新能源汽車電力電子技術(shù) 課件全套 張建才 第1-11章 直流電路、交流電路- 新能源汽車電路檢測維修基礎(chǔ)

第1章直流電路【案例5】百雞問題

1.2

電路的基本定律1.3

電路的工作狀態(tài)1.4

電路的基本物理量

支路的基本分析方法1.51.1電路的基本概念1.1.1電路的組成1.1.2電路模型1.1.3電路的作用1.1.1電路的組成電路，簡單地說就是電流流通的路徑。它是由若干電氣設(shè)備或元件按照一定方式用導(dǎo)線聯(lián)結(jié)而成的，通常由電源、負(fù)載和中間環(huán)節(jié)三個(gè)部分組成。電源是將其他形式的能量轉(zhuǎn)換為電能的裝置，負(fù)載是消耗電能的設(shè)備，中間環(huán)節(jié)包括變壓器、聯(lián)結(jié)導(dǎo)線、控制開關(guān)和保護(hù)裝置等。汽車電源系統(tǒng)電路如圖1-1所示。發(fā)電機(jī)和蓄電池是電源，用電設(shè)備和起起動(dòng)機(jī)是負(fù)載，起動(dòng)按鈕（包括開關(guān)S、調(diào)節(jié)器、熔斷器、電流表A、連接導(dǎo)線）都是中間環(huán)節(jié)。電路理論中，通常用電路原理圖來表示實(shí)際電路。

圖1-1汽車電源系統(tǒng)電路電路理論中，通常用電路原理圖來表示實(shí)際電路。在電路原理圖中，各種電器元件都不需要畫出原有的形狀，而是采用統(tǒng)一規(guī)定的圖形符號來表示，所以圖1-1就是汽車電源系統(tǒng)電路原理圖。1.1.1電路的組成1.1.2電路模型為了便于對實(shí)際電路進(jìn)行分析，必須在一定的條件下對實(shí)際部件加以理想化，突出其主要的電磁特性，而忽略其次要因素，用一個(gè)足以表征其主要性質(zhì)的模型來表示它。這樣，實(shí)際電路就可近似地看是由這些理想電路元件組成的電路，也可稱作實(shí)際電路的電路模型。各種理想元件都用一定的符號圖形表示，圖1-2是理想電路元件的符號圖形。電阻

電感

電容

恒壓源

恒流源圖1-2理想電路元件符號一類是電力電路，其主要作用是電能的傳輸和轉(zhuǎn)換。如把發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的電能，通過變壓器、輸電線路送到工廠和千家萬戶的電力系統(tǒng)。一類是信號電路，其主要作用是傳遞和處理電信號。如各種物理量的測量電路、放大電路、聲音、圖像或文字處理電路等。1.1.3電路的作用1.2電路的基本物理量1.2.1

電流1.2.2

電壓與電動(dòng)勢1.2.3

電位1.2.4

電能和電功率1.2.1電流

電流是帶電粒子（電子、離子等）在外電場的作用下做有秩序的移動(dòng)而形成的。電流的大小等于單位時(shí)間內(nèi)流過導(dǎo)體橫截面的電荷量，用符號i表示.大小和方向不隨時(shí)間變化的電流稱直流電流（DC）。用大寫英文字母I表示在復(fù)雜的電路分析過程中，一段電路電流的實(shí)際方向很難預(yù)先判斷出來，在電路中就無法標(biāo)明電流的實(shí)際方向。為了計(jì)算方便，在電路分析中引入電流參考方向的概念。

電流的參考方向與實(shí)際方向的關(guān)系1.2.2電壓與電動(dòng)勢1.電壓電路中

、

兩點(diǎn)間的電壓，在數(shù)值上等于電場力把單位正電荷從電路中

點(diǎn)移動(dòng)到點(diǎn)所做的功，用

公式表示為

電壓的實(shí)際方向規(guī)定為由高電位端指向低電位端，即指向電位降低的方向。與電流一樣，在較為復(fù)雜的電路中，往往無法事先確定電壓的實(shí)際方向。在電路圖上所標(biāo)出的是電壓的參考方向。電動(dòng)勢是用來表示電源力移動(dòng)單位正電荷做功本領(lǐng)的物理量，電源的電動(dòng)勢

在數(shù)值上等于電源力把正電荷

從負(fù)極

（低電位）經(jīng)由電源內(nèi)部移到電源的正極

（高電位）所做的功

，即電動(dòng)勢與電壓的關(guān)系：

1.2.2電壓與電動(dòng)勢

在分析電子電路時(shí)，通常要用到“電位”這個(gè)概念。從本質(zhì)上說，電位與電壓是同一個(gè)概念，電路中某一點(diǎn)的電位就是該點(diǎn)到參考點(diǎn)電壓。在電位這個(gè)概念中，一個(gè)十分重要的因素就是參考點(diǎn)，在電路圖中，參考點(diǎn)用符號“⊥”表示，通常參考點(diǎn)的電位為零，故參考點(diǎn)又叫做“零電位點(diǎn)”。在工程上常選大地作為參考點(diǎn)。即認(rèn)為大地電位為零。1.2.3電位在圖

所示的直流電路中，

、

兩點(diǎn)間的電壓為

，在

時(shí)間內(nèi)電荷

受電場力作用，從

點(diǎn)移動(dòng)到

點(diǎn)，電場力所做的功為若負(fù)載為電阻元件，則在

時(shí)間內(nèi)所消耗的電能為單位時(shí)間內(nèi)消耗的電能稱為電功率（簡稱功率），即1.2.4電能和電功率常把某一元件或某一段電路上的電流與電壓的參考方向取為一致（即電流的參考方向是從電壓的正極性端指向負(fù)極性端），稱為關(guān)聯(lián)參考方向，反之稱為非關(guān)聯(lián)參考方向。習(xí)慣上將無源元件取關(guān)聯(lián)參考方向。電路的基本作用之一是實(shí)現(xiàn)能量的傳遞，用功率來表示能量變化的速率，常用P或p來表示。在直流情況下，當(dāng)電壓、電流為關(guān)聯(lián)參考方向時(shí)P＝UI此時(shí)，若算得的功率P＞0，元件為吸收功率；P＜0，則為產(chǎn)生功率根據(jù)功率的正負(fù)便可判斷電路中哪個(gè)元件是電源，哪個(gè)元件是負(fù)載在關(guān)聯(lián)參考方向下，若P＜0，可斷定該元件為電源；若這P＞0，可斷定該元件為負(fù)載。1.2.4電能和電功率1.3.1

歐姆定律1.3.2

基爾霍夫定律1.3電路的基本定律

歐姆定律是電路的基本定律之一，它指出流過電阻的電流與加在電阻兩端的電壓成正比，與電阻成反比。在上圖的電路中，電壓和電流的參考方向相關(guān)聯(lián)，歐姆定律可用下式表示電壓和電流的參考方向非關(guān)聯(lián)，歐姆定律可用下式表示當(dāng)元件的電壓

U和電流I之間的關(guān)系滿足歐姆定律時(shí)，稱為線性器件；當(dāng)器件的電壓U和電流I之間的關(guān)系不滿足歐姆定律，稱為非線性器件。1.3.1歐姆定律（a）

（b）

（c）圖1-11歐姆定律1.3.2基爾霍夫定律

基爾霍夫定律是求解復(fù)雜電路的基本定律1.電路中幾個(gè)專用名詞

支路:電路中由一個(gè)元件或多個(gè)元件組成的一條路徑，可以流過獨(dú)立的電流，就稱這條路徑為一條支路。節(jié)點(diǎn):電路中三條或三條以上支路的聯(lián)結(jié)點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)?；芈?由若干條支路所組成的閉合路徑稱為回路。（1.3.2基爾霍夫定律2.基爾霍夫第一定律——電流定律（KCL）基爾霍夫電流定律（KCL）指出：在任一時(shí)刻，通過電路中任一節(jié)點(diǎn)的各支路電流的代數(shù)和等于零。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為各支路電流的正負(fù)號的規(guī)定如下：(1)首先選定各支路電流的參考方向。(2)流進(jìn)節(jié)點(diǎn)電流為正，流出節(jié)點(diǎn)電流為負(fù)。上圖中對于節(jié)點(diǎn)a有：經(jīng)變形得：也可以表述為，在任一時(shí)刻，流入電路中任一節(jié)點(diǎn)的各支路電流的代數(shù)和等于流出該節(jié)點(diǎn)的各支路電流的代數(shù)和，即1.3.2基爾霍夫定律

3.基爾霍夫第二定律—電壓定律基爾霍夫電壓定律（KVL）指出：在任一時(shí)刻，電路中的任一閉合回路，沿任意方向繞行一周，電壓的代數(shù)和等于零。即各支路電壓正負(fù)號確定如下：(1)首先任意規(guī)定回路的繞行方向。(2)標(biāo)明各支路電壓的參考方向。(3)凡支路電壓參考方向與回路繞行方向一致者，此電壓前面取“+”號；反之，取“-”號。1.3.2基爾霍夫定律在圖所示的閉合回路中，以

繞行方向?yàn)榛芈返睦@行方向，應(yīng)用基爾霍夫電壓定律有

其中若將電阻電壓寫在等式的一邊，電源電動(dòng)勢寫在等式的另一邊，則有即1.4電路的工作狀態(tài)1.4.1

通路狀態(tài)1.4.2

開路狀態(tài)1.4.3

短路狀態(tài)

1.4.1通路狀態(tài)

如圖所示的電路中，當(dāng)開關(guān)

閉合后，電源和負(fù)載接通形成閉合回路，稱為電源的有載工作狀態(tài)，又稱通路狀態(tài)。電路在這種狀態(tài)下，電源輸出的電流即為流經(jīng)負(fù)載的電流，因此電路具有下列特征：

1.電路中的電流（負(fù)載電流）為2.電源端電壓

等于負(fù)載電阻兩端的電壓3.電源的輸出功率為將圖中的開關(guān)斷開，電路即處于開路狀態(tài)。開路也稱為斷路，有時(shí)也稱為空載狀態(tài)。電路空載時(shí)，外電路呈現(xiàn)的電阻為無窮大（相當(dāng)于

），這時(shí)電路具有下列特征：

1.由歐姆定律可知

，所以電路中電流

。2.電源外特性可知

，所以電源的端電壓恒等于電源電動(dòng)勢，通常應(yīng)用這個(gè)特性檢測電路故障。3.電源產(chǎn)生的功率

和負(fù)載消耗的功率

均為零（因?yàn)?/p>

）。

1.4.2開路狀態(tài)1.4.2短路狀態(tài)當(dāng)電源的兩個(gè)輸出端由于某種原因而短接時(shí)稱為短路，如圖

所示。電源發(fā)生短路時(shí)，主要特征為如下：1.由于無阻導(dǎo)線的存在，使得

，所以電源對輸出的端電壓

。2.電源內(nèi)通過的電流3.流過負(fù)載中的電流

短路是一種嚴(yán)重的事故，應(yīng)盡量避免。通常在電路中接入熔斷器（俗稱保險(xiǎn)絲）或者自動(dòng)斷路器，以便在發(fā)生短路時(shí)迅速將故障電路與電源斷開，從而保護(hù)電源的安全。

1.5電路的基本分析方法1.5.1

電阻串并聯(lián)電路1.5.2

支路電流法1.5.1電阻串并聯(lián)電路將若干

個(gè)電阻元件

依次連接起來，這種連接方式稱為電阻的串聯(lián)，n個(gè)電阻串聯(lián)可等效為一個(gè)電阻。下圖是以三個(gè)電阻串聯(lián)為例1.流過每個(gè)電阻的電流相等。2.電路的總電壓等于各電阻兩端的分電壓之和，即3.電路的總電阻（等效電阻）等于各串聯(lián)電阻之和，即1.電阻的串聯(lián)2.電阻并聯(lián)將

若干個(gè)電阻首末端分別連接起來，這種連接方式稱為電阻并聯(lián)，n個(gè)電阻并聯(lián)可等效為一個(gè)電阻。如圖

所示為三個(gè)電阻的并聯(lián)電路。1.各電阻兩端的電壓相等。2.電路的總電流等于流過每個(gè)電阻的分電流之和，即(3)電阻并聯(lián)時(shí)的總電阻的倒數(shù)等于各并聯(lián)電阻的倒數(shù)之和，即1.5.1電阻串并聯(lián)電路1.5.2支路流法

支路電流法是以支路電流為未知量，應(yīng)用基爾霍夫電流定律()和基爾霍夫電壓定律()，列出與未知量數(shù)目相等的獨(dú)立方程，然后解出未知的支路電流。支路電流法的解題步驟為：（1）確定各支路電流的參考方向。(2)如果電路中有

個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)

列出（

）個(gè)獨(dú)立節(jié)電流方程。(3)選取回路并選定回路的繞行方向，根據(jù)列出回路電壓方程，補(bǔ)齊所需方程數(shù)。(4)聯(lián)立方程組，計(jì)算出各支路電流謝謝大家！第2章

正弦交流電路正弦交流電的基本知識(shí)2.1三相正弦交流電路2.5單相交流電路2.3正弦量的相量表示法2.2RLC串聯(lián)電路2.4

2.1正弦交流電的基本知識(shí)2.1.1正弦交流電的基本概念2.1.2

正弦交流電的三要素2.1.1正弦交流電的基本概念大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的電壓、電流和電動(dòng)勢統(tǒng)稱交流電。如圖

所示為幾種交流電的波形圖。（a)矩形波（b）尖頂波(c)正弦波

圖2-1周期性交流電的幾種波形

大小和方向隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的電壓、電流和電動(dòng)勢統(tǒng)稱為正弦交流電，簡稱正弦量。2.1.2正弦交流電的三要素1.幅值和有效值幅值是瞬時(shí)值中的最大值，又稱為峰值，通常用

、

和

表示，它們是與時(shí)間無關(guān)的常數(shù)。有效值是由電流的熱效應(yīng)來規(guī)定的,有效值用大寫字母表示.交流電的有效值與幅值之間的關(guān)系

2.角頻率角頻率

是表示正弦量變化快慢的一個(gè)物理量，周期T是正弦量變化一周期所需要的時(shí)間，周期

越大，波形變化越慢；周期

的單位是秒（S）

。頻率

表示每秒時(shí)間內(nèi)正弦量重復(fù)變化的次數(shù)，頻率

越大，正弦量變化越快；頻率的單位是赫茲（HZ）。較高的頻率用千赫（KHZ)和兆赫（

MHZ）表示。周期

和頻率

互為倒數(shù)，即

或

角頻率

表示正弦量每秒變化的弧度數(shù)，單位是弧度/秒（

）。角頻率、周期、頻率三者之間的關(guān)系為

2.1.2正弦交流電的三要素3.初相位圖中所示為正弦交流電的電流(i)的一段變化曲線，該曲線可用下式表示：式中稱為正弦量的相位角，相位角是時(shí)間的函數(shù)。當(dāng)t=0時(shí)，正弦量的相位稱作初相位，又稱初相角。表示初相位。

式中、、合稱為正弦交流電的三要素，它們分別表示正弦交流電變化的幅度、快慢和初始狀態(tài)。正弦交流電波形2.1.2正弦交流電的三要素2.2正弦量的相量表示法2.2.1

相量圖2.2.2

正弦量的加法運(yùn)算2.2.1相量圖是電壓的幅值相量，是電壓的有效值相量。相量只是表示正弦量，而不是等于正弦量。在線性電路中，電路的輸入和輸出均為同頻率的正弦量，頻率是已知的或特定的，可不必考慮，只要求出正弦量的幅值（或有效值）和初相位即可。按照各個(gè)正弦量的大小和相位關(guān)系用初始位置的有向線段畫出的若干相量的圖形，稱為相量圖。在相量圖上能形象地看出各個(gè)正弦量的大小和相互間的相位關(guān)系。相量圖表示正弦量在交流電路的分析計(jì)算中，常常需要將幾個(gè)同頻率的正弦量相加或相減。已知兩正弦電流和試用相量合成法計(jì)算。先畫出電流

和

的相量

和

，然后以

和

為兩鄰邊作一平行四邊形，其對角線即為總電流

的幅值相量

。對角線與橫軸正方向（或參考相量）之間的夾角即為初相位

。這就是相量運(yùn)算中的平行四邊相量加法運(yùn)算形法則。2.2.2正弦量的加法運(yùn)算2.3單相交流電路2.3.1純電阻電路2.3.2純電感電路2.3.3

純電容電路

電路中只有電阻的電路,下圖就是一個(gè)線性電阻元件的交流電路。1.電壓與電流的關(guān)系2.功率在純電阻電路中，平均功率為

純電阻電路2.3.1純電阻電路2.3.2純電感電路1.電壓與電流的關(guān)系下圖為一電感線圈組成的交流電路，假定這個(gè)線圈中只有電感L，而電阻R可忽略不計(jì)，這就是一純電感電路。設(shè)電流為參考正弦量，即2.感抗由上式可知，在純電感電路中電壓與電流的幅值或有效值之比為

，顯然它的單位是歐姆（

）。當(dāng)電壓

一定時(shí)，

越大，則電流

越小?？梢?，

具有對交流電流起阻礙作用的物理性質(zhì)，稱為感抗，用

表示，即3.電路中的功率平均功率這一特性反映了電感元件不消耗電能，是一種儲(chǔ)能元件。

無功功率在純電感電路中，沒有能量消耗，只有電源與電感元件間的能量互換。這種能量互換的規(guī)?？捎脽o功功率

來衡量。2.3.2

純電感電路2.3.3純電容電路1.電壓與電流的關(guān)系設(shè)

2.容抗

由式上式可知。在純電容電路中，電壓與電流的幅值或有效值的比值為

，它的單位是歐姆（

）。它具有對電流起阻礙作用的物理性質(zhì)，故稱為容抗，用

表示，即

3.電路中的功率平均功率說明容元件是不消耗能量的，是一種儲(chǔ)能元件。

無功功率在純電容電路中，電源與電容之間只發(fā)生能量的互換，能量互換的規(guī)模用無功功率

來衡量。2.3.3純電容電路1.電路中電壓與電流的關(guān)系下圖所示為電阻、電容、電感元件串聯(lián)的交流電路。電路中的電流及各個(gè)電壓的參考方向如圖所示。RLC串聯(lián)電路2.4RLC串聯(lián)電路2.4RLC串聯(lián)電路2.電路中的阻抗由式可知電路中，電壓與電流的有效值（或幅值）之比為對電流起阻礙作用，稱為電路的阻抗。用

表示，即可見

、

、之間也可用一個(gè)直角三角形——阻抗三角形來表示，如圖所示。

阻抗三角形

2.5三相正弦交流電路2.5.1

三相交流電源的星形連接2.5.2

三相負(fù)載的連接2.5.3

三相交流電路的功率若將發(fā)電機(jī)三個(gè)定子繞組的末端連在一起引出的一根導(dǎo)線稱為中性線

（中性線接地時(shí)又稱為零線），三個(gè)繞組的始端

、

、

分別引出的三根導(dǎo)線稱為端線（或相線或火線），這種連接稱為三相電源的星形連接。由三根端線和一根中性線組成的供電方式稱為三相四線制，只用三根端線組成的供電方式稱為三相三線制。三相電源相電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為三相四線制電源系統(tǒng)2.5.1三相交流電源的星形連接2.5.1三相交流電源的星形連接電源任意兩根端線之間的電壓稱為線電壓，線電壓和相電壓的相量關(guān)系三個(gè)線電壓的有效值相等，均為相電壓有效值的

倍。線電壓的相位超前相應(yīng)的相電壓相位

。線電壓、相電壓均為對稱的三相電壓。通常的三相四線制低壓供電系統(tǒng)線電壓為

，相電壓為

，可以提供兩種電壓供負(fù)載使用。2.5.2三相負(fù)載的連接

三相負(fù)載有兩種連接方式：星形（Y）和三角形（△）連接。

若負(fù)載所需的電壓是電源的相電壓，像各種電照明負(fù)載、家用電器等。應(yīng)當(dāng)將負(fù)載接到端線與中性線之間。當(dāng)負(fù)載數(shù)量較多時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量平均分配到三相電源上，使三相電源得到均衡的利用，這就構(gòu)成了負(fù)載的星形連接。（a）星形連接

（b）三角形連接圖2-14負(fù)載的星形、三角形連接三相負(fù)載有兩種連接方式：星形（Y）和三角形（△）連接。1.三相負(fù)載星形連接如圖案將負(fù)載接到端線與中性線之間。（1）對稱三相負(fù)載星形連接的三相對稱負(fù)載，中性線可以省去。采用三相三線制供電。三相負(fù)載的星形接法2.5.2三相負(fù)載的連接（2）不對稱三相負(fù)載

三相負(fù)載不對稱，若中性線的存在，使每相負(fù)載兩端的電壓是對稱的電源相電壓，從而保證了三相負(fù)載能獨(dú)立正常的工作。，三相負(fù)載不對稱時(shí)，必須采用三相四線制，且中性線上不能安裝開關(guān)、熔斷器等裝置。2.三相負(fù)載的三角形連接將三相負(fù)載分別接在三相電源的每兩根相線之間的接法，稱為三相負(fù)載的三角形接。每相負(fù)載兩端的電壓都是電源的線電壓。線電壓與相電壓、線電流與相電流的關(guān)系為：

三相負(fù)載的星形接法2.5.2三相負(fù)載的連接三相交流電路可以視做三個(gè)單相交流電路的組合。三相交流電路的有功功率、無功功率、視在功率為各相電路有功功率、無功功率、視在功率之和。無論三相負(fù)載是星形連接還是三角形連接，當(dāng)三相負(fù)載對稱時(shí)，電路總的有功功率，無功功率、視在功率均是每相負(fù)載有功功率，無功功率、視在功率的3倍。三相負(fù)載作星形連接時(shí)，

，

；三相負(fù)載作三角形連接時(shí)，

，

將這些關(guān)系式代入式,可得三相功率與線電壓、線電流的關(guān)系：2.5.3三相交流電路的功率謝謝大家！第3章磁路與鐵芯線圈電路磁場的基礎(chǔ)知識(shí)3.1鐵芯線圈磁路3.2汽車中常用電磁器件3.33.1磁場的基礎(chǔ)知識(shí)3.1.1

磁場的基本物理量3.1.2

鐵磁材料的磁性能3.1.3

磁路的基本定律3.1.1磁場的基本物理量1.磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度

是表示磁場內(nèi)某點(diǎn)的磁場強(qiáng)弱及方向的物理量。在國際單位制中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉（T），簡稱特。2.磁通在均勻磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度

與垂直于磁場方向的面積

的乘積，稱為通過該面積的磁

通，在數(shù)值上可以看成與磁場方向相垂直的單位面積所通過的磁通，故又稱磁通密度。3.磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率

是表示物質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量，它的單位是亨/米（

）。任意一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空的磁導(dǎo)率之比稱為相對磁導(dǎo)率。4.磁場強(qiáng)度磁場強(qiáng)度

是進(jìn)行磁場分析時(shí)引用的一個(gè)輔助物理量，為了從磁感應(yīng)強(qiáng)度中

除去磁介質(zhì)的因素。3.1.2鐵磁材料的磁性能物質(zhì)按其導(dǎo)磁性能可分為兩大類。一類稱為鐵磁材料，如鐵、鋼、鎳、鈷等，這類材料的導(dǎo)磁性能好，磁導(dǎo)率

值大；另一類為非鐵磁材料，如銅、鋁、紙、空氣等，此類材料的導(dǎo)磁性能差，磁導(dǎo)率

值小（接近真空的磁導(dǎo)率

）。鐵磁材料是制造變壓器、電動(dòng)機(jī)等各種電工設(shè)備的主要材料。鐵磁材料的磁性能對電磁器件的性能和工作狀態(tài)有很大影響。鐵磁材料的磁性能主要表現(xiàn)為高導(dǎo)磁性、磁飽和和磁滯性。1.高導(dǎo)磁性鐵磁材料具有很強(qiáng)的導(dǎo)磁能力，在外磁場作用下，其內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)大大增強(qiáng)，相對磁導(dǎo)率可達(dá)幾百、幾千甚至幾萬。這是因?yàn)樵阼F磁材料的內(nèi)部存在許多磁化小區(qū)，稱為磁疇。每個(gè)磁疇就像一塊小磁鐵。在無外磁場作用時(shí)，這些磁疇的排列是不規(guī)則的，對外不顯示磁性，如圖3-1（a）所示。在一定強(qiáng)度的外磁場作用下，這些磁疇將順著外磁場的方向趨向規(guī)則的排列，產(chǎn)生一個(gè)附加磁場，使鐵磁材料內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大大增強(qiáng)。如圖3-1（b）所示，這種現(xiàn)象稱為磁化。（a）磁化前

（b）磁化后圖3-1鐵磁材料的磁化3.1.2鐵磁材料的磁性能2.磁滯性如果勵(lì)磁電流是大小和方向都隨時(shí)間變化的交變電流，則鐵磁材料將受到交變磁化。在電流交變的一個(gè)周期中，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨磁場強(qiáng)度變化的關(guān)系如圖3-2所示。圖3-2磁滯回線隨著磁場強(qiáng)度不斷正反向變化，得到的磁化曲線為一封閉曲線。在鐵磁材料反復(fù)磁化的過程中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化總是落后于磁場強(qiáng)度的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象，如圖所示的封閉曲線稱為磁滯回線。3.1.2鐵磁材料的磁性能鐵磁材料按其磁性能可分為軟磁材料、硬磁材料和矩磁材料三種類型，如圖3-3所示是不同類型的磁滯回線。其中，圖3-3（a）是軟磁材料，圖3-3（b）是硬磁材料，圖3-3（c）是矩磁材料。軟磁材料的剩磁和矯頑磁力較小，磁滯回線形狀較窄，但磁化曲線較陡，即磁導(dǎo)率較高，所包圍的面積較小。硬磁材料的剩磁和矯頑力較大，磁滯回線形狀較寬，所包圍的面積較大。矩磁材料的磁滯回線近似于矩形，剩磁很大，接近飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，但矯頑磁力較小，易于翻轉(zhuǎn)。（a）是軟磁材料

（b）硬磁材料

（c）矩磁材料圖3-3三種不同類型的磁滯回線2.磁滯性3.1.2鐵磁材料的磁性能3.1.3磁路的基本定律1.磁路

在通有電流的線圈周圍和內(nèi)部存在著磁場。當(dāng)線圈中通過電流時(shí)，鐵芯即被磁化，使得其中的磁場大為增強(qiáng)，故通電線圈產(chǎn)生的磁通主要集中在由鐵芯構(gòu)成的閉合路徑內(nèi)，這種磁通集中通過的路徑便稱為磁路。用于產(chǎn)生磁場的電流稱為勵(lì)磁電流，通過勵(lì)磁電流的線圈稱為勵(lì)磁線圈或勵(lì)磁繞組。下圖為幾種常見的磁路。常見的幾種鐵心2.電生磁的基本定律-安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律也稱為全電流定律,如圖3-5所示。沿空間任意一條閉合回路l，磁場強(qiáng)度的線積分等于該閉合回路所包圍的電流的代數(shù)和。式中,H為沿該回路上各點(diǎn)切線方向的磁場強(qiáng)度分量，i為每根導(dǎo)體中的電流;磁場強(qiáng)度沿閉合回路的線積分與所選的路徑無關(guān)。圖3-5安培環(huán)路定律3.磁生電的基本定律一法拉第電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)現(xiàn)象:變化的磁場會(huì)產(chǎn)生電場,使導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,這就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。感應(yīng)電動(dòng)勢和磁場之間符合法拉第電磁感應(yīng)定律。電磁感應(yīng)現(xiàn)象主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。(1)磁場對通電直導(dǎo)體的作用如圖3-6所示，導(dǎo)體與磁場有相對運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體切割磁力線時(shí),導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,稱為切割電動(dòng)勢。做切割磁力線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的方向可用右手定則來確定。圖3-6導(dǎo)體作切割磁力線運(yùn)動(dòng)(2)磁場對通電線圈的作用

當(dāng)線圈中磁通發(fā)生變化時(shí),線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。感應(yīng)電動(dòng)勢的方向由楞次定律來判定:線圈中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通總是阻礙原磁通的變化。圖3-7所示為楞次定律實(shí)驗(yàn)原理圖,表示了在插入線圈和拔出線圈兩種情況下線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢的方向。

法拉第通過大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)出:當(dāng)線圈中的磁通量增加時(shí),感應(yīng)電流就要產(chǎn)生與它方向相反的磁通去阻礙它的增加(增反);當(dāng)線圈中原來的磁通量減小時(shí),感應(yīng)電流就要產(chǎn)生與它方向相同的磁通去阻礙它的減小(減同)。(a)插入線圈

(b)抜出線圈圖3-7欏次定律實(shí)驗(yàn)原理圖4.自感現(xiàn)象由通入線圈的電流變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象,由自感現(xiàn)象產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢叫自感電動(dòng)勢。自感現(xiàn)象屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象。自感系數(shù)是用來描述線圈產(chǎn)生自感磁通能力的物理量。定義線圈中的磁通量與產(chǎn)生該磁通的電流的比值叫自感系數(shù),又叫電感,用符號L表示,單位是亨[利](H)。即按照法拉第電磁感應(yīng)定律,回路中所產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢可用自感系數(shù)L表示為上式表明,自感電動(dòng)勢的大小與線圈的電感及線圈中外電流的變化率成正比。負(fù)號表示自感電動(dòng)勢的方向總是企圖阻礙外電流的變化。5.互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象是指一個(gè)線圈中的電流變化使得另一個(gè)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的現(xiàn)象,如圖3-8所示。互感現(xiàn)象產(chǎn)生的電動(dòng)勢叫作互感電動(dòng)勢,也用符號e表示

那么此公式是交流發(fā)電機(jī)設(shè)置電壓調(diào)節(jié)器的理論依據(jù)。圖3-8互感現(xiàn)象

如圖所示為繞有線圈的鐵芯，電流、磁通、線圈匝數(shù)、磁路的截面積、磁路的材料磁的導(dǎo)率之間關(guān)系如下式：該式與電路中的歐姆定律相似，因而稱它為磁路歐姆定律。磁路與電路雖然有許多相似之處，但它們的實(shí)質(zhì)是不同的。而且由于鐵芯磁路是非線性元件，其磁導(dǎo)率是隨工作狀態(tài)劇烈變化的。因此，一般不宜直接用磁路歐姆定律和磁阻公式進(jìn)行定量計(jì)算，但在很多場合可以用來進(jìn)行定性分析。

鐵心線圈電路6.磁路的歐姆定律3.2

鐵芯線圈磁路3.2.1直流鐵芯線圈磁路3.2.2交流鐵芯線圈磁路

3.2.1直流鐵芯線圈磁路

3.2.2交流鐵芯線圈磁路

如圖

所示是交流鐵芯線圈電路，線圈的匝數(shù)為N，當(dāng)在線圈兩端加上正弦交流電壓

時(shí)，就有交變勵(lì)磁電流

i流過。設(shè)線圈電阻為R。根據(jù)磁路定析可得：

上式給出了鐵芯線圈在正弦交流電壓作用下，鐵芯中磁通最大值與電壓有效值的數(shù)量關(guān)系。1.電磁關(guān)系

2.功率損耗（1）磁滯損耗鐵磁材料交變磁化的磁滯現(xiàn)象所產(chǎn)生的鐵損稱為磁滯損耗。它是由鐵磁材料內(nèi)部磁疇反復(fù)轉(zhuǎn)向，磁疇間相互摩擦引起鐵心發(fā)熱而造成的損耗。鐵心單位體積內(nèi)每周期產(chǎn)生的磁滯損耗與磁滯回線所包圍的面積成正比。為了減小磁滯損耗，交流鐵芯均由軟磁材料制成。（2）渦流損耗鐵磁材料在交變磁通的作用下鐵芯內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在垂直于磁通的鐵芯平面內(nèi)圍繞磁力線呈旋渦狀，故稱為渦流。渦流使鐵芯發(fā)熱，其功率損耗稱為渦流損耗，為了減小渦流，可采用硅鋼片疊成的鐵芯。

3.2.2交流鐵芯線圈磁路3.3汽車中常用電磁器件3.3.1電磁鐵3.3.2變壓器3.3.3電磁閥3.3.4繼電器3.3.5接觸器3.3.1電磁鐵

電磁鐵是利用載流鐵芯線圈產(chǎn)生的電磁吸力來操縱機(jī)械裝置，以完成預(yù)期動(dòng)作的一種電器。它是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種電磁元件。電磁鐵主要由線圈、鐵心及銜鐵三部分組成。

當(dāng)線圈通電后，鐵心和銜鐵被磁化，成為極性相反的兩塊磁鐵，它們之間產(chǎn)生電磁吸力。當(dāng)吸力大于彈簧的反作用力時(shí)，銜鐵開始向著鐵心方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)線圈中的電流小于某一定值或中斷供電時(shí)，電磁吸力小于彈簧的反作用力，銜鐵將在反作用力的作用下返回原來的釋放位置。電磁鐵

變壓器由鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)或多個(gè)線圈（又稱繞組）組成。鐵芯的作用是構(gòu)成變壓器的磁路。根據(jù)鐵芯結(jié)構(gòu)形式的不同，變壓器分為殼式和心式兩種。下圖

為一個(gè)單相雙繞組變壓器的原理結(jié)構(gòu)示意圖及其圖形符號。兩個(gè)繞組中與電源相連接的繞組稱為一次繞組，又稱原繞組或初級繞組。

（a）心式（b）殼式1.變壓器的基本結(jié)構(gòu)3.3.2變壓器

2.變壓器的工作原理

如圖

所示為單相變壓器的工作原理圖

1.電壓變換

2.電流變換3.阻抗變換3.3.2變壓器

3.變壓器的外特性

變壓器的輸出電壓隨所帶負(fù)載性質(zhì)的變化而變化，利用變壓器的外特性描述它們之間的關(guān)系。通常希望二次電壓的變動(dòng)越小越好。

在一般變壓器中，由于其電阻和漏磁感均很小，電壓變化率約為5%左右。

變壓器外特性3.3.2變壓器4.變壓器的主要參數(shù)(1)額定電壓（、）

額定電壓是根據(jù)絕緣強(qiáng)度和允許發(fā)熱所規(guī)定的應(yīng)加在一次繞組上的正常工作電壓和一次側(cè)施加額定電壓時(shí)的二次側(cè)空載電壓有效值。(2)額定電流（、）

變壓器連續(xù)運(yùn)行時(shí)，一、二次繞組允許通過的最大電流有效值。(3)額定容量（）

變壓器二次側(cè)額定電壓和額定電流的乘積。(4)額定頻率（）

變壓器應(yīng)接入的電源頻率。3.3.2變壓器

自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：二次繞組是一次繞組的一部分，而且一、二次繞組不僅有磁的耦合，還有電的聯(lián)系。上述變壓、變流和變阻抗關(guān)系都適用于它。

自耦變壓器的外形與原理圖除了單相自耦變壓器之外，還有三相自耦變壓器。

(1)自耦變壓器5.幾種常見的變壓器(2)互感器互感器是配合測量儀表專用的小型變壓器，使用互感器可以擴(kuò)大儀表的測量范圍，使儀表與高壓隔開，保證儀表安全使用。

①電壓互感器電壓互感器一次與二次電壓關(guān)系為：

②電流互感器電壓互感器電流互感器

電流互感器一、二次側(cè)繞組電流關(guān)系為：3.3.3電磁閥1.電磁閥的結(jié)構(gòu)、分類、符號(1)電磁閥的結(jié)構(gòu)電磁閥主要由閥體、閥心、動(dòng)鐵心、線圈、彈簧等組成。當(dāng)線圈通電或斷電時(shí),所產(chǎn)生的磁場會(huì)改變閥心的運(yùn)動(dòng)方向,從而使流體通過閥體或在閥體處被切斷。(2)電磁閥的分類電磁閥從原理上可分為直動(dòng)式電磁閥、分步直動(dòng)式電磁閥和先導(dǎo)式電磁閥3大類;電磁閥從氣路通斷方式可分為常閉型和常開型;生產(chǎn)中常用的電磁閥有二位二通、二位三通、二位四通及二位五通等。(3)電磁閥的符號表3-1是常見的電磁閥圖形符號,圖形符號的含義如下:表3-1常見電磁閥符號3.3.3電磁閥2.電磁閥的工作原理

電磁閥工作原理就是電流通過電磁線圈時(shí)利用電磁線圈產(chǎn)生的電磁力的作用,推動(dòng)閥心移動(dòng)、實(shí)現(xiàn)各個(gè)氣路油路的通斷。單電控的失電時(shí)在彈簧力的作用下回復(fù)原位,雙電控的保持原位、先導(dǎo)式的按功能而定。如圖3-21所示為直動(dòng)式電磁閥工作原理圖。其工作原理:通電時(shí),電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起,閥門打開；斷電時(shí),電磁力消失,彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上,閥門關(guān)閉。特點(diǎn):在真空、負(fù)壓、零壓時(shí)能正常工作,但通徑一般不超過25mm。(a)斷電時(shí)電磁閥關(guān)(b)通電時(shí)閥開圖3-21直動(dòng)式電磁閥工作原理3.3.3電磁閥3.3.4繼電器繼電器是自動(dòng)控制電路中常用的一種電磁元器件,它是用較小的電流來控制較大電流的一種自動(dòng)開關(guān),在電路中起著自動(dòng)操作、自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)等作用。在汽車電氣系統(tǒng)中所使用的繼電器體積較小,觸點(diǎn)控制的電流也較小,屬于小型繼電器。(a)結(jié)構(gòu)(b)圖形符號圖3-22電磁式繼電器汽車控制電路大多采用電磁式繼電器作為控制執(zhí)行部件,電磁式繼電器如圖3-22所示,當(dāng)線圈兩端加上直流電壓時(shí),就會(huì)有電流流過線圈,在線圈的周圍就產(chǎn)生磁場。

圖3-23為汽車電路中常用的繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)插座插腳布置圖。圖3-23汽車電路中常用繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及插座插腳a)動(dòng)合型b)動(dòng)合型（帶保護(hù)二極管）c)混合型d)混合型（帶泄流電阻）3.3.5接觸器1.直流接觸器直流接觸器是指鐵芯為直流控制的接觸器，其被控制電路可以是直流，也可以是交流。直流接觸器的鐵芯與交流接觸器不同，它沒有渦流的存在，因此一般用軟鋼或工業(yè)純鐵制成圓形。由于直流接觸器的吸引線圈通以直流,所以沒有沖擊的啟動(dòng)電流，也不會(huì)產(chǎn)生鐵芯猛烈撞擊現(xiàn)象,因而它的壽命長，適用于頻繁啟停的場合。2.交流接觸器交流接觸器是指鐵芯為交流控制的接觸器，它是利用電磁吸力及彈簧反力的配合作用，使觸頭閉合與斷開的一種電磁式自動(dòng)切換電器。按狀態(tài)的不同，交流接觸器的觸點(diǎn)分為動(dòng)合觸點(diǎn)和動(dòng)斷觸點(diǎn)兩種。接觸器在線圈未通電時(shí)的狀態(tài)稱為釋放狀態(tài)；線圈通電、鐵芯吸合時(shí)的狀態(tài)稱為吸合狀態(tài)。按用途的不同，交流接觸器的觸點(diǎn)又分為主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)兩種。主觸點(diǎn)接觸面積大，能通過較大的電流；輔助觸點(diǎn)接觸面積小，只能通過較小的電流。主觸點(diǎn)一般為三對動(dòng)合觸點(diǎn)，串接在電源和電動(dòng)機(jī)之間，用來切換電動(dòng)機(jī)的電源電路，以起到直接控制電動(dòng)機(jī)啟停的作用，這部分電路稱為主電路。輔助觸點(diǎn)既有動(dòng)合觸點(diǎn)，也有動(dòng)斷觸點(diǎn)，通常接在由按鈕和接觸器線圈組成的控制電路中，以實(shí)現(xiàn)某些功能，這部分電路又稱輔助電路。交流接觸器的結(jié)構(gòu)及符號如圖3-24所示。（a）結(jié)構(gòu)

（b）符號圖3-24交流接觸的結(jié)構(gòu)及符號接觸器線圈通電時(shí)，在電磁吸力的作用下，動(dòng)鐵芯帶動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)一起下移，使同一觸點(diǎn)組中的動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)有的閉合，有的斷開。當(dāng)線圈斷電后，電磁吸力消失，動(dòng)鐵芯在彈簧的作用下復(fù)位；觸點(diǎn)組也恢復(fù)到原來的狀態(tài)。圖3-25是交流接觸器的原理圖。圖3-25交流接觸器工作原理示意圖謝謝大家！第4章車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)

直流電機(jī)4.1

三相異步電機(jī)4.2

永磁步電機(jī)4.3

開關(guān)磁阻電機(jī)4.44.1直流電機(jī)4.1.1

有刷直流電機(jī)4.1.2

永磁無刷直流電機(jī)4.1直流電機(jī)直流電機(jī)指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)電機(jī),其電機(jī)定子提供磁場,直流電源向轉(zhuǎn)子的繞組提供電流,換向器使轉(zhuǎn)子電流與磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保持方向不變。根據(jù)是否配置有常用的電刷-換向器可以將直流電機(jī)分為兩類,即有刷直流電機(jī)和無刷直流電機(jī)。車用直流電機(jī)與一般工業(yè)用的電機(jī)相比,具有以下特點(diǎn):1)電樞軸長,以便安裝用于速度檢測的脈沖發(fā)生器。2)轉(zhuǎn)子直徑小、軸長,以適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)。3)電樞槽多,以便于散熱。4)對于有刷電機(jī),檢查口大,以便于換向片、電刷等的定期檢查和維護(hù)。5)電刷的預(yù)壓緊力高,以防止電刷的誤動(dòng)作。4.1.1有刷直流電機(jī)1.有刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)

有刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)由兩個(gè)主要部分組成,一是靜止部分(稱為定子)、主要用來產(chǎn)生融場:二是轉(zhuǎn)動(dòng)部分(稱為轉(zhuǎn)子、通稱電樞),是機(jī)械能變?yōu)殡娔?發(fā)電機(jī))、或電能變?yōu)闄C(jī)械能(電機(jī))的樞紐、在定子、轉(zhuǎn)子之間,有一定的間隙稱為氣腺。圖4-1是有刷直流電機(jī)外和結(jié)構(gòu)圖。(a)外形(b)結(jié)構(gòu)圖4-1有刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與外形(1)定子固定主磁極的螺釘定子主要由主磁極、換向磁極、電刷和機(jī)座等組成。定子的功能是用來產(chǎn)生磁通和進(jìn)行機(jī)械固定。①主磁極如圖4-2所示。②換向磁極③電刷如圖4-3所示。目前,高端的新型直流電機(jī)的電刷采用先進(jìn)的電子接觸,稱為無刷電機(jī)。④機(jī)座圖4-2直流電機(jī)的主磁極圖4-3直流電機(jī)電刷裝置(2)轉(zhuǎn)子也稱為電樞,主要由電樞鐵心、電樞繞組及換向器等組成。轉(zhuǎn)子的作用是當(dāng)通電后在磁場中受力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。電樞鐵心由鐵磁材料沖壓開槽疊片而成,固定在轉(zhuǎn)軸上,如圖4-4所示。①換向器②電樞繞組圖4-4直流電機(jī)轉(zhuǎn)子2.有刷直流電機(jī)工作原理直流電機(jī)是依據(jù)載流導(dǎo)體在磁場中受力而旋轉(zhuǎn)的原理制造的，主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。通常將磁場固定不動(dòng)，而導(dǎo)體做成可以在磁場內(nèi)繞中心軸旋轉(zhuǎn)，如圖4-5所示為直流電機(jī)工作原理。（a）

（b）圖4-5直流電機(jī)工作原理3.有刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩自動(dòng)調(diào)節(jié)原理4.1.2永磁無刷直流電機(jī)

在直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子上裝置永久磁鐵,轉(zhuǎn)子采用徑向永久磁鐵制成的磁極,將磁鐵插入轉(zhuǎn)子內(nèi)部,或?qū)⒋盆F固定在轉(zhuǎn)子表面上,轉(zhuǎn)子上不再用電刷和換向器為轉(zhuǎn)子輸入電流,因此稱為永磁無刷直流電機(jī)。如圖4-6所示,永磁無刷直流電機(jī)在工作時(shí),直接將方波電流輸入其定子繞組中,控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。矩形脈沖波電流可以使電機(jī)獲得較大的轉(zhuǎn)矩。此類電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是效率高、轉(zhuǎn)矩大、高速操作性能好、無電刷、結(jié)構(gòu)簡單牢固、免維護(hù)或少維護(hù)、尺寸小、重量輕。

圖4-6永磁無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)無刷直流電機(jī)工作原理如圖4-7所示,有6個(gè)定子空間磁勢,根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測到的轉(zhuǎn)子位置和要求轉(zhuǎn)向來決定產(chǎn)生哪一個(gè)磁勢產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩最大。利用電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出信號控制電子換向線路去驅(qū)動(dòng)逆變器的功率開關(guān)器件,使電樞繞組依次饋電,從而在定子上產(chǎn)生跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場,拖動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)子位置傳感器又不斷送出位置信號,不斷改變電樞繞組的通電狀態(tài),使得在某一磁極下導(dǎo)體中的電流方向保持不變,這樣電機(jī)就旋轉(zhuǎn)起來了。圖4-7永磁無刷直流電機(jī)工作原理無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、回饋制動(dòng)控制邏輯控制原理如圖4-8所示。圖4-8無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、回饋制動(dòng)控制原理4.2三相異步電機(jī)4.2.1三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)4.2.2三相異步電機(jī)的工作原理4.2.3三相異步電機(jī)的制動(dòng)與反轉(zhuǎn)4.2.4三相異步電機(jī)的調(diào)速

4.2.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)1.定子定子是電動(dòng)機(jī)的固定部分，主要由鐵芯和繞在鐵芯上的三相繞組構(gòu)成。鐵芯一般由表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成，其內(nèi)圓周均勻分布一定數(shù)量的槽孔，用以嵌置三相定子繞組。2.轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子繞組根據(jù)構(gòu)造分成兩種，籠式和繞線式?；\式轉(zhuǎn)子是在轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)壓進(jìn)銅條，銅條兩端分別焊在兩個(gè)銅環(huán)（端環(huán)）上；繞線轉(zhuǎn)子的鐵芯與籠式相同，不同的是在轉(zhuǎn)子的鐵芯槽內(nèi)嵌置對稱三相繞組并作星形連接?；\式轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子4.2.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生在空間上互差的三相對稱繞組中分別通入三相對稱交流電流，它們將產(chǎn)生各自的交變磁場，三個(gè)交變磁場將合成為一個(gè)兩極旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為：2.轉(zhuǎn)動(dòng)原理電流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場中受到電磁力的作用，電磁力對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向（順時(shí)針方向）旋轉(zhuǎn)。3.轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速同方向。通常把同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的差值與同步轉(zhuǎn)速之比稱為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理

2.制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方式有機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)兩大類。其中電氣制動(dòng)主要有：能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)。(1)能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)的原理如圖

所示：這種制動(dòng)方法是利用轉(zhuǎn)子慣性轉(zhuǎn)動(dòng)的能量切割磁場而產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，其實(shí)質(zhì)是將轉(zhuǎn)子機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，并最終變成熱能消耗在轉(zhuǎn)子回路的電阻上，故稱能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)。4.2.3三相異步電機(jī)的制動(dòng)和反轉(zhuǎn)(2)反接制動(dòng)如圖

所示是反接制動(dòng)的原理圖。改變電動(dòng)機(jī)的三相電源相序，從而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)磁場反向，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個(gè)與原轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)力矩，迫使轉(zhuǎn)子迅速停轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，必須立即切斷電源。在反接制動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速很大，定子繞組電流也很大，為確保運(yùn)行安全，必須在定反接制動(dòng)子繞組中串入限流電阻。

2.反轉(zhuǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場方向相同，而旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向取決于定子繞組通入的三相電流的相序，所以只要將三根電源線中的任意兩根對調(diào)，通入定子繞組的電流相序改變，從而就可使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。人為地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這就是通常所說的調(diào)速。1.變頻調(diào)速變頻調(diào)速指通過改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)電源的頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。2.變極調(diào)速變頻調(diào)速裝置變極調(diào)速就是通過改變旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)來實(shí)現(xiàn)對三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。3.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速改變調(diào)速變阻器的大小，就可平滑調(diào)速。譬如增大調(diào)速電阻，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)速

下降；反之，轉(zhuǎn)速

上升。從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。4.2.4三相異步電機(jī)的調(diào)速4.3

永磁同步電機(jī)4.3.1永磁同步機(jī)類型4.3.2永磁同步機(jī)結(jié)構(gòu)4.3.3永磁同步電機(jī)工作原理4.3

永磁同步電機(jī)

永磁同步電機(jī)是將永久磁鐵取代他勵(lì)式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組,電機(jī)的定子與普通同步電機(jī)一樣。轉(zhuǎn)子采用徑向永久磁鐵制成的磁極,做成多層永磁磁極。

永磁同步電機(jī)具有功率密度高、調(diào)速范圍寬、效率高、性能更加可靠、結(jié)構(gòu)更加簡單、體積小的優(yōu)點(diǎn)。與相同功率的其他類型的電機(jī)相比,更加適合作為純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車和混合動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。4.3.1永磁同步機(jī)類型按照轉(zhuǎn)子永磁體結(jié)構(gòu)分類:表面永磁同步電機(jī)、內(nèi)置式永磁同步電機(jī)。按照定子繞組感應(yīng)電勢波形分類:正弦波永磁同步電機(jī)、無刷永磁直流電機(jī)。4.3.2永磁同步機(jī)結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖4-18所示，主要是由轉(zhuǎn)子、端蓋及定子等各部件組成。永磁同步電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與普通的感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)非常相似，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與異步電機(jī)的最大不同是在轉(zhuǎn)子上放有高質(zhì)量的永磁體磁極，根據(jù)在轉(zhuǎn)子上安放永磁體的位置的不同，永磁同步電機(jī)通常被分為內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和表面式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。圖4-18永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)1.內(nèi)置式永磁同步電機(jī)內(nèi)置式永磁同步電機(jī)按永磁體磁化方向可分為徑向式、切向式和混合式,在有阻尼繞組情況下如圖4-19所示。內(nèi)置式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子由于內(nèi)部嵌入永磁體,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子機(jī)械結(jié)構(gòu)上的凸極特性。(a)徑向式(b)切向式(c)混合式圖4-19內(nèi)置式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)2.外置式永磁同步電機(jī)外置式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖4-20所示。根據(jù)永磁體是否嵌入轉(zhuǎn)子鐵心中,可以分為面貼式和插入式兩種。外置式永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)比內(nèi)置式電機(jī)簡單,且具有制造容易、成本低等優(yōu)點(diǎn),因而工業(yè)上應(yīng)用較多。(a)面貼式(b)插入式圖4-20外置式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)1-永磁體2—轉(zhuǎn)軸4.3.3永磁同步電機(jī)工作原理永磁同步電機(jī)的三相六狀態(tài)工作原理如圖4-21所示。電機(jī)靜止時(shí)，給定子繞組通入三相對稱電流，產(chǎn)生定子旋轉(zhuǎn)磁場，定子旋轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)在籠型繞組內(nèi)產(chǎn)生電流，形成轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場，定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子由靜止開始加速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子加速到速度接近同步轉(zhuǎn)速的時(shí)候，轉(zhuǎn)子永磁磁場與定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速接近相等，定子旋轉(zhuǎn)磁場速度稍大于轉(zhuǎn)子永磁磁場，它們相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子牽入到同步運(yùn)行狀態(tài)。永磁同步電機(jī)是靠轉(zhuǎn)子繞組的異步轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)的。啟動(dòng)完成后，由永磁體和定子繞組產(chǎn)生的磁場相互作用產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。圖4-21永磁同步電機(jī)三相六狀態(tài)工作原理4.4開關(guān)磁阻電機(jī)4.4.1開關(guān)磁阻電機(jī)性能特點(diǎn)4.4.2開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)4.4.3開關(guān)磁阻電機(jī)工作原理4.4.4開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4.4.1開關(guān)磁阻電機(jī)性能特點(diǎn)1)開關(guān)磁阻電機(jī)的結(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；2)開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速范圍寬、控制靈活,易于實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩-速度特性,SRM起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、低速性能好,沒有異步電機(jī)在起動(dòng)時(shí)所出現(xiàn)的沖擊電流的現(xiàn)象；3)開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電流極性無關(guān)，從而減少功率變換器的開關(guān)器件數(shù)量,減低了成本,可靠性高,控制方便,容易實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和起動(dòng)、制動(dòng)等特定的調(diào)節(jié)控制；4)開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式對轉(zhuǎn)速限制小，可制成高轉(zhuǎn)速電機(jī)，而且轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，在電流每次換相時(shí)又可以改變相匝轉(zhuǎn)矩的大小和方向；5)損耗小,主要產(chǎn)生在定子,電機(jī)易于冷卻,電機(jī)轉(zhuǎn)子不存在勵(lì)磁及轉(zhuǎn)差損耗,由于功率變換元器件少,相應(yīng)的損耗也?。?)可控參數(shù)多、調(diào)速性能好,可控參數(shù)有主開關(guān)開通角、主開關(guān)關(guān)斷角、相電流幅值和直流電源電壓。適于頻繁起、停及正、反轉(zhuǎn)運(yùn)行；7)開關(guān)磁阻電機(jī)控制較復(fù)雜，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大與噪聲、震動(dòng)大。4.4.2開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)磁阻電機(jī)大致可以分為開關(guān)磁阻電機(jī)、同步磁阻電機(jī)和其他類型磁阻電機(jī)3類。開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子上都有凸極,同步磁阻電機(jī)中只有轉(zhuǎn)子有凸極,定子的結(jié)構(gòu)和異步電機(jī)定子一樣。開關(guān)磁阻電機(jī)一般為凸極鐵心結(jié)構(gòu),其定子、轉(zhuǎn)子均由普通硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子上既無繞組也無永久磁體,一般裝有位置檢測器。定子上繞有集中繞組,徑向相對的兩個(gè)繞組串聯(lián)構(gòu)成一相繞組。根據(jù)相數(shù)和定子、轉(zhuǎn)子極數(shù)的配比,開關(guān)磁阻電機(jī)可以設(shè)計(jì)成不同的結(jié)構(gòu),如圖4-22所示。(a)6/4極(b)8/6極(c)12/8極圖6-22開關(guān)磁阻電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)4.4.3開關(guān)磁阻電機(jī)工作原理圖4-23四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)工作原理圖4-23所示為四相(8/6)結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電機(jī)原理圖。圖中只畫出A相繞組及其供電電路。開關(guān)磁阻電機(jī)的運(yùn)行原理遵循“磁阻最小原理”，磁通總要沿著磁阻最小的路徑閉合，而具有一定形狀的鐵心在移動(dòng)到最小磁阻位置時(shí)，必使自己的主軸線與磁場的軸線重合。圖4-23中，當(dāng)定子D-D極勵(lì)磁時(shí)，1-1向定子軸線D-D重合的位置轉(zhuǎn)動(dòng)，并使D相勵(lì)磁繞組的電感最大。若以圖中定、轉(zhuǎn)子所處的相對位置作為起始位置，則依次D→A→B→C相繞組通電，轉(zhuǎn)子即會(huì)逆著勵(lì)磁順序以逆時(shí)針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)；反之，若依次給B→A→D→C相通電，則電機(jī)即會(huì)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢?，開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)向與相繞組的電流方向無關(guān)，而僅取決于相繞組通電的順序。4.4.4開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)框圖如圖4-24所示，主要由開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)、功率變換器、控制器、轉(zhuǎn)子位置檢測器四大部分組成。其中開關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。功率變換器用以提供電機(jī)所需的電能。傳感器主要用來反饋位置及電流信號,并傳送給控制器?？刂破麽槍鞲衅魈峁┑霓D(zhuǎn)子位置、速度和電流反饋信息以及外部輸入的指令,實(shí)時(shí)加以分析處理,進(jìn)而采取相應(yīng)的控制決策,控制功率變換器中主開關(guān)器件的工作狀態(tài)以控制開關(guān)磁阻電機(jī)。圖4-24開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在電動(dòng)汽車領(lǐng)域應(yīng)用的主要優(yōu)勢如下:1)通過適當(dāng)?shù)目刂撇呗院拖到y(tǒng)設(shè)計(jì),開關(guān)磁阻電機(jī)能滿足電動(dòng)汽車四象限運(yùn)行的要求,并能在高速運(yùn)行區(qū)域內(nèi)保持較強(qiáng)的制動(dòng)能力。2)開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有良好的散熱性能,功率密度大,減小了電機(jī)體積和質(zhì)量,節(jié)省了電動(dòng)汽車的有效空間。3)開關(guān)磁阻電機(jī)在很寬的功率和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能保持高效率,能有效提高電動(dòng)汽車一次充電的連續(xù)行駛里程。4)開關(guān)磁阻電機(jī)可以達(dá)到良好控制特性,而且容易智能化,從而能通過編程和替換電路元器件滿足不同類型電動(dòng)汽車的運(yùn)行要求。5)開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)無需或很少需要維護(hù),適用于高溫、惡劣環(huán)境,具有良好的適應(yīng)性能。謝謝大家！第5章新能源汽車安全用電及高壓防護(hù)5.1人體觸電及其防護(hù)5.1.1電流對人體傷害的類型5.1.2電流對人體體傷害程度的影響因素5.1.3人體常見的觸電方式5.1.4觸電事故發(fā)生的原因及保護(hù)措施

5.1.1電流對人體傷害的類型1.電傷電傷是由于電流的熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)以及在電流的作用下使熔化或蒸發(fā)的金屬微粒等侵入人體皮膚，使皮膚局部發(fā)紅、起泡、燒焦或組織破壞，嚴(yán)重時(shí)也可危及人命。電傷多發(fā)生在及以上的高壓帶電體上。2.電擊電擊指電流觸及人體而使內(nèi)部器官受到損害，它是最危險(xiǎn)的觸電事故。當(dāng)電流通過人體時(shí)，輕者使人體肌肉痙攣，產(chǎn)生麻電感覺，重者會(huì)造成呼吸困難，心臟麻痹，甚至導(dǎo)致死亡。電擊多發(fā)生在對地電壓為的低壓線路或帶電設(shè)備上。3.電磁場傷害電磁場傷害指人體在電磁場作用下吸收能量受到的傷害。受到電磁場傷害后,人會(huì)出現(xiàn)頭暈、乏力、記憶力減退、失眠和多夢等神經(jīng)系統(tǒng)衰弱的癥狀。5.1.2電流對人體體傷害程度的影響因素1.通過人體電流的大小通過人體的電流越大,人的生理反應(yīng)越明顯,危險(xiǎn)性也越大。通過人體的電流大小取決于觸電電壓和人體的電阻,人體電阻一般為800～1000kΩ。表5-1是不同大小的電流對人體的作用。2.電流的頻率常用的50～60Hz的工頻交流電對人體的傷害最嚴(yán)重。3.電流的作用時(shí)間人體觸電,當(dāng)通過電流的時(shí)間越長,越易造成心室顫動(dòng),生命危險(xiǎn)性就越大。據(jù)統(tǒng)計(jì),觸電1～5min內(nèi)急救,90%有良好的效果,10min內(nèi)有60%救生率,超過15min希望甚微。4.電流通過人體的途徑電流通過頭部可使人昏迷;通過脊髓可能導(dǎo)致癱瘓;通過心臟會(huì)造成心跳停止,血液循環(huán)中斷;通過呼吸系統(tǒng)會(huì)造成窒息。5.人體的身體狀況人體電阻是不確定的,皮膚干燥時(shí)一般為800kΩ左右,而一旦潮濕可降到1kΩ。人體不同,對電流的敏感程度也不一樣。電流/mA對人體的作用<0.7無感覺1有輕微感覺1～3有刺激感,一般電療儀器取此電流3～10感到痛苦,但可自行擺脫10～30引起肌肉痙攣,短時(shí)間無危險(xiǎn),長時(shí)間有危險(xiǎn)30～50強(qiáng)烈痙攣,時(shí)間超過60s即有生命危險(xiǎn)50～250產(chǎn)生心臟室性纖顫,喪失知覺,嚴(yán)重危害生命>250短時(shí)間內(nèi)(1s以上)造成心臟驟停,體內(nèi)造成電灼傷表5-1不同大小的電流對人體的作用5.1.3人體常見的觸電方式1.單相觸電單相觸電是常見的觸電方式。人體的某一部分接觸帶電體的同時(shí)，另一部分又與大地或中性線相接，電流從帶電體流經(jīng)人體到大地或中性線，形成回路。2.兩相觸電人體的不同部分同時(shí)接觸兩相電源時(shí)造成的觸電，如圖

所示。對于這種情況，無論電網(wǎng)中性點(diǎn)是否接地，人體所承受的線電壓將比單相觸電時(shí)高，危險(xiǎn)更大。3.跨步電壓觸電如果人或牲畜站在距離電線落地點(diǎn)8～10米以內(nèi)。就可能發(fā)生觸電事故，這種觸電叫做跨步電壓觸電。4.接觸電壓觸電接觸電壓是指人站在發(fā)生接地短路故障設(shè)備旁邊，距設(shè)備水平距離0.8米，這時(shí)人手觸及設(shè)備外殼手與腳兩點(diǎn)之間呈現(xiàn)的電位差，叫做接觸電壓。5.1.4觸電事故發(fā)生的原因及保護(hù)措施1.觸電事故發(fā)生的原因由于電氣原因而造成的人身傷亡和設(shè)備損壞的事故,稱為電氣事故,它包括人身事故和設(shè)備事故。人身事故包括電流傷害、電磁傷害、靜電傷害、雷電傷害、電氣設(shè)備故障等造成的人身傷害。設(shè)備事故包括短路、漏電和操作事故等。(1)違章操作違章操作是引起電氣事故的原因之一。

(2)施工不規(guī)范在電氣操作中施工不規(guī)范也會(huì)引起電氣事故。

(3)電氣產(chǎn)品質(zhì)量不合格使用了不合格的電氣產(chǎn)品,也會(huì)導(dǎo)致電氣事故。2.防止觸電的保護(hù)措施

(1)直接觸電的預(yù)防①絕緣措施。②屏護(hù)措施。③間距措施。(2)間接觸電的預(yù)防①加強(qiáng)絕緣。②電氣隔離。(3)防止人體觸電的技術(shù)措施①保護(hù)接地。如圖５-５所示。②保護(hù)接零。如圖５-６所示。圖5-6保護(hù)接零圖5-5保護(hù)接地對于采用保護(hù)接零系統(tǒng)的要求:A.零線上不能裝熔斷器和斷路器,以防止零線回路斷開時(shí),零線出現(xiàn)相電壓而引起的觸電事故。B.在同一低壓電網(wǎng)中,不允許將一部分電氣設(shè)備采用保護(hù)接地,而另一部分電氣設(shè)備采用保護(hù)接零。C.在接三孔插座時(shí),不準(zhǔn)將插座上接電源零線的孔同接地線的孔串接。正確的接法是接電源零線的孔同接地的孔分別用導(dǎo)線接到零線上。D.中性點(diǎn)必須良好接地外,還必須將零線重復(fù)接地,三相五線制中要將PE線重復(fù)接地。③工作接地。將電力系統(tǒng)中某一點(diǎn)直接或經(jīng)特殊設(shè)備與地作金屬連接,稱為工作接地,如圖5-7所示。④重復(fù)接地。如圖5-8所示。圖5-7工作接地圖5-8重復(fù)接地5.2新能源汽車高壓安全與防護(hù)5.2.1電壓等級與高電壓危險(xiǎn)性5.2.2高壓防護(hù)措施5.2.3新能源電動(dòng)汽車安全用電常識(shí)5.2.1電壓等級與高電壓危險(xiǎn)性電壓等級是電力系統(tǒng)及電力設(shè)備的額定電壓級別系列。目前,我國將電壓等級劃分為以下幾種:安全電壓通常為36V以下,我國規(guī)定安全電壓為42V、36V、24V、12V和6V。低壓指對地電壓在1000V及以下。交流系統(tǒng)中的220V三相四線制的380V/220V中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的均屬低壓。高壓指1000V以上的電力輸變電電壓,或380V以上的配用電電壓。超高壓為330～750kV。特高壓為1000kV交流,±800kV直流以上。1.高電壓作業(yè)的職業(yè)危害(1)電擊效應(yīng)。(2)熱效應(yīng)。(3)化學(xué)效應(yīng)。(4)肌肉刺激效應(yīng)。(5)發(fā)生靜態(tài)短路的熱效應(yīng)。(6)短路引起火花,金屬很快熔化,產(chǎn)生飛濺的火花,飛濺出來的金屬顆粒溫度超過5000℃,可能引起燒傷。(7)帶電高壓線路接通和斷開時(shí)所產(chǎn)生的光輻射可能造成電光性眼炎。2.高壓電流對人體的危害(1)高壓電流穿過人體時(shí)會(huì)切斷神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)出的信號(甚至包括通向心臟的信號),并且會(huì)燒傷內(nèi)臟和組織。人體內(nèi)電流經(jīng)過的不同路徑的電阻值如圖5-9所示。(2)高壓電流還會(huì)對人體產(chǎn)生生理作用(3)高壓電流對呼吸系統(tǒng)肌肉組織和心肌的干擾最危險(xiǎn)電流強(qiáng)度、電流持續(xù)時(shí)間和頻率(交流電)超過一定值就可能導(dǎo)致心室顫動(dòng)。(4)高壓電流的加熱作用對人體的危害流過人體內(nèi)的電流會(huì)加熱人體組織。體液也會(huì)在電流的加熱作用下蒸發(fā),這稱為內(nèi)部燒傷。。圖5-9人體不同路徑的電阻值3.高壓電弧對人體的傷害電弧對人的危害主要表現(xiàn)在以下方面：(1)燒傷:如果人體靠近電弧或直接進(jìn)入電弧內(nèi),則會(huì)因高溫而導(dǎo)致嚴(yán)重?zé)齻?。因此不要進(jìn)入電弧內(nèi),只能在戴上防護(hù)手套的情況下握住導(dǎo)體。(2)紫外線輻射:電荷載體碰撞不僅產(chǎn)生熱量,還會(huì)發(fā)射光線(含紫外線)。紫外線可能傷害眼睛,準(zhǔn)確地說是造成視網(wǎng)膜傷害,這稱為“灼傷”。(3)四周飛揚(yáng)的微粒:電弧產(chǎn)生的高溫不斷將離子和電子從導(dǎo)體材料中“拉出”。此時(shí),較小的微粒也可能隨之“逃出”,然后不受控制地飛向四周。通常情況下,這些微粒非常熱。5.2.2高壓防護(hù)措施1.車輛的保護(hù)接地(1)純電動(dòng)汽車適用的IT電網(wǎng)結(jié)構(gòu)純電動(dòng)汽車采用IT系統(tǒng),如圖5-10所示。IT系統(tǒng)由于電源與車身沒有導(dǎo)通連接,所以即便正極對殼體漏電,殼體與車架連接,也不會(huì)形成回路。熔絲不會(huì)熔斷,也就不會(huì)被斷電。接地的目的主要是:①保證等電位連接:電氣部件出現(xiàn)故障時(shí)保證等電位,并且消除危險(xiǎn)感應(yīng)電勢差(如電機(jī)感應(yīng)電勢與車體間的電勢差);②電磁兼容性設(shè)計(jì):減少系統(tǒng)電磁干擾。5-10純電動(dòng)汽車采用的IT系統(tǒng)(2)等電位連接如圖5-11所示,基于IT系統(tǒng),可以使用將電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部件直接或通過保護(hù)導(dǎo)體與車輛底盤相連接的方法來進(jìn)行等電位聯(lián)結(jié)。圖5-11中所示第1個(gè)故障:系統(tǒng)仍能工作,組合儀表上有黃色警告信息。圖5-14中所示第2個(gè)故障:控制系統(tǒng)會(huì)將高壓系統(tǒng)切斷(斷電),同時(shí)系統(tǒng)內(nèi)會(huì)短路,功率電子裝置內(nèi)和保養(yǎng)插頭內(nèi)的熔絲會(huì)爆開,組合儀表上會(huì)有紅色警告信息,高壓系統(tǒng)無法工作、也無法重新起動(dòng)。圖5-11等電位連接2.絕緣防護(hù)電動(dòng)汽車電氣系統(tǒng)絕緣問題,應(yīng)確保絕緣電阻能夠滿足人身安全需求,保證絕緣電阻值大于100Ω,動(dòng)力系統(tǒng)的測量階段最小瞬間絕緣電阻為500Ω。(1)絕緣防護(hù)等級通常電動(dòng)汽車最低報(bào)警絕緣電阻值設(shè)定為500kΩ,由電池管理系統(tǒng)BMS來承擔(dān)檢測功能,當(dāng)檢測到的絕緣電阻值低于該值時(shí),BMS將對應(yīng)的絕緣故障碼上報(bào)給上位機(jī),整車上則由組合儀表來進(jìn)行代碼顯示和故障燈報(bào)警。根據(jù)電路的工作電壓U,將電路分為兩個(gè)等級,見表5-2。電壓級別工作電壓直流電壓/V(15～150Hz)交流電壓有效值/VＡ0<U≤600<U≤25Ｂ60<U≤100025<U≤660表5-2電路等級①定義Ⅰ類設(shè)備(圖5-12),是依靠基本絕緣對帶電部件進(jìn)行防觸電保護(hù),并把這個(gè)設(shè)備中外露可導(dǎo)電部件與保護(hù)導(dǎo)體相連的設(shè)備。②定義Ⅱ類設(shè)備(圖5-13),是使用雙重絕緣或加強(qiáng)絕緣進(jìn)行防觸電保護(hù)的設(shè)備。圖5-12Ⅰ類設(shè)備圖5-13Ⅱ類設(shè)備關(guān)于絕緣防護(hù)的一些重要定義見表5-3。表5-3關(guān)于絕緣防護(hù)的一些重要定義3.電氣隔離所謂電氣隔離,就是將電源與用電回路進(jìn)行隔離,即將用電的分支電路與整個(gè)電氣系統(tǒng)隔離,使之成為一個(gè)在電氣上被隔離的、獨(dú)立的不接地安全系統(tǒng),以防止在裸露導(dǎo)體故障帶電情況