第1章(電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)拖動(dòng))

1、2021-7-5 電機(jī)與拖動(dòng) 1 電機(jī)與拖動(dòng)電機(jī)與拖動(dòng) 本章主要介紹電機(jī)的簡(jiǎn)單分類(lèi)、電力拖動(dòng)系統(tǒng) 的組成、主要內(nèi)容、課程的性質(zhì)與特點(diǎn)，回 顧與總結(jié)本課程必須的基本電磁量、定理、 定律、鐵磁材料的特性。一方面便于讀者對(duì) 課程有一個(gè)簡(jiǎn)單了解，同時(shí)為后續(xù)章節(jié)提供 基礎(chǔ)。 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)2 電機(jī)：是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量 轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)3 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)4 電機(jī)電機(jī) 動(dòng)力類(lèi)動(dòng)力類(lèi) 控制電機(jī)控制電機(jī) 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 異步電機(jī)異步電機(jī) 同步電機(jī)同步電機(jī) 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 自動(dòng)控制系統(tǒng)自

2、動(dòng)控制系統(tǒng) 中的執(zhí)行元件中的執(zhí)行元件 、檢測(cè)元件、檢測(cè)元件 變壓器變壓器 直流電機(jī)直流電機(jī) 交流電機(jī)交流電機(jī) 一種電壓等級(jí)的電能轉(zhuǎn)換一種電壓等級(jí)的電能轉(zhuǎn)換 成另一種電壓等級(jí)的電能成另一種電壓等級(jí)的電能 電能轉(zhuǎn) 換成機(jī) 械能 機(jī)械能 轉(zhuǎn)換成 電能 很少 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)5 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)6 電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)是用電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)機(jī)械運(yùn)行的系統(tǒng)。包括： 電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)機(jī)械、控制設(shè)備和電源五個(gè)部分。 電動(dòng)機(jī) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)生產(chǎn)負(fù)載控制系統(tǒng) 電源 電源提供電動(dòng)機(jī)和控制系 統(tǒng)所需的電能 電動(dòng)機(jī)完成電能向機(jī)械 能的轉(zhuǎn)換 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用于傳遞動(dòng)力，并實(shí)現(xiàn) 運(yùn)轉(zhuǎn)方式和運(yùn)轉(zhuǎn)速度的轉(zhuǎn)換 自動(dòng)控制裝置則控

3、制 電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載按照 設(shè)定的工作方式運(yùn)行 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)7 1. 車(chē)載電源 高壓電源 動(dòng)力電池組提供約155380V高壓直流電。 動(dòng)力電池組是供電機(jī)工作的唯一動(dòng)力電源。 空調(diào)系統(tǒng)的空壓機(jī)，動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油泵和制 動(dòng)系統(tǒng)的真空泵等，也需要?jiǎng)恿﹄姵亟M提供動(dòng) 力電能。 低壓電源 動(dòng)力電池組通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器，供應(yīng)12V或 24V低壓電，并儲(chǔ)存到低壓電池組中，作為儀 表、照明和信號(hào)裝置等工作的電源。 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)8 2.電池管理系統(tǒng) 管理 對(duì)動(dòng)力電池組充電與放電時(shí)的電流、電壓、放 電深度、再生制動(dòng)反饋電流、電池溫度等進(jìn)行 控制。 個(gè)別電池性能變化后，會(huì)影響到整個(gè)動(dòng)力電池

4、組性能，故需用電池管理系統(tǒng)來(lái)對(duì)整個(gè)動(dòng)力電 池組及其每一單體電池進(jìn)行監(jiān)控，保持各個(gè)單 體電池間的一致性。 充電 動(dòng)力電池組必須進(jìn)行周期性的充電。高效率充 電裝置和快速充電裝置，是EV使用時(shí)所必須的 輔助設(shè)備?？刹捎玫孛娉潆娖?、車(chē)載充電器、 接觸式充電器或感應(yīng)充電器等進(jìn)行充電。 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)9 3. 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)是驅(qū)動(dòng)EV行駛的唯一動(dòng)力裝置。 類(lèi)型 直流電動(dòng)機(jī)、交流電動(dòng)機(jī)、永磁電動(dòng)機(jī)和開(kāi)關(guān) 磁阻電動(dòng)機(jī)等。 再生制動(dòng) 再生制動(dòng)是EV節(jié)能的重要措施之一。制動(dòng)時(shí)電 動(dòng)機(jī)可實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，一般可回收10%15%的 能量，有利于延長(zhǎng)EV行駛里程。 在EV制動(dòng)系統(tǒng)中，還保留常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)和

5、ABS 制動(dòng)系統(tǒng)，以保證車(chē)輛在緊急制動(dòng)時(shí)有可靠的 制動(dòng)性能. 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)10 4. 控制系統(tǒng) EV的控制系統(tǒng)主要是對(duì)動(dòng)力電池組的管理和 對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制。 將加速踏板、制動(dòng)踏板機(jī)械位移的行程量轉(zhuǎn)換 為電信號(hào)，輸入中央控制器，通過(guò)動(dòng)力控制模 塊控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。 計(jì)算動(dòng)力電池組剩余電量和剩余續(xù)駛里程。 對(duì)整車(chē)低壓系統(tǒng)的電子、電器裝置進(jìn)行控制。 采用各種各樣的傳感器、報(bào)警裝置和自診斷裝 置等，對(duì)整個(gè)動(dòng)力電池組功率轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控并及時(shí)反饋信息和報(bào)警。 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)11 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)12 電機(jī)拖動(dòng) 具有良好的起、制動(dòng)性 能，平滑調(diào)速。 世界電

6、力拖動(dòng)研究的 中心。逐漸取代直流 拖動(dòng) 交流電機(jī)拖動(dòng) 直流電機(jī)拖動(dòng) 目前汽車(chē)專(zhuān)用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系主要有三大驅(qū)動(dòng)系 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)系、永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系、交 流感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系。 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)13 性質(zhì)：十分重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)14 任務(wù)：掌握常用交、直流電機(jī)及變壓器等的基本結(jié)構(gòu)與工作 原理以及電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行性能，分析計(jì)算，電機(jī)選擇與 實(shí)驗(yàn)方法，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程準(zhǔn)備必要的基礎(chǔ)知識(shí)。 內(nèi)容：本課程的教學(xué)目的是，通過(guò)課程的學(xué)習(xí)本課程的教學(xué)目的是，通過(guò)課程的學(xué)習(xí), ,使學(xué)生掌握常用交、使學(xué)生掌握常用交、 直流電機(jī)及變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行性能和實(shí)驗(yàn)方法；直流電機(jī)

7、及變壓器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行性能和實(shí)驗(yàn)方法； 了解交直流電力拖動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)，掌握他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、制了解交直流電力拖動(dòng)的基礎(chǔ)知識(shí)，掌握他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、制 動(dòng)及調(diào)速等各種運(yùn)行狀態(tài)的靜動(dòng)態(tài)特性和參數(shù)計(jì)算；掌握異步電動(dòng)及調(diào)速等各種運(yùn)行狀態(tài)的靜動(dòng)態(tài)特性和參數(shù)計(jì)算；掌握異步電 動(dòng)機(jī)特性分析、啟動(dòng)、制動(dòng)方法和交流電動(dòng)機(jī)常用調(diào)速方法；同動(dòng)機(jī)特性分析、啟動(dòng)、制動(dòng)方法和交流電動(dòng)機(jī)常用調(diào)速方法；同 步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單原理步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單原理 。 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)15 電機(jī)與拖動(dòng)是一門(mén)理論性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，同時(shí)又具有 專(zhuān)業(yè)課的性質(zhì)，涉及的基礎(chǔ)理論和實(shí)際知識(shí)面廣，是電磁學(xué)、 動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)等學(xué)科知識(shí)

8、的綜合。用理論分析電機(jī)及拖動(dòng)的 實(shí)際問(wèn)題時(shí)，必須結(jié)合電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)，采用工程觀(guān)點(diǎn)和分析 方法。掌握基本理論的同時(shí)，還要注意培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作技能和計(jì) 算方法。 本課程的特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法本課程的特點(diǎn)及學(xué)習(xí)方法 為了學(xué)好本門(mén)課程，必須做到以下幾點(diǎn)： 1、抓主要矛盾，有條件地略去一些次要因素； 2、抓住重點(diǎn)，牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性； 3、要有良好的學(xué)習(xí)方法，運(yùn)用對(duì)比或比較的方法，分析電機(jī) 的共性和特點(diǎn)，加深對(duì)原理和性能的理解； 4、理論聯(lián)系實(shí)際，重視科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)踐； 5、充分預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。 1、李發(fā)海、王巖。、李發(fā)海、王巖。電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ) 科學(xué)出版社科學(xué)出版社 2、應(yīng)崇實(shí)編、應(yīng)

9、崇實(shí)編電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 3、顧繩谷編、顧繩谷編電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ) 機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)16 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)17 1.3.1 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度（磁通密度）（磁通密度）B 1.3.2 磁通量（磁通）磁通量（磁通） 磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的，表征磁場(chǎng)強(qiáng)弱及方向的磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的，表征磁場(chǎng)強(qiáng)弱及方向的 物理量是磁感應(yīng)強(qiáng)度。單位：特斯拉（物理量是磁感應(yīng)強(qiáng)度。單位：特斯拉（ T ）或）或 Wb/m2 在均勻磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度與垂直于磁場(chǎng)方向的面積的在均勻磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度與垂直于磁場(chǎng)方向的面積的 乘積，為通過(guò)

10、該面積的通量，稱(chēng)為磁通量，簡(jiǎn)稱(chēng)磁通。乘積，為通過(guò)該面積的通量，稱(chēng)為磁通量，簡(jiǎn)稱(chēng)磁通。 單位：?jiǎn)挝唬篧b BS 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)18 1.3.3 磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H HB 磁場(chǎng)強(qiáng)度只與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流以及這些電流分布有磁場(chǎng)強(qiáng)度只與產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流以及這些電流分布有 關(guān)，而與磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率無(wú)關(guān)，單位是安米關(guān)，而與磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率無(wú)關(guān)，單位是安米 （A/mA/m）。是為了簡(jiǎn)化計(jì)算而引入的輔助物理量。）。是為了簡(jiǎn)化計(jì)算而引入的輔助物理量。 . . 1 i 2 i 3 i n i l 圖1.2 全電流定律的原理示意圖 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)19 磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度H沿任意閉合回路沿任意閉合回路L的

11、線(xiàn)積分，等于該的線(xiàn)積分，等于該 閉合回路所包圍的全部電流的代數(shù)和，即閉合回路所包圍的全部電流的代數(shù)和，即 l IHdl 計(jì)算電流代數(shù)和時(shí)，與繞行方向符合右手螺旋定計(jì)算電流代數(shù)和時(shí)，與繞行方向符合右手螺旋定 則的電流取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。則的電流取正號(hào)，反之取負(fù)號(hào)。 若閉合回路上各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等且其方向與閉若閉合回路上各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等且其方向與閉 合回路的切線(xiàn)方向一致，則：合回路的切線(xiàn)方向一致，則： INIlH n kk 1 正如電動(dòng)勢(shì)作用在一定電阻的電路上產(chǎn)生的電 流遵循歐姆定律一樣，一定的磁動(dòng)勢(shì)作用在一 定磁阻的磁路上可以產(chǎn)生磁通。磁通的大小同 樣遵循磁路的歐姆定律。 m F R 2021

12、-7-5電機(jī)與拖動(dòng)20 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)21 BSBdS /BH )/( SlRm / m RF 磁動(dòng)勢(shì) 磁阻 磁導(dǎo) 磁路電路 物 理 量 磁動(dòng)勢(shì) F=Rm電動(dòng)勢(shì)E=IR 磁通量 電流I 磁阻Rm=l/( A) 電阻R 磁導(dǎo) =1/ Rm 電導(dǎo)G 磁導(dǎo)率 電導(dǎo)率 基本 定律 歐姆定律=F/Rm歐姆定律I=E/R 基爾霍夫第一定律=0 基爾霍夫第一定律i=0 基爾霍夫第二定律 Ni=Hklk 基爾霍夫第二定律 e=IR 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)22 Blif 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)23 皮皮薩電磁定律薩電磁定律 B f i 左手定則：載流導(dǎo)體在左手定則：載流導(dǎo)體在 磁場(chǎng)中受到的電

13、磁力。磁場(chǎng)中受到的電磁力。 N S B B i f N S B Blve 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)24 e B v e v dt d Ne 運(yùn)動(dòng)電勢(shì) （切割電勢(shì) 變壓器電勢(shì) 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)25 鐵磁材料：鐵、鎳、鈷及其合金鐵磁材料：鐵、鎳、鈷及其合金 鐵磁材料在外磁場(chǎng)中呈現(xiàn)很強(qiáng)的磁性，此現(xiàn)象鐵磁材料在外磁場(chǎng)中呈現(xiàn)很強(qiáng)的磁性，此現(xiàn)象 稱(chēng)為鐵磁物質(zhì)的磁化。稱(chēng)為鐵磁物質(zhì)的磁化。 磁疇 =(2000 6000)0 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)26 起始磁化曲線(xiàn)可分為起始磁化曲線(xiàn)可分為四段四段：開(kāi)始磁化段、線(xiàn)性段、：開(kāi)始磁化段、線(xiàn)性段、 趨近飽和段、飽和段趨近飽和段、飽和段 B 0 H B= 0H a b c d B=f(H) f(H) Fe= = 磁滯現(xiàn)象是鐵磁材料的一個(gè)特性。磁滯現(xiàn)象是鐵磁材料的一個(gè)特性。 2021-7-5電機(jī)與拖動(dòng)27 (2)、磁滯回線(xiàn)、磁滯回線(xiàn) 剩磁Br 矯頑力Hc B O H Bm Hm a b c d e f 基本磁化曲線(xiàn)與起始磁化曲線(xiàn)的差別很小，磁路計(jì)算 時(shí)所用的磁化曲線(xiàn)都