間,斷開電源，勵磁不變，因慣性轉(zhuǎn)速不變，n不變，但電樞電流改變了方向，使T反向，電機(jī)處于制動狀態(tài)。 T=CeIa,2、反接制動： 轉(zhuǎn)速反向的反接制動：正接反轉(zhuǎn)。電機(jī)的轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)被負(fù)載拖動反向起動，使電機(jī)的轉(zhuǎn)速逆電磁轉(zhuǎn)矩的方向旋轉(zhuǎn)，n 與T反向，電機(jī)處于制動狀態(tài)。 電樞反接的反接制動：正轉(zhuǎn)反接。電機(jī)在電動狀態(tài)下運(yùn)行，突將電樞反接，即U為負(fù)，電樞電流改變方向，使T改變方向，電機(jī)

15、處于制動狀態(tài)。,3、回饋制動：再生制動 1)負(fù)載拖動電動機(jī)，電機(jī)運(yùn)行在反向電動狀態(tài)， 某原因使電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到某一數(shù)值時，EnU，使電樞電流反向，即T 反向，電機(jī)進(jìn)入發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，而起制動作用。電機(jī)將軸上輸入的機(jī)械功率大部分回饋給電源，小部分消耗在電阻上 En=CeN U=En+IaRa 2)改變電樞電壓：電機(jī)在正向電動狀態(tài)運(yùn)行，突降電樞電壓,En來不及變化，出現(xiàn)回饋制動,活動三 感應(yīng)電機(jī)及其控制系統(tǒng) 一、三相交流異步電動機(jī)結(jié)構(gòu) 三相交流異步電動機(jī)按結(jié)構(gòu)分為兩種： 鼠籠式三相異步電動機(jī)和繞線式三相異步電動機(jī)。 異步電動機(jī)由兩個基本部分組成：定子(固定部分)和轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)部分)。,1、定子：定子是

16、三相異步電動機(jī)的靜止部分，其作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場和機(jī)械支撐。 2、轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子是三相異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，其作用是旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。,1、對稱三相定子繞組 鼠籠式和繞線式三相異步電動機(jī)的定子結(jié)構(gòu)完全相同，均由定子鐵芯和對稱三相定子繞組組成 三相繞組匝數(shù)相同、繞組分布相同，三相繞組首和首、尾和尾均相差120，每相繞組首、尾相差180,2、三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，鼠籠式三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯和鼠籠組成，而繞線式三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯和對稱三相轉(zhuǎn)子繞組組成。 繞線型轉(zhuǎn)子經(jīng)繞組為三相繞組，而且三相繞組為星型(Y)接法，有三個端頭與三個轉(zhuǎn)動滑環(huán)相連接，三個轉(zhuǎn)動滑環(huán)通過電刷與外設(shè)三

17、相啟動設(shè)備相連接,3、三相異步電動機(jī)的工作原理 旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 把三相定子繞組接成星形接到對稱三相電源，定子繞組中便有對稱三相電流流過。,三相異步電動機(jī)的定子繞組是一個空間位置對稱的三相繞組，如果在定子繞組中通入三相對稱的交流電流，就會在電動機(jī)內(nèi)部建立起一個恒速旋轉(zhuǎn)的磁場，稱為旋轉(zhuǎn)磁場，它是異步電動機(jī)工作的基本條件。,定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速被稱為同步速，又稱為電動機(jī)同步速，用n0表示。 定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與電源電壓頻率f1成正比與磁極對數(shù)P成反比。,三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理 靜止的轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間有相對運(yùn)動，轉(zhuǎn)子切割磁感應(yīng)線，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并在形成閉合回路的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流。

18、轉(zhuǎn)子電流在旋轉(zhuǎn)磁場中受到磁場力F的作用，F(xiàn)的方向用左手定則判定。電磁力在轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)磁場的方向一致。,電動機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，其轉(zhuǎn)速n總是稍低于同步轉(zhuǎn)速no，因而稱為異步電動機(jī)。又因?yàn)楫a(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的電流是電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的，所以也稱為感應(yīng)電動機(jī) 轉(zhuǎn)差率 三相異步電動機(jī)同步速no與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差(n=no-n)稱為轉(zhuǎn)差； 轉(zhuǎn)差與同步速百分比稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，電動機(jī)額定狀態(tài)下SN(26)。 S =(no-n)/ no 100% n =（1-s）no =（1-s）60fl/p 由以上分析可知轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與同步轉(zhuǎn)速no相差很小，電動機(jī)工作在電動狀態(tài)nno ,電動機(jī)工作在發(fā)電制動

19、狀態(tài)nno。,二、三相電動機(jī)的調(diào)速 根據(jù)各種生產(chǎn)機(jī)械需要，需要對電動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，這就是調(diào)速。 三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式: n=（1-s）no；n=（1-s）60 f1/p 可知三相異步電動機(jī)可以通過改變電壓頻率(fl）調(diào)速、改變轉(zhuǎn)差率（s)調(diào)速、改變磁極（p）調(diào)速等三種方法。,1、變頻調(diào)速 通過功率轉(zhuǎn)換器把電池存儲的直流電變換成為頻率和電壓均可調(diào)節(jié)的三相交流電源，然后供給三相異步電動機(jī)，從而使電動機(jī)的速度得到調(diào)節(jié)。 變頻調(diào)速屬于無級調(diào)速，具有機(jī)械特性曲線較硬的特點(diǎn)。調(diào)速范圍廣，調(diào)速性能好。,2、改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 調(diào)壓調(diào)速 改變定子繞組加的電壓，隨著電壓的下降，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速連續(xù)下降，可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速

20、。 缺點(diǎn)：調(diào)速范圍小，難滿足機(jī)械調(diào)速要求，較少采用,繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組串電阻調(diào)速 通過改變轉(zhuǎn)子繞組中串接調(diào)速電阻的大小來調(diào)整轉(zhuǎn)差率實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速的，又稱為變阻調(diào)速。 優(yōu)點(diǎn):工作可靠，調(diào)速簡單 缺點(diǎn)：調(diào)速范圍窄，調(diào)速平滑性差，調(diào)速能耗大,3、變極調(diào)速 變極調(diào)速就是改變電動機(jī)定子繞組的接法使定子磁極改變，從而改變同步轉(zhuǎn)速no實(shí)現(xiàn) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速改變。變極率調(diào)速是跳躍式調(diào)速，即速度變化非常大；例如電動機(jī)從兩極調(diào)到四極，轉(zhuǎn)速就從2800轉(zhuǎn)分跳躍到1450轉(zhuǎn)分。 適合于多速電動機(jī)調(diào)速,三相異步電動機(jī)的制動 1能耗制動 電動機(jī)定子繞組切斷三相電源后迅速接通直流電源。感應(yīng)電流與直流電產(chǎn)生的固定磁場相互作用，產(chǎn)

21、生的電磁轉(zhuǎn)矩方向與電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反，起到制動作用。 特點(diǎn)：是制動準(zhǔn)確、平穩(wěn)，但需要額外的直流電源。,2反接制動 電動機(jī)停車時將三相電源中的任意兩相對調(diào)，使電動機(jī)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場改變方向，電磁轉(zhuǎn)矩方向也隨之改變，成為制動轉(zhuǎn)矩。 注意：當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近為零時，要及時斷開電源防止電動機(jī)反轉(zhuǎn)。 特點(diǎn)：簡單，制動效果好 反接時旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子間的相對運(yùn)動加快，因而電流較大。對于功率較大的電動機(jī)制動時必須在定子電路（鼠籠式）或轉(zhuǎn)子電路（繞線式）中接入電阻，用以限制電流。,3發(fā)電反饋制動 電動機(jī)轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子的運(yùn)動方向相反，從而限制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，起到了制動作用。 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大

22、于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時，有電能從電動機(jī)的定子返回給電源，實(shí)際上這時電動機(jī)已經(jīng)轉(zhuǎn)入發(fā)電機(jī)運(yùn)行，所以這種制動稱為發(fā)電反饋制動。,三、單相交流電動機(jī) （一）單相異步電動機(jī)分類 單相異步電動機(jī)是單相交流電源供電的電動機(jī) 單相異步電動機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子、軸承、機(jī)殼、端蓋等構(gòu)成。 單相異步電動機(jī)按結(jié)構(gòu)分，分為罩極式和分相式,分相式電動機(jī) 分相式電動機(jī)的定子繞組分為工作繞組和起動繞組兩相繞組。 工作繞組和啟動繞組在定子腔內(nèi)相互成90電角度； 可分為電容分相、電感分相、電阻分相三種類型。 其轉(zhuǎn)子為鼠籠型轉(zhuǎn)子。,U1和V1之間接電容器C則稱為電容分相 若在U1和V1之間接電感器L,則稱為電感分相 若在U1和V1之間接電

23、阻器R,則稱為電阻分相,（二）單相電動機(jī)工作原理 當(dāng)向單相異步電動機(jī)的定子繞組中工作繞組通入單相交流電后，當(dāng)電流在正半周及負(fù)半周不斷交變時，其產(chǎn)生的磁場大小及方向也在不斷變化，但磁場的軸線則沿縱軸方向固定不動，這樣的磁場稱為脈動磁場。 當(dāng)電流為正半波時，磁場方向垂直向下；當(dāng)電流為負(fù)半波時，磁場方向垂直向上；當(dāng)電流為零時，磁場強(qiáng)度為零。,電流正半周產(chǎn)生的磁場,電流負(fù)半周產(chǎn)生的磁場,脈動磁場可分解為兩個幅值相等、轉(zhuǎn)速相反的旋轉(zhuǎn)磁場，從而在氣隙中建立正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)磁場。 這兩個旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，并分別在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流 。,感應(yīng)電流與磁場相互作用產(chǎn)生正、反電磁轉(zhuǎn)矩。正向電磁轉(zhuǎn)矩企圖

24、使轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)；反向電磁轉(zhuǎn)矩企圖使轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。這兩個轉(zhuǎn)矩疊加起來就是推動電動機(jī)轉(zhuǎn)動的合成轉(zhuǎn)矩。,單相異步電動機(jī)定子都有一套工作繞組，它在電動機(jī)的氣隙中，只能產(chǎn)生正，負(fù)交變的脈振磁場，不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止不動時轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的合成感應(yīng)電動勢和電流為0，合成轉(zhuǎn)矩為0，因此轉(zhuǎn)子沒有啟動轉(zhuǎn)矩。故單相異步電動機(jī)如果不采取一定的措施，單相異步電動機(jī)不能自行啟動，如果用一個外力使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一下，則轉(zhuǎn)子能沿該方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動。,用外力使電動機(jī)向某一方向旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流，正反轉(zhuǎn)電磁轉(zhuǎn)矩方向相反，但大小不同，使合成感應(yīng)電動勢和電流不為0，合成轉(zhuǎn)矩不為0。這樣平衡就打破了，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的合成電磁轉(zhuǎn)矩將不再

25、是零，轉(zhuǎn)子將順著推動方向旋轉(zhuǎn)起來。,要使單相電機(jī)能自動旋轉(zhuǎn)起來，在定子中加上一個起動繞組，起動繞組與工作繞組在空間上相差90度，起動繞組要串接一個合適的電容，使得與工作繞組的電流在相位上近似相差90度，即所謂的分相原理。這樣兩個在時間上相差90度的電流通入兩個在空間上相差90度的繞組，將會在空間上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,在這個旋轉(zhuǎn)磁場作用下，轉(zhuǎn)子就能自動起動，起動后，待轉(zhuǎn)速升到一定時，借助于一個安裝在轉(zhuǎn)子上的離心開關(guān)或其他自動控制裝置將起動繞組斷開，正常工作時只有工作繞組工作。 起動繞組可以做成短時工作方式。要改變這種電機(jī)的轉(zhuǎn)向，只要把起動繞組的接線端頭調(diào)換一下即可。,在單相電動機(jī)中，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的另一

26、種方法稱為罩極法，又稱單相罩極式電動機(jī)。此種電動機(jī)定子做成凸極式的，有兩極和四極兩種。每個磁極在1/3-1/4全極面處開有小槽，把磁極分成兩個部分，在小的部分上套裝上一個短路銅環(huán)，好象把這部分磁極罩起來一樣，所以叫罩極式電動機(jī)。,當(dāng)定子繞組通電后，在磁極中產(chǎn)生主磁通，其中穿過短路銅環(huán)的主磁通在銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生一個在相位上滯后90度的感應(yīng)電流，此電流產(chǎn)生的磁通在相位上也滯后于主磁通，它的作用與電容式電動機(jī)的起動繞組相當(dāng)，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場使電動機(jī)轉(zhuǎn)動起來。,（四）單相電動機(jī)啟動 1、電阻啟動單繞組運(yùn)行方式 指單相電動機(jī)的啟動時，工作繞組和串電阻器的啟動繞組并聯(lián)后加單相交流電壓，這兩個繞組和軸線在空間成9

27、0度電角度形成旋轉(zhuǎn)磁場，電動機(jī)在磁場作用下啟動，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，靠特殊的離心開關(guān)自動斷開，使啟動繞組切斷電源，只有工作繞組接通電源，電動機(jī)在脈振磁場作用下穩(wěn)定運(yùn)行。,2、電感啟動單繞組運(yùn)行方式 指單相電動機(jī)的啟動時，工作繞組和串電感器的啟動繞組并聯(lián)后加單相交流電壓，這兩個繞組和軸線在空間成90度電角度形成旋轉(zhuǎn)磁場，電動機(jī)在旋轉(zhuǎn)磁場作用下啟動，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，靠特殊的離心開關(guān)自動斷開，使啟動繞組切斷電源，只有工作繞組接通電源，電動機(jī)在脈振磁場作用下穩(wěn)定運(yùn)行。,3、電容啟動單繞組運(yùn)行方式 指單相電動機(jī)的啟動時，工作繞組和串電容器的啟動繞組，并聯(lián)后加單相交流電壓，這兩個繞組和

28、軸線在空間成90度電角度形成旋轉(zhuǎn)磁場，電動機(jī)在磁場作用下啟動，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，靠特殊的離心開關(guān)自動斷開，使啟動繞組切斷電源，只有工作繞組接通電源，電動機(jī)在脈振磁場作用下穩(wěn)定運(yùn)行。,（五）單相電動機(jī)調(diào)速 單相電動機(jī)調(diào)速有3種常用的方法，即串電抗器調(diào)速、串調(diào)速繞組和變頻調(diào)速，變頻調(diào)速是目前應(yīng)用較多。,1、單相電動機(jī)串電抗器調(diào)速 電抗器L串于單相電動機(jī)兩個繞組公共端，電抗器L有三條引出線，分別接于調(diào)速開關(guān)SK的三個定觸點(diǎn)，調(diào)速開關(guān)SK的還有一個觸點(diǎn)和電源線相連接，通過改變調(diào)速開關(guān)SK旋鈕位置使得電動機(jī)兩個繞組承受電壓發(fā)生改變，從而改變轉(zhuǎn)速，實(shí)質(zhì)是調(diào)壓調(diào)速法。,2、單相電動機(jī)串調(diào)速繞組調(diào)速

29、 將調(diào)速繞組串于單相電動機(jī)的啟動繞組，調(diào)速繞組有3條引出線，分別接于調(diào)速開關(guān)SK的3個定觸點(diǎn)，調(diào)速開關(guān)SK的還有一個觸點(diǎn)和電源線相連接，通過改變調(diào)速開關(guān)SK旋鈕位置使得電動機(jī)啟動繞組承受電壓發(fā)生改變，從而改變轉(zhuǎn)速，實(shí)質(zhì)是調(diào)磁調(diào)速法,3、單相電動機(jī)變頻調(diào)速 單相電動機(jī)變頻調(diào)速實(shí)質(zhì)是改變電動機(jī)定子繞組電壓頻率，就會改變電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的，此調(diào)速方法是最理想的方法。,五、無刷直流電動機(jī) 直流電動機(jī)具有調(diào)速和啟動性能好，啟動轉(zhuǎn)矩大的優(yōu)點(diǎn)，但是電刷和換向器嚴(yán)重影響點(diǎn)擊精度和性能，所產(chǎn)生的火花引起無線電干擾縮短電機(jī)壽命。 無刷直流電機(jī)利用電子開關(guān)線路和位置傳感器代替電刷和換向器 無刷直

30、流電動機(jī)是由電動機(jī)、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子開關(guān)線路三部分組成,五、無刷直流電動機(jī) 直流電源通過開關(guān)線路向電動機(jī)定子繞組供電，電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置由位置傳感器檢測并提供信號去觸發(fā)開關(guān)線路中的功率開關(guān)元件使之導(dǎo)通或截止，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)動。,五、無刷直流電動機(jī) （1）無刷直流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 1、電動機(jī)定子 2、電動機(jī)轉(zhuǎn)子 3、位置傳感器定子 4、位置傳感器轉(zhuǎn)子 5、驅(qū)動電路或電子開關(guān)電路,電動機(jī)的定子 電動機(jī)的定子繞組為對稱多相繞組（星型或封閉式），各相繞組與電子開關(guān)線路中的開關(guān)管（橋式和非橋式）連接。,電動機(jī)的轉(zhuǎn)子 電動機(jī)的轉(zhuǎn)子用永磁材料制作成一定極數(shù)的永磁體。為了檢測電動機(jī)轉(zhuǎn)子的極性，在電動機(jī)內(nèi)裝

31、有位置傳感器。,位置傳感器 電磁式 光電式 霍爾元件,電子開關(guān)電路/驅(qū)動器 驅(qū)動器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成 功能是： 接受電動機(jī)的啟動、停止、制動信號，以控制電動機(jī)； 接受位置傳感器信號和正反轉(zhuǎn)信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩； 接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；,無刷直流電動機(jī)的控制 交流電源經(jīng)整流濾波電路變成直流，通過電子開關(guān)電路供給電機(jī)，同時，霍爾位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子的位子，將信號送到控制器，通過控制器的信號來控制電子開關(guān)電路中功率開關(guān)元件的導(dǎo)通與截止，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。,無刷直流電動機(jī)工作原理,活動四 永磁同步電機(jī)及其控制系統(tǒng) 永磁同步電機(jī)其本身是一個自控式同步電機(jī)，它有定子和轉(zhuǎn)子組成。該種電機(jī)系統(tǒng)有電動機(jī)，逆變器、位置傳感器。,一、永磁同步電動機(jī)的基本組成 1、電動機(jī) 永磁同步電動機(jī)也是由轉(zhuǎn)子及定子兩大部件所構(gòu)成，定子：三相交流繞組；轉(zhuǎn)子：永磁體。 轉(zhuǎn)子有兩種型式的結(jié)構(gòu)，依據(jù)定轉(zhuǎn)子之間的氣隙分布有凸極式和隱極式之分,2、轉(zhuǎn)子位置傳感器 在永磁同步電機(jī)中，