驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理課件

驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第1頁(yè)課程內(nèi)容12345情境導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)理論知識(shí)拓展閱讀任務(wù)實(shí)施6單元小結(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第2頁(yè)情境導(dǎo)入張先生新能源電動(dòng)汽車在行駛過程中，儀表突然提醒驅(qū)動(dòng)電機(jī)高溫報(bào)警故障，于是將車輛開到4S店進(jìn)行檢修。張先生：新能源電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)是怎么工作呢？技師李：新能源電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要包含驅(qū)動(dòng)電機(jī)和電機(jī)控制器兩個(gè)別。動(dòng)力電池提供高壓直流電首先經(jīng)過電機(jī)控制器轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需交流電，電機(jī)控制器還實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)工作溫度及轉(zhuǎn)速等情況，出現(xiàn)故障后會(huì)馬上發(fā)出報(bào)警信號(hào)。蔚來ES6前置永磁同時(shí)電機(jī)+后置異步感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第3頁(yè)學(xué)習(xí)目標(biāo)1．了解驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制器基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)2．了解驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器功效、結(jié)構(gòu)與工作原理1．具備資料查詢、搜集和整理能力能進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)分析能力具備一定驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析能力應(yīng)知應(yīng)會(huì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第4頁(yè)理論知識(shí)0203驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器電機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流分析01驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第5頁(yè)2.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)

新能源電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)（DM）和電機(jī)控制器（MCU）組成，電機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過高低壓線束、冷卻管路與整車其它系統(tǒng)進(jìn)行連接。驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第6頁(yè)2.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)

驅(qū)動(dòng)電機(jī)是車輛唯一動(dòng)力源向外輸出扭矩，驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)或后退。依據(jù)車輛不一樣運(yùn)行狀態(tài)，新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)含有電力驅(qū)動(dòng)和能量回收兩種工作模式。

當(dāng)車輛采取電力驅(qū)動(dòng)時(shí)，動(dòng)力電池高壓直流電輸送至電機(jī)控制器，電機(jī)控制器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電輸送給驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生扭矩傳遞給驅(qū)動(dòng)輪使車輛行駛。驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第7頁(yè)2.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)在再生能量階段，經(jīng)過車輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)為發(fā)電機(jī)功效，由電機(jī)控制器將電機(jī)產(chǎn)生交流電轉(zhuǎn)為直流電，然后向動(dòng)力電池充電。驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第8頁(yè)2.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)（1）驅(qū)動(dòng)電機(jī)新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)除了常見定子、轉(zhuǎn)子外，還有冷卻水道、旋轉(zhuǎn)變壓器、高壓接線盒等其它部件。驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第9頁(yè)2.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)（1）驅(qū)動(dòng)電機(jī)新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)除了常見定子、轉(zhuǎn)子外，還有冷卻水道、旋轉(zhuǎn)變壓器、高壓接線盒等其它部件。比亞迪秦驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第10頁(yè)2.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)（2）電機(jī)冷卻系統(tǒng)電機(jī)散熱方式主要有自然冷卻和液體冷卻兩種，新能源汽車普遍采取液體冷卻方式，俗稱水冷。新能源汽車電機(jī)冷卻系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃油車?yán)鋮s系統(tǒng)很相同，只是冷卻水泵為電子式，由１２Ｖ電源驅(qū)動(dòng)其運(yùn)轉(zhuǎn)。北汽EV160冷卻系統(tǒng)榮威E50冷卻系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第11頁(yè)2.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)判斷驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)燒程度是用“溫升”而不是用“溫度”來衡量，當(dāng)“溫升”突然增大或超出最高工作溫度時(shí)，說明電機(jī)已發(fā)生故障。因新能源汽車電機(jī)和控制器需要完全密封，所以需要在電機(jī)中安裝溫度傳感器來檢測(cè)電機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

電機(jī)極限工作溫度是由其絕緣材料耐熱等級(jí)來決定，電機(jī)溫度傳感器通常采取內(nèi)埋方式布置在電機(jī)定子線圈內(nèi)部，采取NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻檢測(cè)電機(jī)工作溫度，并作為控制電子水泵是否運(yùn)轉(zhuǎn)主要依據(jù)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第12頁(yè)2.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)電機(jī)溫度過高時(shí)可能造成電機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞，當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)應(yīng)馬上安靠邊停車。電機(jī)溫度過高后車輛會(huì)進(jìn)入跛行模式，限制扭矩輸出或強(qiáng)制停機(jī)。以北汽新能源EV160車型為例，當(dāng)電機(jī)控制器檢測(cè)到驅(qū)動(dòng)電機(jī)溫度傳感器顯示120℃≤溫度＜140℃時(shí)，降功率運(yùn)行；溫度≥140℃時(shí)，降功率至0，即停機(jī)狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第13頁(yè)2.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)（3）旋變變壓器旋轉(zhuǎn)變壓器是一個(gè)電磁式傳感器，又稱作同時(shí)分解器，簡(jiǎn)稱旋變。用來測(cè)量驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸角位移和角速度。由激勵(lì)繞組、余弦繞組和正弦繞組3個(gè)線圈組成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第14頁(yè)2.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第15頁(yè)2.1驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第16頁(yè)（1）電機(jī)控制器功效電機(jī)控制器是驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)控制中心，又稱智能功率模塊，通常簡(jiǎn)稱為MCU。MCU主要功效是控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)方向以及再生能量回收。另外，電機(jī)控制器還要對(duì)電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器等輸入信號(hào)進(jìn)行處理，并將驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)經(jīng)過CAN總線發(fā)送給整車控制器。2.2電機(jī)控制器長(zhǎng)城WEYP8電機(jī)控制器北汽EV160電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第17頁(yè)（2）電機(jī)控制器結(jié)構(gòu)電機(jī)控制器以IGBT模塊（絕緣柵雙極型晶體管）為關(guān)鍵，主要由控制板、冷卻水道、UVW高壓插件、直流高壓插件、IGBT模塊及驅(qū)動(dòng)板組成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器內(nèi)部設(shè)有故障診療電路，當(dāng)診療出系統(tǒng)異常時(shí)會(huì)激活一個(gè)錯(cuò)誤代碼，發(fā)送給整車控制器，同時(shí)也會(huì)存放該故障碼和數(shù)據(jù)。2.2電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第18頁(yè)E6電機(jī)控制器2.2電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第19頁(yè)2.2電機(jī)控制器E6電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第20頁(yè)2.2電機(jī)控制器比亞迪秦電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第21頁(yè)（2）電機(jī)控制器原理電機(jī)控制器是經(jīng)過調(diào)整電壓大小、頻率高低、相位改變等參數(shù)來控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，即經(jīng)過對(duì)應(yīng)電力轉(zhuǎn)換來控制電機(jī)工作。所謂電力轉(zhuǎn)換就是直流與交流、電壓與頻率轉(zhuǎn)換。電力轉(zhuǎn)換形式有交流→直流轉(zhuǎn)換、直流→交流轉(zhuǎn)換、直流→直流轉(zhuǎn)換和交流→交流轉(zhuǎn)換。電機(jī)控制器接收檔位開關(guān)、油門位置、旋轉(zhuǎn)變壓器、制動(dòng)等信號(hào)，經(jīng)過判斷和邏輯運(yùn)算之后控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)速，電機(jī)控制器工作框架如圖4-24所表示。。電機(jī)控制器內(nèi)部主要包含控制電路板和驅(qū)動(dòng)電路板兩個(gè)別。控制電路板以信號(hào)采集、旋變解碼、模數(shù)轉(zhuǎn)換以及CAN通訊功效為主，并計(jì)算出所需占空比，產(chǎn)生PWM（正弦脈寬調(diào)制）信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路板以電源控制、功率調(diào)整為主，經(jīng)過IGBT向驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸送U、V、W三相交流電。2.2電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第22頁(yè)2.2電機(jī)控制器電力轉(zhuǎn)換形式驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第23頁(yè)電機(jī)控制器工作框架2.2電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第24頁(yè)

IGBT是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件。與其它電子元器件相比，IGBT含有輸入阻抗高、開關(guān)速度快、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、承受電壓高、導(dǎo)通電流大等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣泛用于各種變頻器和調(diào)速電路中。2.2電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第25頁(yè)新能源汽車電機(jī)控制器主要是經(jīng)過脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式控制IGBT工作，從而將電流從DC轉(zhuǎn)換到AC(電池到驅(qū)動(dòng)電機(jī))或者從AC轉(zhuǎn)化到DC(驅(qū)動(dòng)電機(jī)到電池)。2.2電機(jī)控制器IGBT控制電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第26頁(yè)利用診療儀能夠讀取驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速、IGBT模塊溫度、驅(qū)動(dòng)電機(jī)溫度以及電壓電流等數(shù)據(jù)。新能源電動(dòng)汽車實(shí)車運(yùn)行數(shù)據(jù)如圖。2.3電機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)流分析驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第27頁(yè)拓展閱讀逆變器與變頻器一、逆變器

逆變器是把直流電能轉(zhuǎn)變成交流電。它普通由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。二、變頻器

變頻器是經(jīng)過改變電機(jī)工作頻率方式來控制電機(jī)電力控制設(shè)備。普通由整流、濾波、逆變、制動(dòng)單元、驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)單元、微處理單元等組成。逆變器變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第28頁(yè)電壓轉(zhuǎn)換DC201V→DC12V拓展閱讀驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第29頁(yè)利用空調(diào)變頻器驅(qū)動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)拓展閱讀驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理第30頁(yè)直流→直流轉(zhuǎn)換器原理拓展閱讀驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)