新能源汽车驱动电机及控制系统检修（微课版） 课件2.驱动电机的结构与检修

主编余红燕

李宁

吕炳蔚新能源汽车驱动电机及控制系统检修

（微课版）福建省职业教育精品在线开放课程配套教材新编新世纪高等职业教育精品教材·汽车类目录新能源汽车的电驱动系统010204030506驱动电机的结构与检修驱动电机控制器的结构与检修驱动电机冷却系统的结构与检修减速机构的结构与检修新能源汽车能量管理系统认知驱动电机的结构与检修022.1直流电机的结构与检修一、直流电机的结构（一）定子定子用于产生磁通和进行机械固定，主要由主磁极、电刷装置和机座等组成，（1）主磁极。主磁极的作用是产生气隙磁场，磁极既可以为水磁体，也可以使用电励磁式结构。主磁极由主磁极铁芯和励磁绕组两部分组成。铁芯一般用0.5~1.5mm厚的硅钢片叠压铆紧而成，分为极身和极靴两部分，其上面套励磁绕组的部分称为极身，下面扩宽的部分称为极靴，极靴宽于极身，既可以调整气隙中磁场的分布，又便于固定励磁绕组，励磁绕组用绝缘铜线绕制而成，套在主磁极铁芯上，整个主磁极用螺钉固定在机座上。2.1直流电机的结构与检修一、直流电机的结构（一）定子定子用于产生磁通和进行机械固定，主要由主磁极、电刷装置和机座等组成。（2）电刷装置电刷装置的作用是将直流电压和直流电流引人或引出电枢绕组，其由电刷、刷辫、电刷座和电刷盒构成。电刷置于电刷盒内，用压簧压紧在换向器表面。一般电刷装置的组数与电机的主磁极个数相等，目前，高端的新型直流电机基本采用先进的电子换向技术，称为无刷电机。（3）机座.机座又称磁轭。其通常由铸钢或钢板制成，是磁路的一部分，也起到固定和支承作用。2.1直流电机的结构与检修一、直流电机的结构（二）转子（1）转子铁芯.转子铁芯有两个作用，一是作为主磁路的主要部分；二是嵌放转子绕组。转子铁芯和主磁场之间的相对运动将在铁芯中引起涡流损耗和磁滞损耗（这两部分损耗合在一起称为铁芯损耗，简称“铁耗”）。为减少铁耗，转子铁芯通常由0.5mm厚的带有绝缘层的硅钢片的冲片叠压面成，固定在转轴上。转子铁芯周围设有均匀分布的槽，以嵌入转子绕组。2.1直流电机的结构与检修一、直流电机的结构（二）转子（2）转子绕组.转子绕组有规律地嵌放于转子铁芯槽内，两个端部与换向器连接，形成闭合回路。其作用是在运动时切割磁力线并产生电磁转矩（电机作为电动机时）或电动势（电机作为发电机时）.2.1直流电机的结构与检修一、直流电机的结构（二）转子（3）换向器换向器是直流电机的一种特殊装置，是由许多换向片组成的整体，安装在转子的一端，每两个相邻的换向片之间用云母片相互绝缘。在换向器的表面用弹簧压着电刷，转动的换向器与固定的电刷滑动接触，使转动的转子绕组与静止的外电路相连接。换向器是直流电机特有的结构特征，使该类电机易于识别。电刷与转子的换向器配合，实现转子绕组的电流换向。对于直流电机而言，其将外部输入的直流电变换为转子内部的交流电。2.1直流电机的结构与检修一、直流电机的结构（三）气隙气隙是定子和转子之间的间隙，是主磁路的重要组成部分。气隙磁场是电机进行能量转换的媒介。气隙的大小和气隙磁场的分布及其变化对电机运行影响较大。在小容量电动机中，气隙为1~3mm；在大容量电动机中，气隙可达10~12mm.2.1直流电机的结构与检修二、直流电机的工作原理直流电机定子有一对N、S极，转子绕组的末端分别接至两个换向片，正、负电刷A和B分别与两个换向片接触。若为两个电刷加上直流电源，如图（a）所示，则有直流电流从电刷A流人，经过线圈abcd，从电刷B流出。载流导体ab和ed受到电磁力的作用，其受力方向可用左手定则判定，两段导体受到的力形成一个转矩，使得转子逆时针转动。若转子转至图（b）所示的位置，电刷A和换向片2接触，电刷B和换向片1接触，电流从电刷A流人，在线圈中的流动方向为d-c-b-a，从电刷B流出，载流导体ab和cd受到的电磁力作用方向同样可用左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。2.1直流电机的结构与检修三、直流电机的控制技术（一）电枢调压控制电枢调压控制是指通过改变电枢的端电压来控制电机的转速。直流电机的电枢调压控制只适合电机基速以下的转速控制，该方法可保持电机的负载转矩不变，电机转速近似与电枢端电压成比例变化，所以称其为恒转矩调速。直流电机采用电枢调压控制可实现在宽范围内连续平滑的速度控制，调速比一般可达1：10，如果与磁场控制配合使用，调速比可达1：30.电枢调压控制需要专用的可控直流电源，过去常用电动发电机组供电，现在大、中容量的可控直流电源广泛使用品闸管可控整流电源，小容量装置则使用电力品体管的PWM控制电源，新能源汽车的直流电机常用斩波控制器作为电枢调压控制电源。电枢调压控制的调速过程：当磁通保持不变时，减小电枢端电压，由于机械惯性作用，电机转速不会立即发生变化，电枢反电动势也暂时保持不变。同时，由于电枢两端电压差值减小，电枢电流减小，转矩也随之减小。如果阻转矩保持不变，转矩小于阻转矩则转速下降，随着转速的降低，反电动势减小，电枢电流和转矩增大，直至转矩与阻转矩再次平衡为止，电机以低于初始转速的工况持续运转。2.1直流电机的结构与检修三、直流电机的控制技术（二）磁场控制磁场控制是指通过调节直流电机的励磁电流改变每极磁通量，从而调节电机的转速。他励直流电机带恒转矩负载时，磁场控制下的转速特性如所示.磁场控制只适合电机基速以上的转速控制.当电枢电流不变时，具有恒功率调速特性的磁场控制效率高，但调速范围小，调速比一般不超过1：3，且响应速度较慢。磁场控制可使用可变电阻器，也可使用可控整流电源作为励磁电源实现。磁场控制的调速过程：当电枢端电压保持恒定时，减小磁通，由于机械惯性作用，电机转速无法立即发生变化，电枢反电动势随之减小，电枢电流增加。由于电枢电流增加的影响超过磁通减小的影响，因此电磁转矩增加。如果阻转矩保持不变，电磁转矩大于阻转矩，电机转速上升，反电动势增大，电枢电流和转矩减小，直至转矩和阻转矩再次平衡为止，此时电机以高于初始转速的工况稳定运行。2.1直流电机的结构与检修三、直流电机的控制技术（三）电枢回路串电阻控制电枢回路串电阻控制是指当电机的励磁电流不变时，通过改变电枢回路电阻以调节电机的转速。这种控制方法的机械特性较软，且电机运行不稳定，一般很少应用。小型串励直流电机常采用该种控制方法。2.1直流电机的结构与检修四、无刷直流电机（一）无刷直流电机的结构无刷直流电机主要由电机本体、电子换相器和位置传感器三部分组成。（1）电机本体。无刷直流电机的电机本体由定子和转子两部分组成，定子是电机本体的静止部分，它由导磁的定子铁芯、导电的定子绕组及固定铁芯和绕组所使用的一些零部件、绝缘材料、引出部分等组成，如机壳、绝缘片、槽楔、引出线及环氧树脂等。转子是电机本体的转动部分，是产生激磁磁场的部件，由水磁体、导磁体和支撑零部件组成。2.1直流电机的结构与检修四、无刷直流电机（一）无刷直流电机的结构（2）电子换相器.电子换相器由功率开关和位置信号处理电路构成，主要用于控制定子各绕组通电的顺序和时间。无刷直流电机本质上是自控同步电机，按一定的顺序为定子各相绕组轮流通电，使之产生旋转磁场，电机转子跟随定子产生的旋转磁场（定子磁场）运动。无刷直流电机三相绕组中通过的电流是120°（电角度）的方波，定子绕组在持续通过恒定电流的时间内所产生的磁场在空间内是静止不动的，在开关换相期间，随着电流从一相转移至另一相，定子磁场随之跳跃一定电角度，转子磁场则随着转子连续旋转。这两个磁场的瞬时速度不同，但是平均速度相等，因此能保持“同步”。无刷直流电机采用自控式逆变器即电子换相器，电机输入电流的频率和电机转速始终保持同步，电机和逆变器不会产生振荡和失步，这也是无刷直流电机的优点之一。一般来说，对电子换相器的基本要求为：结构简单；运行稳定可靠；体积小，质量轻：功耗小；能按照位置传感器的信号进行正确换相，并能控制电机的正反转；能长期满足不同环境条件的要求。2.1直流电机的结构与检修四、无刷直流电机（一）无刷直流电机的结构（3）位置传感器。位置传感器在无刷直流电机中用于检测转子磁极位置，为功率开关电路提供正确的换相信息，即将转子磁极的位置信号转换为电信号，经位置信号处理电路处理后控制定子绕组换相，由于功率开关的导通顺序与转子转角同步，因而位置传感器与功率开关共同发挥着与传统有刷直流电机的机械换向器和电刷类似的作用。位置传感器的种类比较多，可分为电磁式位置传感器、光电式位置传感器、磁敏式位置传感器等，电磁式位置传感器具有输出信号大、工作可靠、使用寿命长等优点，但其体积比较大，信嗓比较低且输出为交流信号，需整流滤波后方能使用。光电式位置传感器性能比较稳定，体积小、质量轻但对环境要求较高。磁敏式位置传感器分为霍尔式和磁阻式，对环境适应性强，成本低廉，但精度不高。2.1直流电机的结构与检修四、无刷直流电机（二）无刷直流电机的工作原理无刷直流电机在有刷直流电机的基础上发展而来，它是随着电机技术和电子技术的迅速发展而出现的一种新型直流电机，水磁无刷直流电机的转子为水久磁铁，因而无须电刷。无刷直流电机的定子设有对称布置的三相绕组，并通过电子开关控制三相定子绕组及时换相。电机通电后，电子开关使某相定子绕组通电而产生磁场，转子受磁力的作用而转动；转子位置传感器将转子的位置转换为相应的电信号，并输人电子开关：电子开关根据转子位置传感器的信号控制定子绕组依次通电，使定子产生的磁场旋转：旋转磁场的磁力作用于转子，使转子持续转动，从而产生方向不变的电磁转矩。从无刷直流电机定子产生旋转磁场的原理可知，由于定子绕组的相数有限，其产生的旋转磁场为跳跃式，因此该类电机产生的电磁转矩波动较大。2.1直流电机的结构与检修五、永磁无刷直流电机的拆装（一）安全要求及注意事项（1）严格按照操作规范进行拆装作业，以免造成部件损伤。（2）拆装电机紧固螺栓时，注意选用合适的工具，并控制力矩。（3）电机转子为水磁体，使用拉拔器时，注意力矩不宜过大、顶出速度不宜过快。（4）电机转子为水磁体，转子离开定子腔体之后，注意远离小件金属物品。（5）电机附件多为塑料材质，取下时注意方法和力矩。（6）拆装风扇固定卡簧时，注意佩戴护目镜，拆装时注意方法和力矩。2.1直流电机的结构与检修五、永磁无刷直流电机的拆装（二）永磁无刷直流电机的拆卸（1）使用十字形旋具套简拆开风扇外壳，并取下风扇外壳；（2）使用卡簧钳将锁定的卡簧取出；（3）撬出风扇；（4）卸下转子后端盖紧固螺钉；（5）使用拉拔器推出转子；（6）拔出转子后，注意内部还有一个转子垫片；（7）完成水磁无刷直流电机的拆卸，清点工具并将工具放回原位，进行场地5S工作。2.1直流电机的结构与检修五、永磁无刷直流电机的拆装（三）永磁无刷直流电机的安装（1）将转子垫片套人转子；（2）使用拉拔器安装定子与转子，缓慢转动螺杆，使电机转子缓慢进入定子内。注意：不能直接放人转子，定子腔体内有强磁，可能会导致夹伤。（3）使用工具安装并紧固后端盖内紧固螺钉，将前端盖对准螺钉孔位放人，使用橡胶锤轻轻敲击前端盖使其与壳体紧密贴合；（4）安装风扇与卡簧至指定位置；（5）将风扇罩对准螺钉孔位并安装；（6）完成水磁无刷直流电机的组装，清点工具并将工具放回原位，进行场地5S工作。2.2永磁同步电机的结构与检修一、永磁同步电机的结构水磁同步电机的结构主要包括机座（机壳）、定子铁芯、定子绕组、转子铁芯、转轴、轴承、端盖和接线盒等部件。其定子铁芯和定子绕组与三相交流异步电机基本相同，定子绕组可以采用集中式绕组或分布式绕组，极数较多的水磁同步电机常优先使用分数槽绕组以优化槽极配比、削弱齿槽转矩，水磁同步电机的转子与三相交流异步电机不同，其主要包括转子铁芯、水磁体、转轴和轴承，转子结构的选择应兼顾低速恒转矩区的大转矩和高速恒功率区的弱磁调速性能，同时还应保证转子具备足够的机械强度和冷却能力，以减少水磁体的退磁现象。2.2永磁同步电机的结构与检修一、永磁同步电机的结构（一）定子水磁同步电机的定子结构和异步电机类似，均由定子铁芯、定子绕组、机座、接线盒等部分组成。机座主要用于固定定子铁芯和支撑转轴，要求具有足够的强度和良好的通风散热条件，其外壳通常铸有散热片或者水道。定子铁芯作为电机主磁路的一部分，在水磁同步电机运行时，其磁场是交变的，从而产生铁耗。为减少铁耗，水磁同步电机定子铁芯通常采用磁导率较大，磁滞回线面积较小，厚度为0.25mm、0.27mm、0.30mm、0.35mm、0.50mm的硅钢片，经剪裁、冲压、叠压而成，硅钢片表面有绝缘层。定子铁芯的内圆上均匀地分布着定子槽，槽内嵌放定子绕组，定子绕组是电机的电路部分，用于从电源输入电能并产生气隙内的旋转磁场。水磁同步电机的三相绕组每两相一般在空间上互相间隔120”（电角度），每相绕组由若干线圈连接组成。三相绕组的首尾共有6个出线端，若将绕组首尾相连并引出3个接线端则为三角形联结方式；若将绕组3个尾端并接在一起，由首端引出3个接线端则为星形联结方式，电机的接线盒可由3根线引出，但一般引出6根线，便于用户自行选择需要的联结方式。水磁同步电机定子绕组主要有分数槽集中式绕组和分布式绕组两种。2.2永磁同步电机的结构与检修一、永磁同步电机的结构（一）定子（1）分数槽集中式绕组该类绕组的每极每相槽数为分数，例如：某电机定子槽数Z一24，相数m一3，极数2p一6（p为磁极对数），故每极每相槽数q一24/（3X6）一4/3.一个典型的12槽分数槽集中式绕组。定子铁芯内圆周开有12个槽，形成12个齿，每个齿端部没有极靴，将定子线圈直接绕在定子齿极上，所有线圈节距为1，共12个线圈。4个线圈申联组成A相绕组，4个线圈串联组成B相绕组，4个线圈申联组成C相绕组，各相绕组的线圈通常采用申联连接。各相绕组的线圈也可以由3个单个的绕组组成星形联结，再并联使用。并联线圈要求线更细，匝数更多。分数槽集中式绕组将线圈缠绕在定子齿极上，其绕制方法比较简单，可以利用绕线机进行批量生产，成本低。此外，分数槽集中式绕组一个齿缠一个线圈，故绕组端部产生的铜损耗小，效率高，并且绕组无重叠，相间绝缘好，适用于轴向尺寸要求苛刻的场合。但是由于其极数和槽数相近，绕组分布不是正弦分布，其定子磁动势中谐波成分高，转矩脉动和径向力谐波较大，对整车嗓声与振动（NVH）性能影响较大。2.2永磁同步电机的结构与检修一、永磁同步电机的结构（一）定子（2）分布式绕组分布式绕组的每个磁极由一个或多个线圈按照一定的规律嵌放组成线圈组，通电后可以形成不同极性的磁极。采用分布式绕组可有效改善定子绕组中磁动势的正弦性，削弱谐波电动势，每极每相槽数越多，改善波形的效果越好。分布式绕组有单层绕组和双层绕组两种形式，单层绕组属于整距绕组，一般只用于小容量电机，嵌线工艺简单、无层间绝缘、槽满率高，但绕组波形不是标准正弦波，磁场波含量较双层绕组大，转矩脉动与NVH性能表现相对逊色，需要通过转子磁极的设计降低转矩脉动。双层绕组的铁芯槽内每槽均嵌放有两个线圈元件边，即一个线圈的一个线圈元件边嵌放在某槽的上层，另一个线圈元件边嵌放在另一槽内的下层。2.2永磁同步电机的结构与检修一、永磁同步电机的结构（一）定子随着驱动电机功率密度要求越来越高，使用扁线绕组电机已经成为实现这一技术目标的产业共识。圆线绕组与扁线绕组的优缺点对比如下：（1）圆线绕组。圆线绕组一般需要用特定尺寸的绕线模具绕制，在绕制过程中可以根据需求调节线圈的匝数，加工工艺简单，绕组绕制完成后，需要先在槽内放入绝缘纸，再通过人工或机器嵌线的方式嵌入定子铁芯的槽内。如果为双层绕组，则需要另外放人层间绝缘纸。定子嵌线完成后，还需要进行绝缘处理，即绕组浸漆和烘干等过程。此外，圆线绕组属于柔性设计，可以根据一套设计方案，扩展出一系列的电产品。分布式圆线绕组的不足之处主要在于端部尺寸一般较大，用铜量较多，发热严重，另外，圆线绕组的槽满率还受到槽型尺寸的限制，如果设计不合理，会使得槽满率较低，严重影响电机的温升。2.2永磁同步电机的结构与检修一、永磁同步电机的结构（一）定子随着驱动电机功率密度要求越来越高，使用扁线绕组电机已经成为实现这一技术目标的产业共识。圆线绕组与扁线绕组的优缺点对比如下：（2）扁线绕组。与圆线绕组不同，扁线绕组是一种硬性绕组，扁线绕组嵌线前形状已成型，且不会轻易变形，所以扁线绕组的端部可以做到规则且短，既节省了端部的用量又减小了电阻，同时，规则的排列还有利于端部绕组的散热，成型绕组在槽内接触紧密且和铁芯接触良好，能够充分进行散热。另外，由于接触面积大，其槽满率较高，且其充分利用槽内部的空间，所以其直流电阻相对较小，铜损耗比圆线绕组小，效率更高，电磁嗓声更低。故相同功率下，扁线电机体积更小、用材更少。扁线绕组的主要不足在于线径较大，电机高速运行时，由于受集肤效应影响，电机温升增大，效率有所下降。扁线绕组在放入槽内之前应先进行成型，不同线型成型需要使用不同的特定模具，一般需要经过绝缘处理、成型、扭转、焊接等多道工艺过程，工艺相对复杂。此外，扁线绕组对铜线材料、制造设备的要求也比圆线绕组高。2.2永磁同步电机的结构与检修一、永磁同步电机的结构（二）转子水磁同步电机的转子主要由转子铁芯、水磁体、转轴、轴承等结构组成，与普通异步电机不同的是，水磁同步电机的转子上装有水磁体，水磁体在转子中的安放位置有多种形式。根据水磁体在转子上的位置进行划分，水磁同步电机的转子主要有外置式（SPM）和内置式（IPM）两种结构。外置式水磁转子又分为凸出式和嵌入式两种类型。水磁体主要采用铁氧体水磁材料和钕铁硼水磁材料，转子铁芯可根据磁极结构的不同，选用实心钢或由钢板/硅钢片冲制后叠压而成。与其他电机相比，水磁同步电机必须装有转子水磁体位置传感器，用于检测磁极位置并以此对电枢电流进行控制，达到对水磁同步电机驱动控制的目的。2.2永磁同步电机的结构与检修一、永磁同步电机的结构（三）旋转变压器（1）旋转变压器的结构与工作原理为达到电机静止起动和全转速范围内转矩波动的控制目的，需要利用旋转变压器（简称为旋变，某些车型称其为轴角传感器）精确地测量电机转子磁极的位置和速度。旋转变压器是一种常用的何服电机旋转编码器，与光电编码器相比，其抗振性能好，可以应用于恶劣的使用环境中，精度比光电编码器差一些，但在绝大多数场合下，旋转变压器的精度能够满足要求，故是否需要良好的抗振性能成为选择旋转变压器的关键因素。旋转变压器的本质是一个变压器，其关键参数也与变压器类似，例如额定电压、额定频率、变压比。2.2永磁同步电机的结构与检修一、永磁同步电机的结构（三）旋转变压器（1）旋转变压器的结构与工作原理与变压器的不同之处在于，旋转变压器的一次侧与二次侧不是固定安装的，二者可产生相对运动，随着二者相对角度的变化，输出侧能够得到幅值变化的波形.在实际应用中，旋转变压器设置两组二次绕组，两者相位差为90，从而可以输出按正弦与余弦规律变化的两组信号，二次绕组端子号为S1一S4：励颼绕组为输人端，其端子号为R1和R2。2.2永磁同步电机的结构与检修一、永磁同步电机的结构（三）旋转变压器（1）旋转变压器的结构与工作原理输入电压频率是高频信号，一般在10kHz左右，该频率是旋转变压器的工作频率。如果频率过高，阻抗增大，会导致输出信号强度不足；如果频率过低，电流增大，可能损坏旋转变压器。为励磁绕组（R1、R2端）施加高频励磁输入信号后，二次绕组（S1一S4）输出同频率的感应电压，同时随着转子发生角度旋转，二次绕组输出电压的幅值随转子转角同步改变。旋转变压器检测电机的转速、旋转方向（正转或反转）、电机转子位置（旋转角度），如果旋转变压器信号失效或丢失，车辆将无法启动，其功能类似于发动机中的曲2.2永磁同步电机的结构与检修一、永磁同步电机的结构（三）旋转变压器（1）旋转变压器的结构与工作原理旋转变压器有电磁感应式和霍尔式两种，旋转变压器固定在电机定子上，用于监测转子磁场相对于定子绕组的位置，并在确定的相对位置上发出信号以控制功率放大元件（变频器），使定子绕组中的电流方向进行切换。旋转变压器由以下5部分组成：1）励磁绕组的转子铁芯，随着电机的转子旋转。2）励磁绕组，能产生固定频率的磁场。3）正弦绕组，感应励磁绕组的磁场并产生正弦信号4）余弦绕组，感应励磁绕组的磁场并产生余弦信号。5）不同极对数的定子铁芯，3种绕组都缠绕在其上。2.2永磁同步电机的结构与检修一、永磁同步电机的结构（三）旋转变压器（1）旋转变压器的结构与工作原理电机控制模块能产生信号，控制励磁绕组的通断，正弦绕组和余弦绕组返回的信号相位互有偏移，二者通过模数转换器转换为数字信号。模数转换器通常与旋转变压器安装在同一个控制模块中。控制模块可以通过同时参照正弦和余弦绕组的感应电压输出，监控任意时刻下转子的位置，从而判定转子的速度和转动的方向。结合电压、电流信号和转子位置，控制模块甚至可以计算出电机的输出功率（转矩），并将其与电机的需求转矩进行比较。旋转变压器的磁场通常是不可控的，因此，在一些车型中，更换旋转变压器或者电机后，必须在其控制系统中重新写人偏移补偿量。若没有更新偏移补偿量，该汽车可能会在预设模式下运行，使电机的输出功率受到限制。2.2永磁同步电机的结构与检修一、永磁同步电机的结构（三）旋转变压器（2）旋转变压器的检测.1）旋转变压器线圈电阻值的检测，当系统报旋转变压器信号故障时，需要测量旋转变压器各线圈的电阻值，下面以比亚迪秦车型为例进行说明，根据电机控制器与旋转变压器连接电路图进行测量，将测量结果与表中的参考值进行对比，如果测量值与参考值不符，说明旋转变压器有故障，需要进行更换。检测绕组电机端端子对正常阻值范围励磁绕组B22-7⟷B22-3（8士1）Ω正弦绕组B22-6⟷B22-2（16士1）Ω余弦绕组B22-1⟷B22-4（16士1）Ω2.2永磁同步电机的结构与检修一、永磁同步电机的结构（三）旋转变压器（2）旋转变压器的检测2）旋转变压器绝缘电阻的检测。检测正弦绕组和余弦绕组之间、正弦绕组和励磁绕组之间、余弦绕组和励磁绕组之间，以及正弦绕组、余弦绕组、励磁绕组和壳体之间的绝缘电阻。检测时，断开高压电，拔下低压线束和高压线束，检测绝缘电阻是否正常，该值一般大于20MO2。3）电机控制器与旋转变压器连接电路的检测。检测时，断开高压电，拔下低压线束和高压线束，拔下旋转变压器插接件。使用万用表欧姆挡位，检查电机控制器与旋转变压器之间的导线是否存在断路。2.2永磁同步电机的结构与检修二、永磁同步电机的类型（一）内置式永磁同步电机内置式永磁同步电机的永磁体位于转子内部，永磁体外表面与定子铁芯内圆之间设有铁磁物质制成的极靴，极靴中可以放置铸铝笼或铜条笼，以发挥阻尼或起动作用。该种结构动态、稳态性能好，广泛用于要求具备异步起动能力或动态性能高的永磁同步电机。内置式转子内的永磁体受极靴的保护，其转子磁路结构的不对称性所产生的磁阻转矩也有助于提高电机的过载能力和功率密度，而且易于实现弱磁扩速。按永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，内置式转子结构可分为径向式、切向式和混合式三种。2.2永磁同步电机的结构与检修二、永磁同步电机的类型（一）内置式永磁同步电机（1）内置径向式永磁同步电机。内置径向式永磁同步电机的磁钢或放在磁通轴的非对称位置上，或同时利用径向、切向充磁的磁钢以产生高磁通密度。该结构的优点是漏磁系数小、转轴上不需要采用隔磁措施、极弧系数易于控制、转子冲片机械强度高、安装永磁体后转子不易变形等。（2）内置切向式永磁同步电机。内置切向式永磁同步电机的转子有较大的惯性，漏磁系数较大，制造工艺和成本较径向式结构有所增加。其优点是一个极距下的磁通由相邻两个磁极并联提供，可得到更大的单极磁通。尤其当电机极数较多，径向式结构不能提供足够的单极磁通时，这种结构的优势更为突出。此外，采用该结构的永磁同步电机的磁阻转矩可占总电磁转矩的40%，有利于提高电机的功率密度和扩大恒功率运行范围。（3）内置混合式永磁同步电机。内置混合式永磁同步电机的转子结合了径向式和切向式结构的优点，但其结构和制作工艺都比较复杂，制作成本也比较高。2.2永磁同步电机的结构与检修二、永磁同步电机的类型（二）外置式永磁同步电机外置式永磁同步电机的永磁体通常呈瓦片形，并位于转子铁芯的外表面上，永磁体提供磁通的方向为径向。外置式转子结构分为凸出式和嵌入式两种。对采用稀土永磁材料的电机而言，由于永磁材料的相对回复磁导率接近1，所以凸出式转子在电磁性能上属于隐极转子；而嵌入式转子的相邻两个永磁磁极间存在磁导率较大的铁磁材料，故在电磁性能上属于凸极转子。2.2永磁同步电机的结构与检修二、永磁同步电机的类型（二）外置式永磁同步电机（1）外置凸出式永磁同步电机。外置凸出式永磁同步电机的转子具有结构简单、制造成本较低、转动惯量小等优点，在方波永磁同步电机和恒功率运行范围不宽的正弦波永磁同步电机中得到广泛应用。此外，外置凸出式转子结构中的永磁磁极易于实现最优设计，能使电机气隙磁密波形趋近于正弦波，可显著提高电机乃至整个驱动系统的性能。（2）外置嵌人式永磁同步电机。外置嵌入式永磁同步电机的转子可充分利用转子磁路不对称性所产生的磁阻转矩，提高电机的功率密度，动态性能较凸出式结构有所改善，其制造工艺也较为简单，常被部分调速永磁同步电机采用，但其漏磁系数和制造成本都较凸出式结构大。2.2永磁同步电机的结构与检修三、永磁同步电机的工作原理（一）内置式永磁同步电机永磁同步电机分为正弦波电流驱动的永磁同步电机和方波电流驱动的永磁同步电机。以三相正弦波交流电驱动的永磁同步电机为例，介绍其工作原理。其中，n为电机转速，no为同步转速，T为转矩，0为功率角。电机的转子是一个永磁体，N、S极沿圆周方向交替排列，定子可以等效为一个以速度n。旋转的磁场。电机运行时，定子产生旋转磁动势，转子随着定子的旋转磁场同步旋转。同步转速可表示为：式中，fs是电源频率，单位为Hz；是电机极对数。2.2永磁同步电机的结构与检修三、永磁同步电机的工作原理（一）内置式永磁同步电机水磁同步电机的定子绕组为三相对称绕组，三相正弦波电压在定子三相绕组中产生对称三相正弦波电流，并在气隙中产生旋转磁场。旋转磁极与水磁体的磁极作用，带动转子与旋转磁场同步旋转并力图使定子、转子磁场轴线对齐。当外加负载转矩后，转子磁场轴线将落后定子磁场轴线一个功率角，负载越大，功率角越大，直至功率角达到一个极限角度，电机停止工作。由此可见，同步电机在运行过程中，同步转速必须与电源频率严格成比例，否则电机会失步停转。转子的转速与旋转磁场转速同步，其静态误差为零。负载扰动只引起功率角变化，而不引起转速变化，转速动态响应极快，可近似实现实时跟随调节。2.2永磁同步电机的结构与检修三、永磁同步电机的工作原理（一）内置式永磁同步电机水磁同步电机的驱动电路如图所示，定子绕组产生旋转磁场的机理与感应电机相同，其转子通过水磁体产生磁场，两个磁场相互作用产生转矩，一对旋转磁极吸引转子的磁极随其一起旋转。水磁同步电机带负载时，气隙磁场由水磁体磁动势和电枢磁动势共同建立，电枢磁动势对气腺磁场有影响，电枢磁动势的基波对气隙磁场的影响称为电枢反应。2.2永磁同步电机的结构与检修四、永磁同步电机的控制技术（一）恒压频比开环控制恒压频比开环控制的控制变量为电机的外部变量，即电压和频率，该控制系统将参考电压和频率输人实现控制策略的调制器中，再由逆变器产生一个交变的正弦电压，并施加于水磁同步电机的定子绕组，使之在指定的电压和参考频率下按照这种控制策略运行，该策略使供电电压的基波幅值随着速度指令成比例地线性增长，从而保持定子磁通的近似恒定。恒压频比开环控制的控制策略简单且易于实现，转速通过电源频率进行控制，不存在异步电机的转差和转差补偿问题。但同时，由于系统中不引人速度、位置等反馈信号，因而无法实时捕捉电机状态，致使无法精确控制电磁转矩；在突加负载或者速度指令时，容易发生失步现象，也没有快速的动态响应特性，恒压频比开环控制仅对电机磁通实现控制而没有控制电机的转矩，控制性能差，通常只用于对调速性能要求一般的通用变频器。2.2永磁同步电机的结构与检修四、永磁同步电机的控制技术（二）矢量控制矢量控制理论的基本思想是以转子磁链旋转空间矢量为参考坐标，将定子电流分解为正交的两个分量，一个分量与磁链同方向，代表定子电流励磁分量；另一个分量与磁链方向正交，代表定子电流转矩分量。分别对两个分量进行控制，能获得与直流电机一样良好的动态特性，矢量控制因控制结构简单、控制软件实现较容易，已被广泛应用至调速系统中。水磁同步电机矢量控制策略与异步电机矢量控制策略有所不同。由于水磁同步电机转速和电源频率严格同步，其转子转速等于旋转磁场转速，转差恒等于零，无转差功率，控制效果受转子参数影响小，因此在水磁同步电机上更容易实现矢量控制.水磁同步电机输出电磁转矩对应多个不同的交、直流电流组合，不同组合对应着不同的系统效率、功率因数及转矩输出能力，因此，水磁同步电机有不同的电流控制策略。2.2永磁同步电机的结构与检修四、永磁同步电机的控制技术（二）矢量控制矢量控制本身也存在如下缺陷。（1）转子磁链的准确观测存在一定的难度，转子磁链的计算对电机的参数有较强的依赖性，对电机参数变化较为敏感，为克服这一问题，研究人员提出多种参数辨识方法，但这些方法进一步增加了系统的复杂性。（2）解耦运算时需要采用矢量旋转变换，系统计算比较复杂。但是，水磁同步电机矢量控制系统能实现高精度、高动态响应和大范围的调速或何服控制，随着工业领域对高性能何服控制需求的不断增加，水磁同步电机矢量控制系统作为一种相对成熟的控制策略，具有广阔的应用前景。2.2永磁同步电机的结构与检修四、永磁同步电机的控制技术（三）直接转矩控制水磁同步电机直接转矩控制系统由水磁同步电机、PWM逆变器、磁链和转矩计算模块、扇区判断模块、速度控制器、开关表、调节器模块等组成，其工作原理及控制过程为：磁链和转矩计算模块通过检测PWM逆变器输出的三相电流及PWM逆变器直流侧电压，利用坐标变换和系统控制规律可计算出电机的定子磁链，并根据计算的定子磁链和实测的电流计算电机的瞬时转矩；扇区判断模块根据定子磁链位置判别其所在的扇区；速度控制器根据转速参考值和实际转速的偏差确定转矩参考值，并与反馈转矩相比较，二者的偏差经滞环比较器得到转矩的控制信号。电机的转速可通过旋转变压器获得，也可由定子磁链的旋转速度估计得到，从而实现无速度传感器运行。开关表根据转矩、磁链、扇区三个控制信号选取电压矢量，确定适当的开关状态，控制PWM逆变器进而驱动水磁同步电机。2.2永磁同步电机的结构与检修四、永磁同步电机的控制技术（四）智能控制为提高水磁同步电机的控制性能和控制精度，模糊控制、神经网络控制等技术开始得到应用。采用智能控制方法的水磁同步电机控制系统，在多环控制结构中，智能控制器处于最外环，充当速度控制器，而内环电流控制、转矩控制仍采用PI控制（比例积分控制）、直接转矩控制等方法，这主要是因为外环是决定控制系统的根本因素，而内环主要的作用是改造对象特性以利于外环的控制，各种扰动给内环带来的误差可以由外环控制或抑制.在水磁同步电机控制系统中应用智能控制技术时，不能完全摒弃传统的控制方法，必须将两者相结合，取长补短，使系统的性能达到最优。2.2永磁同步电机的结构与检修五、的运维与装配（一）电机的维护（1）外观检查.水磁同步电机定子绕组本体免拆维护，但需定期检查壳体、油封有无渗漏；若有红色油液渗漏，需区分是电机ATF油、减速器齿轮油还是冷却液泄漏，排查电机油封、冷却管路、减速器密封面，油封损坏需使用专用工装更换。可定期用兆欧表检测电机绕组绝缘情况，用万用表检查线束通断和紧固情况，配合上电检测三相电压，排查缺相故障。车辆达到规定保养里程时，按需加注或更换电机专用油（比亚迪e6加注2L型号为美孚ATF220专用油）以及三电系统冷却液，车辆减速器单独使用齿轮油按需保养。（2）电机异响检查.如果检查中发现电机存在异响，应判断电机是否损坏，若是，则可直接更换电机。2.2永磁同步电机的结构与检修五、的运维与装配（二）电机的检测（1）旋转变压器信号检测。检测前，需先取下维修开关，断开高压电，等待高压电容放电完成后，拔下电机控制器上的低压线束，避免高压触电风险，随后，使用万用表测量旋转变压器的励磁绕组、正弦绕组、余弦绕组阻值，对比标准参数，判断绕组是否存在短路、断路故障，同时，检查旋转变压器插头是否松动、针脚是否氧化，确保信号传输通畅，若阻值异常或插头接触不良，需及时维修或更换部件。2.2永磁同步电机的结构与检修五、的运维与装配（二）电机的检测（2）电机的温度传感器检测检测时需保持车辆处于断电状态，找到电机绕组上的温度传感器插头，拔下后用万用表测量传感器阻值。结合环境温度并对照标准阻值表，判断传感器是否正常，若阻值偏离标准范围，说明传感器失效。此外，检查传感器线路是否破损、老化，插头是否接触良好，避免因线路问题导致温度信号传输异常，防止电机误触发或失去过热保护功能。整个检测过程需规范操作，做好绝缘防护，确保检测安全准确。（3）电机的绝缘检测.检测时，断开高压电，拔下低压线束和高压线束。检查电机U、V、W三相高压线与壳体间的绝缘电阻，该值一般大于20MO.（4）电机U、V、W三相高压线的检测.在25°C条件下，使用万用表分别测量U、V、W三相间电阻。将万用表两端子分别接于电控端U相、V相，可测得U、V相间的电阻值；同理，可测量V、W相间的电阻值和U、W相间的电阻值，判断电阻值是否低于0.50.2.2永磁同步电机的结构与检修五、的运维与装配（二）电机的检测（5）电机常见故障诊断与排除。1）匝间短路是水磁同步电机的常见故障，其故障原因很多且较为复杂，一般为以下4个原因：①电机启动过程中匝间绝缘承受暂态过电压，②电机定子绕组温度过高导致匝间绝缘失效，③电机定子绕组因振动导致匝间绝缘相互摩擦破损.④电机在潮湿、高温等恶劣环境下长期运行。2）电机温度过高、电机过温保护检查步骤：①断开高压电，拔下低压线束，对照线束定义图检查电机温度传感器的电阻值，该值一般为20k0（60°C时）.②若温度传感器阻值正常，重新接低压插接件并上电一次，若仍出现故障码，则维修或更换电机控制器。③若温度传感器阻值为无穷大，则为温度传感器故障，应维修或更换温度传感器.2.2永磁同步电机的结构与检修五、的运维与装配（二）电机的检测（5）电机常见故障诊断与排除。3）电机常见的故障及原因，见表.序号常见故障故障原因1电机超速保护故障旋转变压器及其电路损坏MCU、CAN、整车控制信号异常2电机温度传感器短路故障电机温度传感器本体或连接线对地短路3电机系统生命信号故障MCU主控损坏低压供电不稳CAN通信异常4电机过热故障冷却液缺漏、管路堵塞、冷却液泵故障电机本体故障、过载、温感异常5电机的发电机模式失效故障MCU及线路故障BMS禁充、VCU制动/策略异常旋转变压器信号异常2.2永磁同步电机的结构与检修五、的运维与装配（二）电机的检测（5）电机常见故障诊断与排除。4）故障排除后，首先测量辅助蓄电池电压为12.2V，该值正常。接着进行下列步骤：①将启动开关置于OFF挡.②将专用诊断仪连接至车辆诊断接口。③将启动开关置于ON挡.④用故障诊断仪读取和清除故障码.2.2永磁同步电机的结构与检修五、的运维与装配（二）电机的检测（5）电机常见故障诊断与排除。上述步骤完成后，如果检测到故障码，则说明车辆有故障，应按照可能原因进行相应的诊断操作；如果没有检测到故障码，则说明之前读取的故障为偶发性故障。当电机系统出现故障时，电机控制器将故障信息发送至整车控制器，整车控制器结合电机、动力蓄电池、DC/DC变换器等部件故障，整车CAN网络故障及整车控制器硬件故障信息进行综合判断，确定整车的故障等级，并进行相应的控制处理。等级名称故障处理1级致命故障电机转矩置零，1s内紧急断开高压电，系统故障灯亮2级严重故障2级电机故障：电机转矩置零2级动力蓄电池故障：限制电池放电电流为20A，系统故障灯亮3级一般故障进人踱行工况/降功率，系统故障灯亮4级轻微故障4级故障属于维修提示，整车控制器不对整车运行进行限制，只通过点亮故障灯表示4级能量回收故障：仅停止能量回收，行驶不受影响2.2永磁同步电机的结构与检修五、永磁同步电机的运维与装配（三）电机的装配注意事项（1）电机装配的检查.1）电机装配前的检查。电机装配前，应清扫定子和转子内、外表面尘垢，并用蘸汽油的棉布擦拭干净。清除电机内部异物和浸漆留下的漆瘤，特别是机座和端盖止口上的漆瘤和污垢，应使用铲刀铲除干净，否则影响电机装配质量。2）电机装配中的检查，检查槽楔、齿压板、绕组端部绑扎和绝缘块是否松动和脱落，槽楔和绑扎绳是否高出铁芯表面。铁芯通风沟应清洗干净，不得堵塞。绕组绝缘、引线绝缘及出线盒绝缘应良好，不得损伤，绝缘电阻值不应低于规定值。还应检查装配零部件是否齐全。检查后，用30MPa左右的压缩空气吹尽电机铁芯和绕组上的灰尘。最后，按与拆卸时相反的顺序进行电机装配工作。2.2永磁同步电机的结构与检修五、永磁同步电机的运维与装配（三）电机的装配注意事项（2）滚动轴承的装配。原来为热套装的轴承，在装配时仍应采用热套配合，不可改为冷套配合，否则会使轴承在运转时产生噪声、发热等现象，导致使用寿命缩短。1）滚动轴承套装前的检查。应检查轴承内圈与轴颈以及轴承外圈与端盖轴承座的配合公差。同时，应检查轴承、轴颈、端盖轴承座各配合面的表面粗糙度.2）滚动轴承的装配。装配滚动轴承时，先将内轴承盖涂好润滑脂后套人轴内，然后套装轴承。套装轴承前，在轴颈上薄薄地涂上一层机油，便可着手装配轴承。用铜棒敲打内轴承的装配方法将使轴承内圈受力不均，装配质量不高，所以原则上不允许采取此方法。3）热套配合前的检查，应先仔细检查轴承与轴颈的配合尺寸，热套时，在套人轴承的过程中不易判断轴颈的配合公差和过盈量是否适宜；冷套时，可以根据轴承套人过程的压紧力大小间接判断配合公差和过盈量是否合适。热套前，将轴承加热至100°C左右，非密封轴承可在变压器油中煮5min左右，并迅速将轴承套到轴颈上。对于密封式轴承，因内部已涂满润滑脂，不用油煮加热，可用电加热法将轴承加热后套在轴颈上。装配轴承时，应使轴承带型号的面朝外，以便检修和更换。2.3异步电机的结构与检修一、异步电机的结构（一）定子定子是电机的固定部分，用于产生旋转磁场，主要由机座、定子铁芯、定子绕组等组成。（1）机座.机座是电机的支架，主要用于支承铁芯并固定端盖。中小型异步电机的机座一般用铸铁制成，有的小型机采用铝合金铸成。封闭式电机机座外表装有散热片，防护式电机机座两侧开有通风孔，便于散热。机座内腔是一个圆柱形的空间，用于安装定子铁芯、定子绕组以及整个转子。2.3异步电机的结构与检修一、异步电机的结构（一）定子（2）定子铁芯.定子铁芯是电机磁路的一部分，由厚度为0.35一0.5mm的圆环形硅钢片叠压面成.硅钢片导磁性能好、铁耗小，表面有绝缘层，使各片之间互相绝缘，以减小铁芯的涡流损耗。定子铁芯的槽型有以下几种：1）半闭口型槽：使用该类槽型的电机的效率和功率因数较高，但绕组嵌线和绝缘处理都较困难。该类槽一般用于小型低压电机中。2）半开口型槽：该类槽可嵌放成型绕组，一般用于大型、中型低压电机，成型绕组是指事先经过绝缘处理后再放人槽内的绕组。3）开口型槽：该类槽用于嵌放成型绕组，绝缘处理方便，主要用于高压电机.2.3异步电机的结构与检修一、异步电机的结构（一）定子（3）定子绕组.定子绕组是三相交流异步电机的电路部分，通入三相对称交流电时，其产生旋转磁场。定子绕组通常由涂有绝缘漆的铜线绕制而成，再将绕制好的铜线按一定的规律嵌入定子铁芯的槽内。绕组嵌入槽后，按一定的方法将绕组连接起来，使整个绕组构成U、V、W三相绕组，三相绕组在空间内互相间隔120°（电角度），再将三相绕组的首、末端引出并接到接线盒的U、U1、V1、V1、W、W2接线柱上。2.3异步电机的结构与检修一、异步电机的结构（二）转子转子是电机的旋转部分，由转子铁芯、转子绕组和转轴组成。（1）转子铁芯。其由很多外圆开有槽的硅钢片叠在一起而构成，槽用于放置转子绕组。（2）转子绕组。对应的电机分别称为笼型异步电机和绕线型异步电机，转子绕组嵌在转子铁芯的槽中，转子绕组可分为笼型转子绕组和绕线型转子绕组，笼型转子绕组是在转子铁芯槽中放入金属导条，再在铁芯两端用导环将各导条连接起来，该设计使任意一根导条与它对应的导条通过两端导环构成一个闭合的绕组。由于这种绕组形似笼子，因此称为笼型转子绕组。铜条转子绕组是在转子铁芯的槽内放入铜导条，然后在两端用金属端环将它们焊接起来；铸铝转子绕组则是用浇铸的方法在铁芯上浇铸出铝导条、端环和风叶。绕线型转子绕组，转子绕组是在转子铁芯中按一定的规律嵌入用绝缘导线绕制好的绕组，然后将绕组按三角形或星形联结，多数按星形方式联结。绕组接好后引出3根相线，通过转轴内孔接到转轴的3个集电环上，集电环随转轴一起旋转，集电环与固定不动的电刷摩擦接触，电刷通过导线与变阻器连接，该设计使转子绕组产生的电流通过集电环、电刷、变阻器构成回路。调节变阻器可以改变转子绕组回路的电阻，从而改变绕组的电流，进而调节转子的转速。（3）转轴。转轴嵌套在转子铁芯的中间。定子绕组通入三相交流电后产生旋转磁场，转子绕组受旋转磁场作用而旋转，并通过转子铁芯带动转轴转动，使动力从转轴传递出来。2.3异步电机的结构与检修一、异步电机的结构（三）其他部件其他部件主要包括轴承、风扇等。风扇用于通风冷却电机。三相交流异步电机的定子与转子之间的气隙一般仅为0.2~1.5mm，气隙过大会使产生的转矩变小导致电机运行时的功率因数降低：气隙太小将导致装配困难，如果内有异物或转轴有挠度时容易卡堵（扫膛），运行不可靠，气隙偏小也将导致高次谐波磁场增强，引起附加损耗，造成电机起动性变差。2.3异步电机的结构与检修二、异步电机的工作原理电磁转矩克服负载转矩输出机械能，异步电机实现电能到机械能的转换必须具备两个条件：一是电机的定子、转子基波磁动势必须能合成并在气隙内建立旋转磁场：二是转子转速必须小于气隙中旋转磁场的转速，并且两者保持一定的差值，以保证转子与旋转磁场之间存在相对运动三相交流异步电机定子绕组联结方式。定子绕组AX、BY、CZ在空间中按互差120°（电角度）的规律对称排列，呈星形联结，并与三相电源U、V、W相连。随着三相对称电流在定子绕组中通过，旋转磁场就会产生。2.3异步电机的结构与检修二、异步电机的工作原理当wt=0°时，iA=0，AX绕组中无电流；iB为负，BY绕组中的电流从Y流入，从B流出；ic为正，CZ绕组中的电流从C流入，从Z流出；由右手定则可得合成磁场的方向。当wt=120°时，iB=0，BY绕组中无电流；iA为正，AX绕组中的电流从A流人，从X流出；ic为负，CZ绕组中的电流从Z流入，从C流出；由右手定则可得合成磁场的方向。当wt=240°时，ic=0，CZ绕组中无电流；iA为负，AX绕组中的电流从X流人，从A流出；iB为正，BY绕组中的电流从B流人，从Y流出；由右手定则可得合成磁场的方向。当定子绕组中的电流变化一个周期时，合成磁场也按电流的相序方向在空间内旋转一周。随着定子绕组中的三相电流不断地作周期性变化，合成磁场也不断地旋转，因此该合成磁场称为旋转磁场。旋转磁场的方向是由三相绕组中的电流相序决定的，若想改变旋转磁场的方向只需改变通人定子绕组的电流相序，即将三根电源线中的任意两根对调即可。2.3异步电机的结构与检修三、异步电机的控制技术（一）异步电机的启动将三相交流异步电机接入电源，电机由静止不动到达以稳定转速运行所经历的过程称为启动。在刚接人电源的一瞬间，电机转速n一0，此时旋转磁场与转子之间相对运动速度最大。转子绕组中产生的感应电动势和感应电流最大，定子电流也最大，通常为额定电流的4~7倍。如果电机不频繁启动就不会有热量的积累，对电机本身影响不大。但是，过大的启动电流对供电线路会有一定的影响。因为过大的启动电流会在线路上产生较大的电压降，降低了电网供电的电压，使同一供电系统上的其他电气设备不能正常工作。比如，工作在同一电源下的其他异步电机，由于电磁转矩与电压平方成正比，电压的降低会减小其转速，增大其电流，甚至会使电磁转矩小于负载转矩而造成电机意外停转.电机在刚启动时，虽然启动电流大，但由于转差率s=1，转子感抗数值较大，这使转子功率因数较小，因而启动转矩并不大，无法带动较大的负载启动。可见，异步电机启动时存在启动电流大、启动转矩小的问题。因此，常采用不同的启动方法来改善启动性能。2.3异步电机的结构与检修三、异步电机的控制技术（一）异步电机的启动（1）直接启动。通过开关或接触器将电机直接接入电源的启动方法称为直接启动。这种启动方法简单且容易实现，但是否允许直接启动，取决于电机容量和供电电源容量之间的比例。在以下情况下，一般可以采用直接启动的方法：若电机的电源具有独立变压器供电，对于不经常启动的异步电机，其功率不超过电源容量的30%；对于频繁启动的异步电机，其功率不超过电源容量的20%。如果电机的电源没有独立变压器供电，异步电机直接启动时所产生的电压降不应超过额定电压的5%。2.3异步电机的结构与检修三、异步电机的控制技术（一）异步电机的启动（2）降压启动。对于不允许直接启动的电机，可以采用降压启动的方法，以减小启动电流。降压启动是指在启动时，降低加在定子绕组上的电压，待电机的转速接近额定值时，再将定子绕组的电压恢复至额定值，使电机进人正常运行状态。由于三相交流异步电机的启动转矩与电源电压平方成正比，在降低启动电压限制启动电流的同时，也大幅降低了启动转矩。因此，降压启动的方法只适用于电机的轻载或空载启动。降压启动有以下几种常用的方法。2.3异步电机的结构与检修三、异步电机的控制技术（一）异步电机的启动（2）降压启动。1）星形-三角形（Y-△）降压启动。这种方法是在电机启动时先将定子绕组接成星形（Y），当电机转速接近稳定值时，再将定子绕组接成三角形（△），使电机在三角形的联结方式下运行。该方法在电机启动时就能将定子每相绕组上的电压降至正常工作电压，但该方法只适用于6个接线端子均可用，且正常工作时定子绕组为三角形联结的三相交流异步电机。定子绕组接成星形时的启动电流IIY为：式中，U1为电网线电压（电机额定工作线电压）；|Z|为电机定子每相绕组的阻抗模值；UPY为星形联结方式下，每相绕组的相电压；IPY为星形联结方式下，每相绕组的相电流。2.3异步电机的结构与检修三、异步电机的控制技术（一）异步电机的启动（2）降压启动。1）星形-三角形（Y-△）降压启动。定子绕组接成三角形时的启动电流II△为：式中，Up为三角形联结方式下，每相绕组相电压；U1为电网线电压（电机额定工作线电压）；|Z|为电机定子每相绕组的阻抗模值。则：即降压启动时的电流为直接启动时的1/3。2.3异步电机的结构与检修三、异步电机的控制技术（一）异步电机的启动（2）降压启动。1）星形-三角形（Y-△）降压启动。由于启动转矩与电压的平方成正比，因而当定子每相绕组的电压降低至正常工作电压的1/√3时，启动转矩减小至直接启动时的1/3。启动前先把绕组切换开关Q拨至下位，定子绕组接成星形，随后闭合电源开关Q2，进行星形降压启动；待电机转速上升至接近额定转速时，断开电源开关Q2后将Q1切换至上位，定子绕组改为三角形联结，再投人全压正常运行。现如今工程中普遍采用继电器-接触器控制电路，实现星形、三角形联结的自动切换。2.3异步电机的结构与检修三、异步电机的控制技术（一）异步电机的启动（2）降压启动。2）自耦变压器降压启动。若三相交流异步电机不能采用星形-三角形降压启动，可采用自耦变压器降压启动。Q2为电源总开关，控制主电路通断。电机启动时先闭合Q2，再将开关Q1向下接合，使电机定子绕组与自耦变压器低压边相接，进行降压启动，当电机转速接近额定值时，再将开关Q1向上接合，使电机定子绕组直接与电源相接，进人正常运行状态.采用这种降压启动的方法，定子绕组的电压降为原来的1/k（k是自耦变压器的变压比），供电线路的电流减小为原来启动电流的1/k2，启动转矩也减小为直接启动时的1/k2，这种启动方法的优点是可以根据需要选择启动电压，使用起来方便灵活，但需要自耦变压器，从而增加了成本。2.3异步电机的结构与检修三、异步电机的控制技术（一）异步电机的启动（2）降压启动。3）转子串电阻降压启动。这种启动方法是在转子绕组中接入启动电阻，只适用于绕线型异步电机。电机启动时，先将启动电阻的阻值置于最大位置，随着转速的上升，逐渐减小启动电阻，直到电机转速接近额定值时，再全部切断启动电阻，使电机进人正常运行状态。该方法不但减小了启动电流，而且增大了转子的功率因数，从而提高了电机的启动转矩。2.3异步电机的结构与检修三、异步电机的控制技术（二）异步电机的变频调速变频调速是通过改变电机的电源频率进行调速。由于能连续改变电源频率，因而电机转速的改变也是连续和平滑的。异步电机的转速n为：式中，f1为电源频率；p为电机定子绕组磁极对数；s为异步电机转差率。由上述公式可知，改变电源频率，就可以改变旋转磁场的转速，从而改变电机的转速。在忽略定子漏阻抗的情况下，异步电机的感应电动势E，近似等于电源电压U，即：式中，f1为电源频率；N1为定子每相绕组串联匝数；φ为磁通；K1为基波绕组系数。2.3异步电机的结构与检修三、异步电机的控制技术（二）异步电机的变频调速由上述公式可知，若电源电压不变，则磁通随电源频率而变。在设计电机时，为了充分利用铁芯材料，通常将磁通的数值定为接近饱和值。如果电源频率从额定值向下调，磁通增加，这将造成磁路过饱和，使励磁电流增加，铁芯过热，增加其损耗。如果电源频率从额定值向上调，会使磁通减小，造成电机欠励磁，影响电机的输出转矩。因此，在调节电源频率的同时应同步调节电源电压的大小，以保持U1/f1，为恒定值，从而维持磁通恒定不变。但在实际应用中，由于受电机的额定电压值限制，在有的情况下不能保持U1/f1；值为恒定，故出现了不同的变频调速控制方式。异步电机变频调速的控制方式主要包括以下4种。2.3异步电机的结构与检修三、异步电机的控制技术（二）异步电机的变频调速（1）保持U1/f1值恒定的恒转矩变频调速。这种变频调速方式是将频率从额定值向下调（同时减小U），由于频率减小，故电机转速降低。在这种变频调速过程中，由于U1=4.44f1N1φK1，T=CTφl2cosφ2K1，（T为异步电机电磁转矩；CT为转矩常数，由电机结构、磁极对数等决定；φ为磁通；I2为转子绕组相电流；cosφ2为转子电路功率因数；K1为定子绕组系数）；若负载转矩不变，磁通又是恒定的，则转子电流不变，电机输出转矩也不变，故为恒转矩调速。这种保持磁通恒定、输出转矩不变的变频调速机械特性曲线。这种调速方法的机械特性较硬，即转速降较小，调速范围较宽，但低速性能较差。如果电源频率能实现连续调节，就能实现无级变频调速。2.3异步电机的结构与检修三、异步电机的控制技术（二）异步电机的变频调速（2）恒功率变频调速。这种方式是将频率从额定值向上调。由于一般不允许将电机的电源电压升高至超过其额定值，因而在电源电压不变的情况下，提高电源频率会使磁通减小，输出转矩随之减小。对于恒功率负载，若电机转速升高，其输出转矩会减小，从而使电机的电磁功率基本保持不变。这种恒功率变频调速方式的机械特性曲线，它的机械特性较软，即转速降较大。这种调速方式也称为恒压弱磁变频调速。在实际应用中可根据不同负载采用不同的调速方式。通常恒转矩负载采用恒转矩变频调速方式，恒功率负载采用恒功率变频调速方式。2.3异步电机的结构与检修三、异步电机的控制技术（二）异步电机的变频调速（3）变极调速。变极调速是通过改变异步电机定子旋转磁场的磁极对数来改变旋转磁场转速，从而改变电机的转速以实现调速。改变异步电机的磁极对数是通过改变定子绕组的接线方式来实现的。现以四极变两极为例，说明变极调速原理。一台四极三相交流异步电机定子的U相绕组，它由两个等效集中线圈串联组成，连接顺序为U1一U2一U’1一U’2，当U1和U2绕组有电流通过时，绕组中电流的方。根据右手定则，可以判断出定子旋转磁场有四个磁极，这时磁极对数p=2。2.3异步电机的结构与检修三、异步电机的控制技术（二）异步电机的变频调速（3）变极调速。若将线圈连接顺序改为UI一U2一U’2一U’1，当有电流通过绕组时，它产生的定子旋转磁场有两个磁极，这时磁极对数p=1。由以上内容可以看出，若改变电机定子绕组中部分绕组的电流方向，则电机的磁极对数会成倍变化，从而使旋转磁场转速及转子转速也成倍变化。通常，普通电机的磁极对数是不能改变的，为达到变极调速的目的，研究人员研制出能够实现变极调速的电机，称为变极电机。这种电机适用于车床、镗床、钻床等加工机床。该种电机在初加工时，由于进刀量大、负载转矩大，可低速运行；而在精加工时，由于进刀量小、负载转矩小，可高速运行，从而获得较高效率。这种调速方式简单，容易实现，但不能对转速实现连续调节。2.3异步电机的结构与检修三、异步电机的控制技术（二）异步电机的变频调速（4）变转差率调速。这种调速方式是在绕线型异步电机的转子绕组中串联接入电阻，通过改变转差率实现调速。调速原理：设电机在额定转速下运行，在增大转子电阻的瞬间，转子电流减小，使电机输出的电磁转矩小于负载转矩，从而引起电机转速下降。转速下降则转差率增大，从而使转子中的感应电动势增大，转子电流和电磁转矩回升。直到电磁转矩与负载转矩重新相等，电机稳定运行，但这时电机的转速降至n’。这种调速方法使转差率改变，故称为变转差率调速。这种调速方法的特点：旋转磁场转速不变，转子绕组串入的电阻越大，机械特性曲线运行段斜率越大，机械特性越软，随着负载转矩的增加，转速下降就越快，但最大转矩不变。这种调速方法设备简单，可实现连续调速，但调速电阻增加了能量损耗。2.3异步电机的结构与检修三、异步电机的控制技术（三）异步电机的制动切断三相交流异步电机供电电源后，电机会依靠惯性继续转动一段时间后才停止。为保证生产机械工作的准确性和提高生产效率，需要采用某种方法对电机实施制动，即强迫电机迅速停止转动。三种常用的制动方法如下。（1）能耗制动。能耗制动是在电机断电之后，立即在定子绕组中通入直流电流，以产生一个恒定的磁场。它与继续转动的转子相互作用，产生一个与转子旋转方向相反的电磁转矩，迫使电机迅速停止转动。这种制动方法是通过消耗转子的动能实现制动，故称为能耗制动。能耗制动线路由开关实现制动的转换。Q为电源总开关，控制主电路通断。电机正常运转时，开关Q1接合至运行侧；当制动时，开关Q1接合至制动侧。当电机停转后，打开开关Q，切断直流电源。这种制动方法消耗能量小，制动效果较好，但需配直流电源。2.3异步电机的结构与检修三、异步电机的控制技术（三）异步电机的制动（2）反接制动。反接制动是将接到电机定子绕组的三相电源的三根导线中的任意两根对调位置，即通过改变接人电机三相电源的相序实现制动。当三相电源的相序改变时，电机旋转磁场立即反向旋转，反向旋转产生的电磁转矩方向与原来的方向相反，即与电机由于惯性仍在转动的方向相反，因此起到制动的作用。当电机转速降为零时，应及时断电，否则电机将反向启动。在反接制动时，旋转磁场与转子相对速度（n0十n）很大，因此定子、转子中将产生很大的电流，为了限制这个电流，通常在定子绕组中串入限流电阻R。这种制动方法简单，制动力矩大，制动效果好，但能量消耗较大。2.3异步电机的结构与检修三、异步电机的控制技术（三）异步电机的制动（3）发电反馈制动。当转子转速n超过旋转磁场转速n0时，转子所产生的转矩为制动转矩。由于n>n0，这时转子中产生的感应电动势及感应电流的方向均与电机的电动状态相反，由此产生制动转矩，在制动转矩的作用下，电机转速减小。在采用变频器对异步电机进行调速时，降低变频器的输出频率使电机处在减速过程中。在减速瞬间，旋转磁场的转速低于电机的实际转速，异步电机便成为异步发电机，它将机械负载和电机所具有的机械能量反馈至变频器，并在电机中产生制动转矩，故称发电反馈制动。2.3异步电机的结构与检修四、异步电机的检修（一）异步电机的日常维护异步电机几乎不需要维护，只需定期检查电机高压线、电机紧固件的紧固情况。为了使电机散热良好，须定期清除电机表面的尘土、纤维物，还应观察电机有无异常。与电机连接的减速器需要维护，减速器机油的首次更换一般在行驶里程为3000km左右时进行，后续保养与传统燃油车差不多，每行驶5000~8000km更换机油。电机轴伸端轴承每半年补充一次润滑脂（1次补充20g）。一个大修周期（两年）内，一般不需要更换轴承。大修时，更换非轴伸端的轴承，并为轴伸端轴承补充润滑脂20g。每两个大修周期更换一次轴伸端轴承。当轴承发生故障时，须将电机解体，更换相应的轴承。2.3异步电机的结构与检修四、异步电机的检修（二）异步电机的检测（1）主要技术性能评价参数。1）电量参数。电量参数包括电压、电流、功率、频率、相位、阻抗、介电强度、谐波等。2）非电量参数。非电量参数包括转速、转矩、温度、噪声、振动等。通过这些参数能够了解电机运行时的工作特性，从而对被测电机进行性能评价。（2）电机基本电量参数的检测。电压、电流、功率、频率、相位等电量参数是通过电子测量仪器进行测量的。根据测量项目的不同，一般会用到电压表、电流表、功率表、频率表等各种仪表。当前的电量参数测量技术较为成熟，通常使用功率分析仪即可满足电机电量参数的测量需求。功率分析仪实际上是电压表、电流表、功率表和频率表的有机融合，其可实现高精度的电压、电流、频率、相位实时采集，并实时运算出功率结果，可以为使用者提供精准的电量参数测试结果，且不同参数之间的采集在时基上是同步的，保证了数据的有效性。2.3异步电机的结构与检修四、异步电机的检修（二）异步电机的检测（3）电机性能参数的测量。电机性能参数的测量有负载特性测试、T-N曲线测试、耐久性测试、空载测试、堵转测试、启动电流测试等。1）负载特性测试。①测试目的：确定电机的效率、功率因数、转速、定子电流等。②测试方法：用伺服电机对被测电机进行加载测试，从150%额定负载逐步降低至25%额定负载，在该范围内至少选取6个测试点（必须包含100%额定负载点），测取其电压、电流、功率、转矩、转速等参数并进行计算。从负载特性来看，该测试主要是针对不同负载情况下的电机特性进行测试，保证电机在不同使用场合下仍能良好运行，保证电机运行质量，提高生产效率。2.3异步电机的结构与检修四、异步电机的检修（二）异步电机的检测（3）电机性能参数的测量。2）T-N曲线测试。①测试目的：描绘出电机的转速、转矩关系特性曲线。②测试方法：测量从零转速到最高转速下，电机在不同转速点能输出的最大转矩，并绘制出二者关系曲线。上述曲线用于根据不同转速对应的转矩判断电机基本特性，能够直观地表现电机运行性能，以更好地评估电机的运行状态。3）耐久性测试。在测试软件中，可由用户设定电机按某个测试方案进行耐久性测试。例如，设定被测电机以80%的额定转速运行10min后暂停5min，再以120%的额定转速运行10min。测试该运行过程中的电压、电流、效率、转矩、转速等关键信息。2.3异步电机的结构与检修四、异步电机的检修（二）异步电机的检测（4）电机三相线束是否相互短路的检测。1）操作启动开关，使电源模式置于OFF状态。2）断开辅助蓄电池负极电缆。3）拆卸维修开关。4）断开电机三相线束插接器。5）使用万用表电阻挡，测量三相绕组两两之间的直流电阻值（U-V、V-W、W-U）。在常温下，测得的三个电阻值应非常接近，平衡度较高（差值一般小于平均值的2%）。如果其中一组的电阻值明显偏小，则可能表示该两相绕组之间存在匝间短路（但通常三相线束短路会直接导致电阻极低）。2.3异步电机的结构与检修四、异步电机的检修（二）异步电机的检测（5）电机三相线束绝缘电阻的检测1）操作启动开关，使电源模式置于OFF状态。2）拆下维修开关。3）断开电机三相线束插接器。4）使用数字绝缘表，测量各相线束与车身搭铁之间的电阻。若任意一相线束与车身搭铁间的电阻值小于20MΩ，则表示该相线束绝缘不良，存在漏电/搭铁故障；若任意一相线束与车身搭铁间的电阻大于或等于20MΩ，则表示该相线束绝缘正常。2.3异步电机的结构与检修（三）异步电机性能测试异步电机性能测试具体步骤如下：（1）检查外观。检查并记录电机外观实际情况，检查并记录电机铭牌信息。（2）空转检查。转动手柄进行空转检查，检查电机是否正常并记录。（3）检查气压。安装密封管，组装压力表接头，向管路加注200kPa气压15min后，检测气压值是否仍为200kPa。（4）检查U、V、W相绕组绝缘电阻值。拆开电机U、V、W三相绕组保护盖，测量并记录三相绕组U、V、W对壳体冷态绝缘电阻值，若测量结果均大于20MΩ则正常