《新能源汽车基础》3车用驱动电机

2、他励直流电机机械特性 电压平衡式 Ua Ea IaR
机械特性：
n
Ua Ce
Ra CeCT 2
Tem
n0
Tem
n0
n
3、串励直流电机机械特性 电压平衡方程式 U Ea Ia Ra I f R f
当负载较轻、磁路未饱和时，磁通与励磁电流成正比：
Φ KfIf
负载较轻时的机械特性： n CT U Ra R f
第3章 车用驱动电机
概述 直流电机 交流异步电机 永磁交流电机 开关磁阻电机
第1节 概述
车辆电驱动系统的功用是在驾驶员的控制下，高效率地将蓄电池 的能量转化为车轮的动能，或者将车轮上的动能反馈到蓄电池中。
组成：电气系统部分和机械部分 – 电气系统由驱动电机、功率转换器和电子控制器组成。 – 机械部分包括机械传动装置（可选）和车轮。
1. 驱动电机的工作条件 工作条件与一般工业电机有明显不同:
（1）驱动电机的转速、转矩变化范围大。 （2）驱动电机所处的使用环境恶劣。 （3）车载的能量有限。
2. 对驱动电机的要求 （1）低速时能输出大转矩，适应起动、加速、爬坡、频繁起
停；基速以上可恒功率运行，以适应高速、超车等要求。
（2）要求有较强的过载能力，能承受4~5倍的过载，以满足大 强度加速与重负荷爬坡要求。
独控制励磁绕组电流和转子绕组电流来调节电机转速和转矩。 （5）技术成熟，生产规模大，价格便宜。
缺点： （1）换向器和电刷的存在，引起转矩波动，并限制转速的升高。 （2）电刷带来摩擦与射频干扰。 （3）由于磨损和断裂，换向器和电刷需定期维护。
这些缺点使其可靠性较低且需经常维护，限制了在车辆驱动上的广泛应 用。不过, 由于低成本和易于控制，在低功率电动车辆如电动自行车和电 动三轮车中仍然大量使用。
直流斩波器改变输出平均电压的方 法有三种：
（1）脉冲宽度调制 （Pulse Width Modulation，PWM）
（2）脉冲频率调制 （Pulse Frequency Modulation， PFW）
（3）两点式控制
电压
电压
电压
频率不变、脉宽可变 脉宽固定、频率可变 脉宽可变、频率可变
时间 时间 时间
合成磁场方向的变化
三相交流电波形
2、异步电动机的转动原理
定子三相绕组接入三相对称交 流电网；转子绕组对称短路。
定子（三相 对称电流I 通入三相对 称绕组）
转Байду номын сангаас （n）
圆形旋转 磁场 (ns=60fs/P)
以ns 切割转 子绕组
••
E2 I2
（右手定则）
电磁转距
转子导体受 电磁力 (左手定则)
电机转速和旋转磁场同步转速的关系
按照绕组的形式不同，转子分为笼型转子和绕线型转子
笼型转子：由插入每个转子槽中的导条和两侧的短路端环构成， 如果去掉转子铁心，剩余的转子绕组就像一个松鼠笼子。
绕线型转子：三相对称绕组一般接成星形。
三相绕线型绕组
二、异步电动机的工作原理 1、旋转磁场的产生
若三相绕组连接成星形，在空间彼此相隔120°
（3）整个运行范围内有高效率，利于节能，延长续驶里程。 （4）能高效回收制动反馈能量。 （5）要求结构紧凑、体积小、重量轻、比功率高。 （6）有良好的耐高温、耐潮湿能力和高可靠性。 （7）结构简单，使用维护方便，成本较低。
3、车用驱动电机类型
直流电机 交流异步电机 永磁同步电机 无刷直流电机 开关磁阻电机
式、串励式和复励式。
四、直流电机的机械特性
1、感应电动势和电磁转矩
电枢感应电动势： Ea CeΦn
Ce为由电机结构决定的电动势常数，Φ为每极磁通，n为转子转速。
电机电磁转矩：
Tem CT ΦI a
CT为由电机结构决定的转矩常数，Ia为电枢电流。
Ea与每极磁通Φ和转速n成正比，Tem与每极磁通Φ和电枢电 流Ia成正比
一、结构
第2节 直流电机
定子产生磁场 。组成：机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置
转子产生电磁转矩和感应电动势。组成：电枢铁心、电枢绕组、转轴和换 向器
二、直流电机工作原理
电刷 换向器
三、直流电机类型
按照产生磁场的方式分类，直流电机分为励磁式和永磁式。 根据励磁方式的不同，励磁式直流电机分为他励式、并励
第3节 交流异步电机
一、交流异步电机结构
主要由定子、转子以及一些附件构成。
1、定子
由定子铁心、定子绕组、端盖、机座等组成。
定子铁心 ：主磁路的组成部分，并嵌放定子绕组。由厚度 为0.35-0.5mm的硅钢片叠装而成。为了嵌放定子绕组，在 定子冲片内圆周上均匀地冲制若干个形状相同的槽。
• 定子绕组：电机的电路部分。三相绕组由三个独立的绕组 组成，在空间相差120°电角度。每个绕组又由若干线圈 连接而成。定子绕组可以接成星形或三角形。
电动机转速: n
电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，
但 n ns
异步电动机
提示：如果 n ns
脉宽调制直流调速系统主电路
六、 直流电机的特点
优点： （1）起动性能好。具有较大的起动力矩，适用于重负载下起动的机械。用
于驱动车辆可实现快速进步。 （2）恒功率范围大，用于驱动车辆时可保证车辆的高速行驶能力。 （3）调速性能好。可实现均匀平滑的无级调速，且具有较宽调速范围。 （4）控制比较简单。直流电机易于建模，输入输出具有线性关系，可以单
• 机座：也是主磁路的组成部分。定子铁心固定在机座内， 机座起着固定定子铁心的作用。
• 端盖：装在机座两端，它起着保护电动机铁心和绕组端部 的作用。
2、转子 由转子铁心、转子绕组、转轴和轴承组成
转子铁心：主磁路的组成部分。套压在转轴或转子支架上。 由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成，转子铁心呈圆柱形，在 外圆有均匀分布的槽用于嵌放转子绕组。
Ce Tem
Ce
4、复励直流电机机械特性
1—他励 2—串励 3—复励
五、 直流电机的控制
1、直流电机的调速方法
n
Ua CeΦ
Ra CeCT Φ 2
Tem
电枢串电阻调速 电枢电源降压调速 弱磁调速
降压调速和弱磁调速配合的直流电机特性
2、直流脉宽调制调速
DC/DC转换器以斩波方式工作时， 称为直流斩波器。通过周期性地快 速开通、关断开关器件，把输入电 压斩成一系列的脉冲电压，改变脉 冲列的脉冲宽度或频率来调节输出 电压的平均值。