新能源汽车电机驱动系统 课件 2.1.3 直流电机的工作原理

直流电机的工作原理主讲人：李互财新能源汽车电机驱动系统直流电机类型直流电机以良好的启动性能、调速性能等优点著称，其中属于直流电机一类的有刷直流电机采用机械换向器，换向器和电刷在直流电机中扮演着重要的角色。无刷直流电机简化了电机控制器的结构，克服了有刷直流电机的先天性缺陷。本节课程，我们将学习直流电机的工作原理，了解直流电机驱动背后的科学原理。直流电机类型1.左手定则首先我们要了解电机在运转过程中内部磁和力发生了什么样的变化。在此之前还要牢记安培定律和法拉第电磁感应定律，以便于我们接下来的分析。

位于磁场中的载流导体，会受到力的作用，力的方向可按左手定则确定，如右图所示：伸开左手，使大拇指和其余四指垂直，把手心面向N极，四指顺着电流的方向，那么大拇指所指方向就是载流导体在磁场中的受力方向。直流电机类型2.右手定则（安培定则一）在磁场中运动的导体因切割磁力线会感生出电动势E，如图所示：伸开右手，大拇指指向导体在磁场中的运动方向，其余四指所指向的方向就是感应电流的方向。1、混合励磁同步电机的调速特性用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端就是通电螺旋管的N极。3.右手螺旋定则（安培定则二）直流电机类型直流电机构造1、混合励磁同步电机的调速特性直流电机类型1、混合励磁同步电机的调速特性

下面通过一个简单的模型来说明无刷电机的工作原理。如图1所示，当两头的线圈通上电流时，根据右手螺旋定则，会产生方向指向右的外加磁感应强度B（如粗箭头方向所示），而中间的转子会尽量使自己内部的磁力线方向与外磁力线方向保持一致，以形成一个最短闭合磁力线回路，这样内转子就会按顺时针方向旋转了。图1直流电机类型1、混合励磁同步电机的调速特性

当转子转到水平位置时，磁场与外部磁场方向一致，虽然不再受到转动力矩的作用，但由于惯性原因，还会继续顺时针转动，这时若改变两头螺线管的电流方向，如图2所示，转子就会继续顺时针向前转动。图2直流电机类型1、混合励磁同步电机的调速特性如此不断改变两头螺线管的电流方向，内转子就会不停转起来了。改变电流方向的这一动作，就叫做换相。何时换相只与转子的位置有关，而与转速无关。以上是最简单的两相两级无刷电机的工作原理。直流电机类型1、混合励磁同步电机的调速特性以上是最简单的两相两级无刷电机的工作原理，在模型中两个线圈就相当于电机中的定子绕组，通过改变电流方向的这一动作产生了旋转磁场，从而实现了无刷。在实际的直流无刷电机中，定子铁芯中安放着对称的多相绕组，可接成星形或封闭形（角形），为了在定子中产生旋转磁场则需要不断改变定子绕组的电流方向。定子各相绕组分别与电子开关线路中的相应晶体管相连接。a）三相星形3状态b）四相星形4状态c）三相星形6状态d）两相正交4状态e）三相封闭6状态f）四相封闭4状态直流电机类型1、混合励磁同步电机的调速特性随着转子的连续旋转，位置传感器不断地发送转子位置信号，通过开关电路使定子绕组不断地依次通电，不断地改变通电状态，从而在定子上产生旋转的磁场，驱动永磁转子转动。这就是无刷直流电动机电子换向的实质。下面就以三相导通三相星形六状态的无刷直流电动机为例，进一步说明无刷直流电动机的工作原理。直流电机类型1、混合励磁同步电机的调速特性图3显示了定子绕组的联结方式（转子未画出），三个绕组通过中心的连接点以“Y”型的方式被联结在一起。整个电机就引出三根线A、B、C。当它们之间两两通电时，有6种情况，分别是AB、AC、BC、BA、CA、CB。图3直流电机类型直流电机类型图4(a)~(f)分别描述了这6种情况下每个通电线圈产生的磁感应强度的方向，用图中红、蓝色箭头表示，和两个线圈的合成磁感应强度方向用绿色箭头表示。(a)AB相通电情形(b)AC相通电情形(c)BC相通电情形(d)BA相通电情形(e)CA相通电情形(f)CB相通电情形图4直流电机的基本结构直流电机类型在图(a)中，AB相通电，中间的转子（图中未画出）会尽量往绿色箭头方向对齐，当转子到达图(a)中绿色箭头位置时，外线圈换相，改成AC相通电，这时转子会继续运动，并尽量往图(b)中的绿色箭头处对齐，当转子到达图(b)中箭头位置时，外线圈再次换相，改成BC相通电，再往后以此类推。当外线圈