《新能源汽车驱动电机及控制技术》课件-认知直流电机

1/16项目2：认知直流电动机[]直流电机的结构12/16项目2&6直流电机的基本结构13/16直流电机由两大部分组成:（一）定子（1）主磁极：

主磁极的作用是产生气隙磁场。主磁极由主磁极铁心和励磁绕组组成，主磁极铁心一般由1.0~1.5mm厚的钢板冲片叠压铆紧组成，铁心中的上部套有励磁绕组的部分称为极身，下面扩展的部分称为极靴。励磁绕组由绝缘铜线绕制而成，励磁绕组套在主磁极铁心上通以直流电流来建立磁场。整个主磁极用螺钉固定在机座上。见下图14/16项目2&6直流电机的基本结构（二）转子（电枢部分）1.电枢铁心电枢铁心是主磁通磁路的主要部分，同时用来嵌放电枢绕组。为了降低电机运行时的电枢铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗，电枢铁心一般用0.5mm厚的硅钢片冲片叠压而成为一圆柱体，将其安装在转轴上。电枢的外圆开有电枢槽，槽内嵌入电枢绕组。见下图2.电枢绕组.

电枢绕组的作用是产生电磁转矩和感应电势，是电机进行能量转化的关键部件。电枢绕组叠放在电枢铁心的槽内,是由按一定规律联接的线圈组成，它是直流电机的电路部分。

（a）电枢铁心冲片（b）电枢铁心直流电机的电枢铁心冲片和铁心15/16直流电机的基本结构结论：只要两个线圈边在不同的极下能及时改变电流方向，即可使得直流电动机得到持续的同方向的电磁转矩，从而朝着同一方向连续旋转。由换向器和电刷来完成。N-S极为一对在空间固定不动的磁极（可以是电磁铁也可以是永久磁铁）；两个磁极之间装着一个可以自由转动的铁磁材料制成的圆柱体（称为电枢），圆柱体上装有一个线圈ab。如左图所示。当a导体在N极下，b导体在S极下时产生的电磁转矩逆时针方向当a导体在S极下，b导体在N极下时。

产生的电磁转矩顺时针方向电枢摆动

直流电动机简化模型磁极电枢项目2&6电驱动的结构形式16/16目前位置：cd线圈边在N极下，ab线圈边在S下线圈中电流方向A→d→c→b→a→B电枢逆时针方向旋转ab边:电流b→a,电磁力方向逆时针

cd边:电流d→c,电磁力方向逆时针目前位置：ab线圈边在N极下，cd线圈边在S下线圈中电流方向A→a→b→c→d→B电枢逆时针方向旋转ab边:电流a→b,电磁力方向逆时针

cd边:电流c→d,电磁力方向逆时针磁极电枢换向器电刷(静止）直流电动机工作原理项目2&6电驱动的结构形式17/16目前位置：ab线圈边在S极下，cd线圈边在N下线圈电势方向：

a→b→c→d电刷电势方向：A+；B-ab边：感应电势（电流）a→bcd边：感应电势（电流)c→d目前位置：ab线圈边在N极下，cd线圈边在S下ab边：感应电势（电流）b→acd边：感应电势（电流）d→c线圈电势方向：

d→c→b→a电刷电势方向：A+；B-假设原动机拖动电枢逆时针恒速旋转原动机拖动原动机拖动图直流发电机的工作原理项目2&6电驱动的结构形式18/16直流电机的可逆原理1.同一台直流电机即可作为电动机也可作为发电机使用，只要改变外部条件即可。这称为电机的可逆原理。2.作为直流电动机运行时，电刷两端接直流电源，轴上接机械负载，电动机将电能转换为机械能拖动机械负载运行；3.作为直流发电机运行时，则要用原动机拖动电枢运转，就可从电刷两端引出直流电势对电负载供电，发电机将机械能转换为电能。项目2&619/16直流电机的励磁方式项目2&6110/16直流电动机的工作特性电动机的工作特性定义为：

Ua=UN,If=IfN

且电枢回路无外接直流电阻条件下，电动机的转速n，电磁转矩T，运行效率η分别与电枢电流Ia的关系。这三种关系也分别称为直流电动机的“转速特性”、“转矩特性”及“效率特性”。项目2&6111/16实验注意事项1.实验中，我们用一台永磁直流测功机作为电动机的负载。2.实验用复励直流电动机可兼作他励、并励、积复励等多种形式直流电动机使用，只需变换不同励磁绕组接线。3.励磁绕组中，红正黑负，勿接错。4.直流电源不能直接获得，注意接线。5.通电前，一定要将可调电源输出归零，切记！6.直流电动机不能直接启动！需接限流电阻。7.直流电动机启动和停机时一定要注意通电顺序，以防飞车！项目2&6112/16实验设备1.永磁式直流测功机1台。2.复励式直流电动机1台。3.测速仪1台。4.滑线变阻器两台。5.导线若干。6.实训台。项目2&6实验接线图项目2&613/16114/16实验步骤1.检查电源好坏。2.将欲使用电源输出归零。3.接好两个可调直流电源待用。4.分别按实验接线图接好他励、串励、并励及积复励各电路。5.将负载电阻及限流电阻滑至最大值。6.接通励磁电源，使其输出至额定值Uf=110V。7.接通电枢电源，使其输出至额定值Ua=110V。8.滑动限流电阻至最小值（即将其短接）。9.调节负载电阻，由最大逐渐减小，使测功机电流由最小至额定值，均匀分几档，同时记录与各个测功机电流对应的下表所列各值，填入表格。10.处理数据。项目2&615/16电枢电流Ia(A)

测功机电流IG（A)机械转矩T(mNm)转速n(r/min)输出功率P2(W)输入功率P1（W)电动机效率η%项目2&6116/16实验接线图项目2&6117/16实验接线图项目2&6118/16实验接线图项目2&6119/16直流电动机工作特性前面的实操中，我们研究了各种励磁方式的直流电动机的机械特性，包括转速特性、效率特性、转矩特性。1、串励:启动和过载能力较大，转速随负载变化明显。空载转速过高，俗称“飞车”。2、并励:转速基本恒定，一般用于转速变化较小的负载。3、复励:以并励为主的复励电机具有较大转矩，转速变化不大，多用于机床等。以串励为主的复励电机具有接近串励电机特性，但无“飞车”危险。4、他励:励磁回路单独供电的电机，用于需要宽调速的系统。项目2&6120/16实验接线图项目2&621/19实验步骤一、调压调速1.保持励磁电压Uf=110V，使电枢电压Ua=110V。2.调节负载电阻（由电流表监控），使转速变化，记录每一负载电流对应的转速，转矩填入表格。3.保持励磁电压不变，改变电枢电压，使Ua=100V,90V,80V，重复步骤2，并将数据填入表格。4.根据实验数据，绘制降压调速机械特性曲线。Ua(V)110负载电流IG(A)转速n(r/min)转矩T(mNm)项目2&622/19Ua(V)100负载电流IG(A)转速n(r/min)转矩T(mNm)Ua(V)90负载电流IG(A)转速n(r/min)转矩T(mNm)Ua(V)80负载电流IG(A)转速n(r/min)转矩T(mNm)实验步骤项目2&623/19二、弱磁调速1.保持电枢电压Ua=110V不变，分档减少励磁电压Uf=110v,100v,90v,80v2.减小励磁电压时，电动机转速会升高，在此时，若负载转矩不变，输出的机械功率将超过额定值，它将导致电动机的电枢电流超过额定值，电机发热严重，这是不允许的。为此，在弱磁升速时，为使电机的功率不超过额定值，必须人为地降低负载转矩，即弱磁调速是在恒功率条件下进行的，即它属于恒功率调速。3.保持Ua=UaN=110V，PL=120W，改变励磁电压，填下表格，并根据实验数据绘制弱磁调速的调速特性（机械特性）实验步骤项目2&6Uf(V)100负载电流IG(A)转速n(r/min)转矩T(mNm)Uf(V)90负载电流IG(A)转速n(r/min)转矩T(mNm)Uf(V)80负载电流IG(A)转速n(r/min)转矩T(mNm)实验步骤项目2&624/16调压调速及弱磁调速特点调压调速

弱磁调速项目2&625/16永磁同步电动机

永磁同步电机：（1）磁动势由永磁体产生，磁动势、电压和电流的波形均为正弦波形。（2）转子为使用稀土材料的永磁体，不需要额外励磁，可节省动力电池的电力。（3）具有结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高、功率因数高等优点，主要用于要求响应快速、调速范围宽、定位准确的高性能伺服传动系统和直流电机的更新替代电机，但控制较复杂，价格较高。永磁同步式交流电动机的定子绕组产生的空间旋转磁场和转子磁场相互作用，使定子带动转子一起旋转。所不同的是转子磁极不是由转子的三相绕组产生，而是由永久磁铁产生。其工作过程是：当定子三相绕组通以交流电后，产生一旋转磁场，这个旋转磁场以同步转速ns旋转，如图所示。根据磁极的同极相斥、异极相吸的原理，定子旋转磁场与转子永久磁场磁极相互吸引，并带动转子一起旋转。项目2&626/16无刷直流电动机的基本构成项目2&627/16永磁无刷直流电动机工作原理三相永磁直流无刷伺服电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。它的工作原理如图所示。位置传感器采用3只光敏器件VP1、VP2、VP3，其位置均匀分布，相差120°。电动机轴上的旋转遮光板，使得从光源射来的光线依次照射在各个光敏器件上。首先光敏器件VP1被照射，从而使功率晶体管VT1呈导通状态，电流流入U相绕组，该绕