项目三 驱动电机系统 任务一 认知直流电机

新能源汽车技术项目三驱动电机系统任务一认知直流电机任务一认知直流电机一、驱动电机种类电机的种类很多，用途广泛，功率的覆盖面非常大，常见的电动机分类及其种类如下：（1）功能分类驱动电动机和控制电动机（包括步进、测速、伺服、自整角电动机等）。电动机的转速与电网电源频率之间的关系分类：同步电动机和异步电动机。（2）最高转速分类最高转速小于6000r/min的普通电动机和最高转速高于6000r/min的高速电动机。（3）电源相数分类单相电动机和三相电动机。（4）按防护类型分类电动机可分为开启式、防护式、封闭式、隔爆式、防水式和潜水式电动机。（5）安装结构分类卧式、立式、带底脚式、带凸缘式电动机。（6）绝缘等级分类E级、B级、F级、H级等。（7）电能种类分类直流电动机和交流电动机（方波电动机和正弦波电动机）。任务一认知直流电机二、驱动电机主要性能参数电机主要性能指标如下：（1）额定功率在额定条件下的输出功率。（2）持续功率规定的最大、长期工作的功率。（3）峰值功率在规定的持续时间内，电机允许的最大输出功率。（4）额定转速额定功率下电机的最低转速。（5）额定转矩电机在额定功率和额定转速下的输出转矩。（6）峰值转矩电机在规定的持续时间内允许输出的最大转矩。（7）堵转转矩转子在所有角位堵住时所产生的转矩最小测得值。（8）电压控制方式通过改变电机端电压而实现控制转速的方式。（9）电流控制方式通过改变电机绕组电流而实现控制转速的方式。（10）频率控制方式通过改变电机的电源频率而实现控制转速的方式。任务一认知直流电机二、驱动电机主要性能参数（11）矢量控制将交流电机的定子电流作为矢量，经坐标变换分解成与直流电机的励磁电流和电枢电流相对应的独立控制电流分量，以实现电机转速/转矩控制的方式。（12）PWM控制通过脉宽调制（PWM）实现电压变化的控制方式。（12）转矩控制以转矩为目标值，控制指令为转矩值的控制方式。（13）转速控制以转速为目标值，控制指令为转速值的控制方式。（14）功率控制以功率为目标值，控制指令为功率值的控制方式。（15）再生制动控制通过驱动电机由电动状态转换为发电状态，将行驶中车辆的动能转换为电能回充至车载储能装置而实现对车速控制的控制方式。（16）弱磁控制通过减弱气隙磁场控制电机转速的控制方式。。任务一认知直流电机二、驱动电机主要性能参数（17）输出特性电机的转矩、输出功率与转速的关系。1）连续输出特性在规定的条件下，电机和控制器非限时连续运行的最大输出特性。2）短时输出特性在规定的条件下，电机和控制器在规定的时间内连续运行的最大输出特性。（18）电机效率驱动电机输出功率与输人电功率的百分比。（19）控制器效率控制器输出电功率与输人电功率的百分比。（20）驱动电机系统效率驱动电机系统的输出功率与输入电功率的百分比。输入电功率包含为确保驱动电机系统正常运行的其他器件电功率。任务一认知直流电机三、新能源汽车对驱动电机性能的基本要求新能源汽车驱动电机具有比普通工业电机更为严格的技术规范和标准要求，其主要性能要求如下。1）体积小、质量轻为了充分利用有限的车载空间，减小车辆质量，降低运行中的能量消耗，应尽量减小驱动电机的体积和质量。电机可以采用铝合金外壳，各种控制装置和冷却系统等也要求尽可能轻量化和小型化。2）全速段高效运行一次充电续驶里程长，特别是在车辆频繁起停或变速运行的情况下，驱动电机应具有较高的效率。3）低速大转矩及宽范围的恒功率特性即使没有变速器，驱动电机本身应能满足所需的转矩特性，以获得在起动、加速、行驶、减速、制动等各种运行工况下的功率和转矩要求。驱动电机应具有自动调速功能，可以减轻驾驶人的操纵强度，提高驾驶的舒适度，并且能够达到与传统内燃机汽车同样的控制响应。任务一认知直流电机三、新能源汽车对驱动电机性能的基本要求4）高可靠性在任何运行工况下都应具有高可靠性，以确保车辆的行驶安全。5）高电压在允许的范围内尽可能采用高电压，可以减小电机的尺寸和控制器、导线等设备的尺寸，特别是可以降低逆变器的成本。6）安全性能动力电池组、驱动电机等强电部件的工作电压能达到300V以上，对电气系统的安全性和控制系统的安全性提出了更高的要求，新能源汽车驱动电机必须符合相关车辆电气控制的安全性能标准和规定。7）高转速与低转速电机相比，高转速电机的体积和质量较小，有利于降低整车装备的质量。8）使用寿命长为降低新能源汽车的使用成本，驱动电机的使用寿命应和车辆保持一致，真正实现节能环保的目标。同时，驱动电机还要求具有耐温和耐潮性能好、运行噪声低、结构简单、成本低、适合批量生产、使用维护方便。任务一认知直流电机四、直流电机的分类绕组励磁式直流电机根据励磁方式的不同，可分为他励式、并励式、串励式和复励式4种类型。1.他励式直流电机他励式直流电机的励磁绕组与电枢绕组无连接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电，因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。他励式直流电机在运行过程中励磁磁场稳定而且容易控制，容易实现新能源汽车的再生制动要求。当采用永磁激励时，虽然电机效率高、重量轻和体积小，但由于励磁磁场固定，电机的机械特性不理想，难以满足新能源汽车起动和加速时的大转矩要求。2.并励式直流电机并励式直流电机的励磁绕组与电枢绕组并联，共用同一电源，性能与他励式直流电动机基本相同。并励绕组两端电压就是电枢两端电压，但是励磁绕组用细导线绕成，其匝数很多，因此具有较大的电阻，使得通过它的励磁电流较小。任务一认知直流电机四、直流电机的分类3.串励式直流电机串励式直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源，这种直流电机的励磁电流就是电枢电流。电机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。为了使励磁绕组中不引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好，所以串励式直流电机通常用较粗的导线绕成，匝数较少。串励式直流电机在低速运行时，能给新能源汽车提供足够大的转矩。在高速运行时，电机电枢中的反电动势增大，与电枢串联的励磁绕组中的励磁电流减小，电机高速时的弱磁调速功能易于实现，因此串励式直流电机驱动系统能较好地符合新能源汽车的特性要求。但串励式直流电机由低速到高速运行时弱磁调速特性不理想，随着新能源汽车行驶速度的提高，驱动电机输出转矩快速减小，不能满足新能源汽车高速行驶时风阻大而需要较大输出转矩的要求。任务一认知直流电机四、直流电机的分类4.复励式直流电机复励式直流电机有并励和串励两个励磁绕组，电机的磁通由两个绕组内的励磁电流产生。若串励绕组产生的磁通量与并励绕组产生的磁通量方向相同，称为积复励；若两个磁通量方向相反，则称为差复励。复励式直流电机的永磁励磁部分采用高磁性钕铁硼材料，运行效率高。由于电机永磁励磁部分有稳定的磁场，因此用该类电机构成驱动系统时易实现再生制动功能。同时由于电机增加了励磁绕组，通过控制励磁绕组的励磁电流或励磁磁场的大小，能克服永磁他励直流电机不能产生足够的输出转矩这种缺陷，以满足新能源汽车低速或爬坡时的大转矩要求，而电机的重量和体积比串励式直流电机小。任务一认知直流电机五、直流电机的工作原理图3-1所示为直流电机的工作原理示意图。定子有一对N、S极，电枢绕组的末端分别接到两个换向片上，正、负电刷A