新能源汽車驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)檢修 課件 任務(wù)9、10 電機(jī)控制器逆變電路檢測、電機(jī)控制器控制電路檢測

驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)檢修任務(wù)九電機(jī)控制器逆變電路檢測任務(wù)導(dǎo)入場景：廣汽新能源汽車售后維修中心人物：維修技師小劉、客戶王先生情節(jié)：王先生的廣汽GE3純電動汽車無法啟動，儀表盤顯示驅(qū)動電機(jī)故障，經(jīng)維修技師小劉檢查后，發(fā)現(xiàn)電機(jī)控制器無三相交流電輸出，本任務(wù)大家和小劉一起對故障原因進(jìn)行分析和進(jìn)一步檢測。提出問題如何檢測電機(jī)控制器逆變電路？任務(wù)目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容逆變電路定義、基本工作原理逆變器分類脈寬調(diào)制（PWM）基本理論逆變器控制信號測試任務(wù)目標(biāo)能根據(jù)逆變原理，使用合適電路元件，正確搭建逆變電路，并進(jìn)行檢測能按照標(biāo)準(zhǔn)流程，使用專用工具，規(guī)范完成逆變器輸入輸出檢測能按照標(biāo)準(zhǔn)流程，使用專用工具，規(guī)范完成逆變器控制信號測試任務(wù)實(shí)施——典型逆變電路搭建與檢測知識講解逆變電路定義

車輛工作過程中，動力蓄電池輸出直流電，并輸入給電機(jī)控制器，電機(jī)控制器將直流電變成交流電，然后輸出給驅(qū)動電機(jī)進(jìn)而傳遞給車輛驅(qū)動裝置。在此過程中，將直流電變成交流電的過程，稱為逆變。任務(wù)實(shí)施——典型逆變電路搭建與檢測知識講解逆變電路基本工作原理

S1～S4分別為電路四個(gè)橋臂的開關(guān)，通過改變開關(guān)S1～S4的開關(guān)狀態(tài)，即可改變負(fù)載的電壓和電流方向。任務(wù)實(shí)施——典型逆變電路搭建與檢測知識講解逆變電路基本工作原理序號開關(guān)狀態(tài)電路圖波形圖1S1、S4閉合S2、S3斷開2S2、S3閉合S1、S4斷開技能操作操作準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施——典型逆變電路搭建與檢測新能源教學(xué)整車高壓安全防護(hù)用品、絕緣工具、絕緣扭力扳手、舉升機(jī)、冷卻液回收裝置、減速器齒輪油回收裝置、制冷劑回收裝置、DC/AC逆變實(shí)驗(yàn)卡、萬用表、示波器、LN虛擬測量系統(tǒng)工具技能操作根據(jù)操作過程及結(jié)果，填寫工作頁典型逆變電路搭建與檢測安全第一操作規(guī)范7S管理40分鐘任務(wù)項(xiàng)目要求安全注意事項(xiàng)時(shí)間技能操作任務(wù)實(shí)施——典型逆變電路搭建與檢測任務(wù)實(shí)施——逆變器輸入輸出檢測知識講解逆變器分類

按照儲能元件的不同分為電壓源型和電流源型逆變器。電壓源型逆變器

由開關(guān)器件決定輸出的交流電壓波形是矩形波或者正弦波，被稱為電壓源型逆變器（VSI）。電壓源型逆變器電路原理圖任務(wù)實(shí)施——逆變器輸入輸出檢測知識講解逆變器分類

按照儲能元件的不同分為電壓源型和電流源型逆變器。電流源型逆變器

逆變器輸出的交流電流是矩形波或正弦波，因而被稱為電流源型逆變器（CSI）。電流源型逆變器電路原理圖任務(wù)實(shí)施——逆變器輸入輸出檢測知識講解驅(qū)動電機(jī)用逆變器由6個(gè)IGBT組成，每一相輸出線和正負(fù)直流母線之間各連接一只IGBT功率管，一般稱連接正極母線的IGBT與輸出端節(jié)點(diǎn)為“上橋臂”，稱連接負(fù)極母線的IGBT與輸出端節(jié)點(diǎn)為“下橋臂”，每一相的上、下橋臂統(tǒng)稱為“半橋”。逆變器主回路電路原理圖技能操作操作準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施——逆變器輸入輸出檢測新能源教學(xué)整車高壓安全防護(hù)用品、絕緣工具、絕緣扭力扳手、舉升機(jī)、冷卻液回收裝置、減速器齒輪油回收裝置、制冷劑回收裝置、DC/AC逆變實(shí)驗(yàn)卡、萬用表、示波器、LN虛擬測量系統(tǒng)工具技能操作根據(jù)操作過程及結(jié)果，填寫工作頁逆變器輸入輸出檢測安全第一操作規(guī)范7S管理40分鐘任務(wù)項(xiàng)目要求安全注意事項(xiàng)時(shí)間技能操作任務(wù)實(shí)施——逆變器輸入輸出檢測任務(wù)實(shí)施——逆變器控制信號測試知識講解脈寬調(diào)制（PWM）基本理論

脈寬調(diào)制，一般指脈沖寬度調(diào)制（Pulsewidthmodulation，PWM），一種模擬控制方式，根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來控制開關(guān)器件的導(dǎo)通時(shí)間。通過脈寬調(diào)制方法在輸出電壓的每一個(gè)周期中各開關(guān)器件通斷轉(zhuǎn)換多次，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)、控制輸出電壓的大小，并能夠消除低次諧波，改善輸出電壓的波形。定

義任務(wù)實(shí)施——逆變器控制信號測試知識講解脈寬調(diào)制（PWM）基本理論

沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同?；A(chǔ)理論矩形脈沖三角形脈沖正弦半波脈沖單位脈沖函數(shù)任務(wù)實(shí)施——逆變器控制信號測試知識講解脈寬調(diào)制（PWM）基本理論

分別將電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)電路上?；A(chǔ)理論一階慣性環(huán)節(jié)電路單位脈沖函數(shù)任務(wù)實(shí)施——逆變器控制信號測試知識講解脈寬調(diào)制（PWM）基本理論

用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波，將正弦半波N等分，看成N個(gè)相連的脈沖序列，其寬度相等，但幅值不等；這些脈沖寬度按正弦規(guī)律變化的PWM波形與正弦波等效。面積等效原理面積等效原理圖任務(wù)實(shí)施——逆變器控制信號測試知識講解脈寬調(diào)制（PWM）基本理論

對于正弦波的負(fù)半周，采取同樣的方法，得到PWM波形，因此正弦波一個(gè)完整周期的等效PWM。面積等效原理正弦波一個(gè)周期的等效PWM波任務(wù)實(shí)施——逆變器控制信號測試知識講解脈寬調(diào)制（PWM）基本理論

根據(jù)面積等效原理，正弦波還可等效為下圖9-9中的PWM波，這種方式在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛。面積等效原理實(shí)際應(yīng)用中的PWM波任務(wù)實(shí)施——逆變器控制信號測試知識講解脈寬調(diào)制（PWM）基本理論

脈寬調(diào)制的基本原理是對逆變電路功率開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等但寬度不一致的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個(gè)周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率

。PWM控制原理任務(wù)實(shí)施——逆變器控制信號測試知識講解正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）

在逆變器的控制器中，將逆變器輸出電壓中的正弦波稱為期望波，以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波，用相位（頻率）、幅值和期望波相等的正弦波作為調(diào)制波。調(diào)制原理三相逆變電路的SPWM電壓輸出波形任務(wù)實(shí)施——逆變器控制信號測試知識講解正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）

可以輸出的線電壓最大值。三相電壓VAO、VBO、VCO為獨(dú)立調(diào)制，各相輸出的最大電壓幅值為：SPWM方法的特點(diǎn)采用SPWM調(diào)制方法時(shí)，對直流電壓的有效利用率為88.67%。

根據(jù)線電壓的幅值是相電壓的倍，則線電壓的最大值為：任務(wù)實(shí)施——逆變器控制信號測試知識講解空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）

SPWM控制主要著眼于使變頻器的輸出電壓盡量接近正弦波，然而交流電機(jī)需要輸入三相正弦電流的最終目的是在電機(jī)空間形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。定義與特點(diǎn)

空間矢量法具有直流電壓利用率高、輸出電壓畸變率低、開關(guān)損耗少等優(yōu)點(diǎn)，已逐步替代傳統(tǒng)的SPWM方法，成為電機(jī)控制的主流算法。任務(wù)實(shí)施——逆變器控制信號測試知識講解空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）

對于三相電壓型逆變器主電路，在正常工作時(shí)，上橋臂（T1、T3、T5）和下橋臂（T2、T4、T6）的器件開關(guān)動作相反?？臻g矢量逆變器矢量空間圖6個(gè)非零矢量組成一個(gè)正六邊形，并將其分為Ⅰ~Ⅵ6個(gè)相等的扇區(qū)，零矢量位于六邊形的中心。任務(wù)實(shí)施——逆變器控制信號測試知識講解空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）矢量作用時(shí)間矢量合成示意圖任務(wù)實(shí)施——逆變器控制信號測試知識講解空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）開關(guān)順序七段法開關(guān)順序原理圖①從一種開關(guān)狀態(tài)切換到另外一種開關(guān)狀態(tài)的過程中，僅涉及逆變器某一個(gè)橋臂的兩個(gè)開關(guān)器件。②矢量以從矢量圖中的一個(gè)扇區(qū)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)扇區(qū)時(shí)，沒有或者只有最少數(shù)量的開關(guān)器件動作。任務(wù)實(shí)施——逆變器控制信號測試知識講解空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）直流電壓利用率

給定矢量的最大幅值為圖9-11所示的六邊形的最大內(nèi)切圓半徑。該六邊形由6個(gè)長度為的非零矢量組成，可得的最大幅值為:

三相逆變器采用SVPWM方法輸出的相電壓峰值為，線電壓最大值為。所以，采用SVPWM方法在線性區(qū)調(diào)制時(shí)，對直流電壓的有效利用率可達(dá)100%。技能操作操作準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施——逆變器控制信號測試新能源教學(xué)整車高壓安全防護(hù)用品、絕緣工具、絕緣扭力扳手、舉升機(jī)、冷卻液回收裝置、減速器齒輪油回收裝置、制冷劑回收裝置、DC/AC逆變實(shí)驗(yàn)卡、萬用表、示波器、LN虛擬測量系統(tǒng)工具技能操作根據(jù)操作過程及結(jié)果，填寫工作頁正弦波調(diào)制測量安全第一操作規(guī)范7S管理40分鐘任務(wù)項(xiàng)目要求安全注意事項(xiàng)時(shí)間技能操作任務(wù)實(shí)施——逆變器控制信號測試空間矢量調(diào)制測量檢查評估10分鐘2）測試評估是否正確完成典型逆變電路搭建與檢測作業(yè)是否正確完成逆變器輸入輸出檢測作業(yè)是否正確完成逆變器控制信號測試作業(yè)工具、設(shè)備是否整理恢復(fù)實(shí)訓(xùn)工位是否打掃干凈工作頁是否填寫完整任務(wù)小結(jié)驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)檢修任務(wù)十電機(jī)控制器控制電路檢測任務(wù)導(dǎo)入場景：廣汽新能源汽車售后維修中心人物：維修技師小劉、客戶王先生情節(jié)：王先生的廣汽GE3純電動汽車在上坡時(shí)，明顯感覺輸出轉(zhuǎn)矩不夠，經(jīng)維修技師小劉檢查后，發(fā)現(xiàn)電機(jī)控制器控制信號有誤差，本任務(wù)大家和小劉一起對故障原因進(jìn)行分析和進(jìn)一步檢測。提出問題如何檢測電機(jī)控制器控制電路？任務(wù)目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容坐標(biāo)變換、矢量控制基本思想永磁同步電機(jī)軸數(shù)學(xué)模型永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)不同矢量控制方法分析任務(wù)目標(biāo)能按照標(biāo)準(zhǔn)流程，使用專用工具，規(guī)范完成矢量控制信號檢測。能根據(jù)電機(jī)矢量控制原理，使用車輛專用診斷儀，讀取電機(jī)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)流并分析故障原因。任務(wù)實(shí)施——矢量控制檢測知識講解坐標(biāo)變換

三相交流電機(jī)是一個(gè)具有多回路、強(qiáng)耦合、非線性、彼此之間又處于相對運(yùn)動中的電路模型，在對交流電機(jī)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡化的過程中，需要引入不同的坐標(biāo)系，并將電機(jī)內(nèi)部的物理量在不同的坐標(biāo)系之間進(jìn)行變換，這個(gè)過程稱為坐標(biāo)變換。定

義任務(wù)實(shí)施——矢量控制檢測知識講解坐標(biāo)變換三相交流電機(jī)常用坐標(biāo)系3s坐標(biāo)系2s坐標(biāo)系2r坐標(biāo)系任務(wù)實(shí)施——矢量控制檢測知識講解坐標(biāo)變換三相/兩相變換電機(jī)內(nèi)的氣隙磁場是進(jìn)行電磁能量傳遞的媒介，定、轉(zhuǎn)子間能量的傳遞是通過氣隙磁場進(jìn)行的。不同類型的繞線進(jìn)行變換時(shí)，需保證它們產(chǎn)生的總磁動勢不變。任務(wù)實(shí)施——矢量控制檢測知識講解坐標(biāo)變換兩相靜止/兩相旋轉(zhuǎn)變換根據(jù)總磁動勢不變原則，得出2s坐標(biāo)系與2r坐標(biāo)系之間的變換矩陣為交流電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子的電流、電壓、磁鏈等物理量均采用上述矩陣進(jìn)行變換，變換前后物理量之間的關(guān)系為：[新坐標(biāo)系值]=[變換矩陣]×[原坐標(biāo)系值][原坐標(biāo)系值]=[反變換矩陣]×[新坐標(biāo)系值]任務(wù)實(shí)施——矢量控制檢測知識講解永磁同步電機(jī)d-q軸數(shù)學(xué)模型（1）電壓方程（2）磁鏈方程任務(wù)實(shí)施——矢量控制檢測知識講解永磁同步電機(jī)d-q軸數(shù)學(xué)模型（3）電磁轉(zhuǎn)矩方程（4）機(jī)械運(yùn)動方程永磁同步電機(jī)空間矢量圖任務(wù)實(shí)施——矢量控制檢測知識講解永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)矩需求，結(jié)合MTPA、恒功率弱磁以及MTPV軌跡中轉(zhuǎn)速和母線電壓的關(guān)系進(jìn)行查表，得到合理的、軸電流指令值，再通過電流調(diào)節(jié)器（一般是PI調(diào)節(jié)器）調(diào)節(jié)出期望的d、q軸電壓，最后經(jīng)過坐標(biāo)變換和SVPWM后生成相應(yīng)的調(diào)制脈沖。永磁同步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖技能操作操作準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施——矢量控制檢測新能源教學(xué)整車高壓安全防護(hù)用品、絕緣工具、絕緣扭力扳手、舉升機(jī)、冷卻液回收裝置、減速器齒輪油回收裝置、制冷劑回收裝置、示波器工具技能操作根據(jù)操作過程及結(jié)果，填寫工作頁矢量控制檢測安全第一操作規(guī)范7S管理40分鐘任務(wù)項(xiàng)目要求安全注意事項(xiàng)時(shí)間技能操作任務(wù)實(shí)施——矢量控制檢測任務(wù)實(shí)施——不同矢量控制方法分析知識講解矢量控制運(yùn)行時(shí)的基本電磁關(guān)系電壓極限橢圓

在某一給定轉(zhuǎn)速下，定子電流矢量不能超過該轉(zhuǎn)速下的橢圓軌跡，最多只能落在橢圓上。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，電壓極限橢圈的長軸和短軸與轉(zhuǎn)速成反比相應(yīng)縮小，從而形成了一簇橢圓曲線。電壓極限橢圓和電流極限圓任務(wù)實(shí)施——不同矢量控制方法分析知識講解矢量控制運(yùn)行時(shí)的基本電磁關(guān)系電流極限圓

永磁同步電機(jī)的電流極限圓方程為當(dāng)電壓極限橢圓中心位于電流極限圓內(nèi)部時(shí)，理論上電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以達(dá)到無限大；當(dāng)電壓極限橢圓中心位于電流極限圓外部時(shí)，電機(jī)可達(dá)到的最大機(jī)械角速度為：任務(wù)實(shí)施——不同矢量控制方法分析知識講解id=0控制優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用

對表面凸出式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的永磁同步電機(jī)，id=0時(shí)，單位定子電流可獲得最大的轉(zhuǎn)矩，即產(chǎn)生所要求的轉(zhuǎn)矩只需要最小的定子電流，從而使銅耗下降，提高效率。所以表面凸出式轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的永磁同步電機(jī)通常采用id=0控制。id=0控制時(shí)的時(shí)間相量如圖任務(wù)實(shí)施——不同矢量控制方法分析知識講解id=0控制控制原理id=0控制系統(tǒng)簡圖任務(wù)實(shí)施——不同矢量控制方法分析知識講解