新能源汽车电工电子与电力电子基础课件(中).pptx

1、2n 能说出简单有刷直流电机的工作原理。n 能说出简单有刷永磁直流电机的有刷、永磁和直流分别指什么说的。n 能说出直流电机在加负载后的电流变化。知识目标3n 能更换汽车起动机。n 能正确拆装汽车起动机。n 能对汽车起动机进行必要的检查。n 能说出汽车上大功率的有刷直流电机有哪些，功率分别大约是多少瓦。n 通过钳形电流表和万用表测量汽车起动工况时起动机的实际功率是多少瓦。技能目标4第一节第一节 概概 述述一、一、直流电机直流电机 直流电机的电源是直流电，电机电柜绕组内电流方向是变化的，不可错误理解为电流方向不变。直流电机的主要优点：具有良好的调速性能，便于经济地在宽范围内做平滑的速度调节；并具有

2、良好的起动性能。这是一般交流电机所不及的。因此，直流电机在电力拖动中仍占有一定地位。主要用来驱动电车、电传动机车、轧钢机、造纸机、电铲、矿井卷扬机等。直流电机分为有刷直流电机和无刷直流电机两种，本章主要介绍有刷电机，无刷电机专门在电动汽车部分讲解。5二、二、汽车直流电机汽车直流电机有刷直流电机在汽车上的应用如下：功率为几千瓦的汽车起动机；功率为几百瓦的散热器风扇电机、空调鼓风机电机和刮水器电机等；功率为 附近的电机有电动窗或座椅电机等；功率为十几瓦的电机有中控锁电机；功率为几瓦的电机有观后镜调节电机。第一节第一节 概概 述述6三、三、电动汽车驱动电机是什么电机电动汽车驱动电机是什么电机可长时间

3、工作的直流有刷电机的功率不能太大，一般不超过 （绕线异步电机功率可做得很大），功率大时换向器会出现环火烧毁换向器。无刷电机采用变频器对直流进行换流形成单相或三相交流电，使电机成为单相或三相电机，功率可以做到几百到上千千瓦，电动汽车采用的电机为无刷电机。第一节第一节 概概 述述7第二节第二节 直流电机的基本原理直流电机的基本原理一、一、直流电机的工作原理直流电机的工作原理8二、二、直流电机的简单计算直流电机的简单计算 电枢旋转后，绕组的线圈边又因切割磁力线而产生感应电动势，用右手定则判断，它的方向与绕组中的电流方向是相反的，称为反电动势，记作。因此，直流电动机运转时，电枢中的电流为式中，为外加电

4、压；为电枢绕组的电阻。式中，为转矩常数，取决于电机结构。第二节第二节 直流电机的基本原理直流电机的基本原理9二、二、直流电机的简单计算直流电机的简单计算式中，为转矩常数，取决于电机结构。直流电机的电磁转矩 与每极磁通 和电枢电流 成正比，即反电动势 与每极磁通 和电机的转速 成正比，即式中，为电动势常数，由电机结构决定。第二节第二节 直流电机的基本原理直流电机的基本原理10第二节第二节 直流电机的基本原理直流电机的基本原理11三、三、直流电机的构造直流电机的构造第二节第二节 直流电机的基本原理直流电机的基本原理12三、三、直流电机的构造直流电机的构造第二节第二节 直流电机的基本原理直流电机的基

5、本原理13三、三、直流电机的构造直流电机的构造第二节第二节 直流电机的基本原理直流电机的基本原理14三、三、直流电机的构造直流电机的构造第二节第二节 直流电机的基本原理直流电机的基本原理15四、四、直流电机的励磁方式直流电机的励磁方式第二节第二节 直流电机的基本原理直流电机的基本原理16第三节第三节 直流电机的特性直流电机的特性一、一、直流电机的转速特性直流电机的转速特性17二、二、直流电机的机械特性直流电机的机械特性第三节第三节 直流电机的特性直流电机的特性18第三节第三节 直流电机的特性直流电机的特性二、二、直流电机的机械特性直流电机的机械特性19第四节第四节 直流电机的起动、直流电机的起

6、动、调速和反转调速和反转一、一、电机的起动电机的起动由于电枢电阻 很小，故起动电流可达额定值的十几或几十倍，会损坏换向器和电枢绕组等，并使供电线路的电压下降。因此，起动时可降低加在电枢绕组上的电压，或在电枢电路中串联起动变阻器，以限制起动电流。20二、二、电机的调速电机的调速 直流电机的调速方法有三种：电枢串接电阻调速、弱磁调速和降低电源电压调速。第四节第四节 直流电机的起动、直流电机的起动、调速和反转调速和反转21三、三、电机的反转电机的反转直流电机的旋转方向取决于电枢电流的方向和主磁极磁场的方向，所以两者任变其一，就可使电机反转。并励电机通常是改变电枢电流方向使电机反转。这是因为励磁电路的

7、电感很大，换接时将会产生很高的电动势，可能把绝缘击穿。第四节第四节 直流电机的起动、直流电机的起动、调速和反转调速和反转22谢谢谢谢24n 能说出永磁同步直流无刷电机中的永磁、同步、直流、无刷分别指什么。n 能说出汽车变频器控制下的电机工作特性。n 能说出汽车变频器“两两导通”和“三三导通”的换流过程。知识目标25n 能更换汽车永磁直流同步无刷电机。n 能正确拆装汽车永磁直流同步无刷电机。n 能对汽车永磁直流同步无刷电机进行必要的检查。n 能对汽车永磁直流同步无刷电机的液冷系统进行检查。技能目标26第一节第一节 电动汽车电机电动汽车电机一、一、电机种类电机种类电机根据电源的电压幅值和频率是否变

8、化分为驱动电机和控制电机两种。27二、二、驱动电机驱动电机驱动电机是电源的特征（电压幅值和频率）不发生变化的电机，工作机械特性只取决于负载阻力的大小。例如，电机的端电压 （），在我国有三相电机和单相电机两种，我国工频电为 （），线电压为，相电压为。因此有:三相电机：槡（）单相电机：槡（）由于电压幅值 不变、角频率 不变、初始角 不确定，整个电机的机械特性取决于电机的负载大小，这就是驱动电机（工频电机）。第一节第一节 电动汽车电机电动汽车电机328三、三、控制电机控制电机控制电机的电源是直流电，经变频器控制输出幅值和频率的电机，工作机械特性不仅取决于负载阻力的大小，也取决于变频器的控制电流输出大

9、小。控制电机的端电压仍为 （），电动汽车为三相电机，电机端电压随以下参数的变化而变化：）电压幅值：幅值 是变值。）角频率：也可以从零调节到几百赫兹（）。）初始角：为确定值。整个电机的机械特性取决于电机控制目标的大小，这就是控制电机。汽车上的控制电机应用有很多，如电动汽车或传统汽车采用的电动转向电机，电动汽车驱动电机和空调驱动电机。第一节第一节 电动汽车电机电动汽车电机29四、四、电动汽车对电机的要求电动汽车对电机的要求（）过载能力要强（）基速比要大（）设计目标要求高（）功率密度要高（）可控性要好（）工作环境差第一节第一节 电动汽车电机电动汽车电机30第二节第二节 电动汽车永磁电机结构电动汽车永

10、磁电机结构一、一、永磁无刷电机的优点永磁无刷电机的优点）电机转子由高磁能永磁材料制作，对于给定的输出功率，它的质量和体积能够大大减小，使得功率密度提高。）转子为永磁体，转子铜损耗小于感应电机，其效率高于感应电机。）电机发热主要集中在定子上，易于采取散热措施。）永磁体没有其他励磁制造缺陷、过热或机械损坏的限制，因而可靠性较高。汽车永磁电机按有无换向电刷可分为两类：永磁有刷直流电机和永磁无刷直流电机。根据输入电机接线端的交流波形，永磁无刷电机可分为永磁同步电机（正弦波）和永磁无刷直流电机（矩形波）。31二、二、三相直流无刷电机三相直流无刷电机.三相原始电机基本结构三相原始电机基本结构第二节第二节

11、电动汽车永磁电机结构电动汽车永磁电机结构32.加倍降波动为了降低电机转子的转矩波动，通常要将定子相数和转子磁极数加倍，在两倍（相当于两缸发动机）原始电机 相中，和 串在一起构成 相，通电时会同时产生磁通。二、二、三相直流无刷电机三相直流无刷电机第二节第二节 电动汽车永磁电机结构电动汽车永磁电机结构33第三节第三节 三相逆变过程三相逆变过程电机的转矩控制本质是两个要素的控制，第一是什么时间控制开关管导通；第二是开关管导通持续的时间（电角度）是多少。一、一、变频器变频器34二、二、电流导通方式电流导通方式.两两导通两两导通第三节第三节 三相逆变过程三相逆变过程35.三三导通三三导通二、二、电流导通

12、方式电流导通方式第三节第三节 三相逆变过程三相逆变过程36三、三、定时和定量控制定时和定量控制第三节第三节 三相逆变过程三相逆变过程37第四节第四节 电机转子位置传感器电机转子位置传感器一、一、电机转子初始角电机转子初始角功率晶体管的换相信号需要从电机转子位置传感器的状态得出，换相时刻即相序信号状态改变的时刻。因此，电机转子位置和三相绕组相对关系对于电机的正确方向运行非常重要。电机转子位置传感器分为有传感器型和无传感器型两种，电机位置传感器即电机转子转速传感器，由于表达过于冗长，一般称为电机解角传感器。38二、二、电机转子位置识别电机转子位置识别.有位置传感器型有位置传感器型永磁直流无刷电机位

13、置传感器是组成无刷直流电机系统的三大部分（电机、变频器、位置传感器）之一，也是区别于有刷直流电机的主要标志。其作用是检测电机转子在运动过程中的位置，将转子磁极的位置信号转换成电信号，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，以控制功率晶体管的导通与截止，使电机电枢绕组中的电流随着转子位置的变化按次序换向，形成气隙中的旋转磁场，驱动永磁转子连续不断地旋转。第四节第四节 电机转子位置传感器电机转子位置传感器39.无位置传感器型无位置传感器型二、二、电机转子位置识别电机转子位置识别段式起动法：电机静止时的转子停留的位置决定了变频器第一次应触发哪两个功率晶体管，而在没有位置传感器时判断转子初始位置很复杂；可以

14、先让变频器任意两相导通，并控制电机电流，通电一段时间后，转子就会转到与该导通状态相对应的一个预知位置，完成转子的定位；转子定位后，根据驾驶人变速杆的位置（或），就可知道接下来应触发的变频器功率器件。基于以上这种想法，人们提出了三段式起动法。三段式起动法是信号发生器控制同步电机的运行状态从静止开始加速，直至转速足够大到产生可识别的反电势信号，再切换至反电势法控制无刷电机运行状态，实现电机起动。这个过程包括转子定位、加速和运行状态切换三个阶段，所以也称“三段式起动法”。第四节第四节 电机转子位置传感器电机转子位置传感器40谢谢谢谢42n 能说出保护接零和保护接地的工作过程。n 能对电机做出保护接零

15、保护。n 能对电机做出保护接地保护。知识目标技能目标43安安 全全 用用 电电一、一、电流对人体的作用电流对人体的作用人体触电时，电流通过人体，就会产生伤害。电流对人体的伤害，按其性质可分为电击和电伤两种。.电击电击是指电流使人体内部器官受到损害，触电时肌肉发生收缩，如果触电者不能迅速摆脱带电部分，电流将持续通过人体，最后因神经系统受到损害，使心脏和呼吸器官停止工作而趋死亡。所以电击的危险性最大，而且也是经常遇到的一种伤害。.电伤电伤是指因电弧或熔体熔断时飞溅的金属沫等对人体的外部伤害，如烧伤、金属沫溅伤等。电伤的危险虽不像电击那样严重，但也不容忽视。44二、二、触电伤害程度触电伤害程度人体触

16、电伤害程度取决于通过人体电流的大小。如果通过人体（心脏）的电流在.（）以上，就会有生命危险，而达.（）时就足以致命。人体的电阻从 到几万欧不等，皮肤潮湿或有污垢时会使人体电阻大大降低。安安 全全 用用 电电45三、三、什么是安全电压什么是安全电压 安全电压与工作领域有关，我们所说的安全电压大小必须在一定的领域下提出才是有效的。比如是电动汽车领域，还是变压器之后的工业交流用电领域（网络）。因为它们的电网络是不同的，变压器之后的工业交流用电领域为“网络”，电动汽车为“网络”。网络不同导致安全程度和防护方法不同。最后，要说的是安全电压也与是交流电还是直流电有关，同样电压的直流电和交流电的触电结果是不

17、同的。安安 全全 用用 电电46三、三、什么是安全电压什么是安全电压 在电工领域：接触交流 以下的电压，通过人体（心脏）的电流不致超过.，故安全电压通常规定为交流；但在潮湿及地面能导电的厂房，安全电压则规定为交流、交流。这是对一般人而言的，不针对特殊不健康人群。在电动汽车领域：电动汽车规定在维修电动汽车时，安全电压为直流。这也是对一般人而言的。安安 全全 用用 电电47四、四、电动汽车的所谓电动汽车的所谓“高压高压”是真的吗是真的吗纯电动汽车或混合动力汽车上的所谓高压的本质是低压，因为电压不高于，以下在低压领域，不会有电离空气的触电危险，只要不触摸就没有危险。但在汽车领域，为了区分汽油汽车 电

18、系或柴油汽车 电系两种电压，又因为这两种电系只有电烧伤的可能，但没有电击伤的可能，而几百伏的电动汽车直流电压却有电击伤人员的可能，所以称其为“高压”，纯电动汽车和混合动力汽车也称为“高压车”。安安 全全 用用 电电48四、四、电动汽车的所谓电动汽车的所谓“高压高压”是真的吗是真的吗 事实上电动汽车上电压的危险性要比交流单相 或三相 要小得多，从事电动汽车维修的危险概率要比低压电工操作人员（从事变压器下面的）要安全得多，修理电动汽车的危险远比我们每天插笔记本电脑电源线、手机充电器、家用电饭锅等要安全得多。电动汽车非常安全，但电动汽车从业者的从业人员素质有高有低，并以低居多。再加之从原来燃油汽车过

19、渡过来的从业人员会将 电系的操作习惯应用到电动汽车的几百伏电压上，就有一定的危险了，所以将其暂称为“高压”或“高压车”。安安 全全 用用 电电49五、五、中性点不接地系统的保护接地中性点不接地系统的保护接地安安 全全 用用 电电50安安 全全 用用 电电51六、六、中性点接地系统的保护接地中性点接地系统的保护接地安安 全全 用用 电电52安安 全全 用用 电电53七、七、工业用电安全知识工业用电安全知识）对高、低压电气设备均应制订并严格遵守安全操作规程。）低压设备中，应采取措施防止偶然触及带电部分，如闸刀开关的闸刀、变阻器的接触点等均应有适当的保护装置；凡会触及的金属部分，虽然不是电路的一部分

20、，但只要在绝缘损坏时有可能与带电部分相接触，都要采用保护接地或保护接中性线。）工厂车间内一般只允许使用 的手提灯；在金属结构架上和特别潮湿的屋内，则只允许使用不超过 的手提灯。）使用低压电器时，变压器一次电压必须是 或 而不能过高，变压器外壳必须接地；不准用自耦变压器、扼流圈或变阻器来降压用电。安安 全全 用用 电电54七、七、工业用电安全知识工业用电安全知识）任何情况下都不得用手来鉴定导体是否带电。）电源未切断时，不得更换熔丝。不得任意加大熔丝的断流容量。）防止绝缘部分破损或受潮。为了防止电线受损，下列情况必须避免：把电线挂铁钉上；在电线上勾挂物件、晾晒衣服；用金属丝把两根相线扎在一起；将重

21、物压在电线上；电线受潮；乱拉电线等。）遇有人触电时，如在开关附近应立即切断电源；如附近无开关，应尽快用干燥的绝缘棍棒打断电线或拨开触电者（对 以下的低压情况而言），切勿直接用手去拉触电者。当触电者脱离电源后，根据具体情况，耐心地施行人工呼吸，切勿打强心针。安安 全全 用用 电电55八、八、工业电机的主要安全操作规程工业电机的主要安全操作规程）电机的旋转部分，如联轴器、带轮、风扇等，应当可靠地遮护起来。）接线端必须盖好，以免无意中触及。）电机及其起动装置不得在运行中进行修理。）高压电机的开关及其起动设备，必须严格关锁，使用时要专人负责，开关附近应备有安全用具，以备操作时使用。安安 全全 用用 电

22、电56谢谢谢谢58n 能说出半波整流和全波整流的区别。n 能说出滤波电路的滤波方法。n 能用电子元器件制作一个 的交流整流电路，并加滤波电路。知识目标技能目标59第一节第一节 概概 述述一、一、什么是半导体什么是半导体导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体，如硅、锗、硒以及大多数金属氧化物和硫化物。纯净半导体导电能力差，绝缘性能也不强，既不宜用作导电材料，也不适合用作绝缘材料，因而长期未被人们重视。后来，人们逐渐发现：温度、光照、掺杂质等外界条件能引起半导体导电性能的显著变化；即半导体具有热敏、光敏、掺杂等特性。其中，最引人注目的是掺杂特性：在纯净半导体中掺进微量的某种杂质，对其导电性能

23、影响极大。例如，在纯硅中掺入百万分之一的硼，可使其导电能力增加几十万倍以上。半导体技术飞跃发展的基础，主要是利用了半导体的这种掺杂特性。60二、二、什么是晶体管什么是晶体管半导体一般都呈晶体状态，晶体有单晶与多晶之分。所有原子都按一定规律整齐排列的称为单晶体；大量的单晶颗粒杂乱排列就组成多晶体。制造半导体器件需用纯度很高的单晶材料，所以半导体管也称为晶体管。自从第一个晶体管（俗称三极管）于 年试制成功以来，半导体技术发展极为迅速。由于晶体管、集成电路等半导体器件具有体积小、重量轻、耗电少、寿命长、工作可靠等一系列优点，在电子技术中逐步取代了电子管器件，使电子装置在微型化、可靠性方面不断进步，在

24、现代生产与科技的各个领域中获得了广泛的应用。第一节第一节 概概 述述61第二节第二节 结结一、一、半导体的导电方式半导体的导电方式半导体中的电子不像在绝缘体中被束缚得那样紧，由于热运动或受光照射，有少量电子获得足够的能量，就能挣脱束缚而成为自由电子。在外电场作用下，这些自由电子就逆着电场方向移动而形成电流。这种导电方式称为电子导电，是半导体中的一种导电方式。每当一个电子挣脱束缚成为自由电子时，就留下一个空位，称为空穴。中性的原子因失去一个电子而带正电，同时形成了一个空穴，故可认为空穴是带正电的。在外电场作用下，带正电的空穴沿着电场方向移动而形成电流（实际上是邻近的电子填补了空穴，而又留下新的空

25、穴，新空穴再吸引邻近的电子，从而形成空穴的“移动”）。这种导电方式称为空穴导电，它是半导体的又一导电方式。半导体中同时存在着电子导电和空穴导电，这是它导电方式的基本特点，也是它与金属在导电上的本质差别。自由电子和空穴都称为载流子。62二、二、两种两种 （型与型与 型）型）半导半导体体.型半导体现代电子技术用得最多的半导体材料是硅（）与锗（），它们都是四价元素，即有四个价电子。单晶硅（或锗）中掺入微量的五价元素磷 （或砷、锑），晶体结构中多余的一个价电子很容易脱离原子核的束缚而成为自由电子。于是半导体中的自由电子增多，显著提高了它的导电能力。因为这种半导体的主要导电方式是电子导电，故称之为电子型

26、半导体或 型半导体。在 型半导体中，自由电子是多数载流子，简称多子；空穴是少数载流子，简称少子。第二节第二节 结结63二、二、两种两种 （型与型与 型）型）半导体半导体.型半导体单晶硅（或锗）中掺入微量的三价元素硼 （或铟、铝、镓），硼原子只有三个价电子，在晶体结构中因缺少一个电子而形成一个空穴。这样就出现大量空穴，其主要导电方式是空穴导电，故称之为空穴型半导体或 型半导体，其中，多数载流子是空穴，少数载流子是自由电子。应当注意的是，不论 型还是 型半导体，虽然它们都有一种载流子占多数，但整个晶体仍然呈电中性。这是因为本征元素和杂质元素的每两个原子本来就是中性的，所以从宏观上看，掺杂半导体并不

27、带电。第二节第二节 结结64三、三、结及其单向导电性结及其单向导电性.结的形成第二节第二节 结结65三、三、结及其单向导电性结及其单向导电性.结的单向导电性第二节第二节 结结66第三节第三节 二二 极极 管管一、一、二极管的分类和符号二极管的分类和符号67二、二、二极管的伏安特性二极管的伏安特性第三节第三节 二二 极极 管管68三、三、二极管应用二极管应用利用二极管的单向导电性，可将它用作检波、整流、钳位、开关等。第三节第三节 二二 极极 管管69四、四、二极管参数二极管参数二极管的参数有很多，从使用角度来说，主要参数有两个：）最高整流电流：即二极管长时间使用时允许流过的正向平均电流。它由材料

28、和 结的面积决定。电流超过这个允许值时，二极管将因过热而损坏。）最高反向工作电压：即保证二极管不被击穿而给出的最高反向电压，一般是反向击穿电压的一半或三分之二。此外，还有最大反向电流、正向电压、工作频率等参数，选用二极管时也应注意。第三节第三节 二二 极极 管管70稳压二极管是一种特殊的二极管，它工作于反向击穿区，可起稳压作用，第十二章中将专题讲述。图 所示为稳压二极管的图形符号。利用半导体导电过程中电子与空穴复合时的辐射发光效应，可制成发光二极管（）。制造发光二极管常用的材料有磷砷化镓、磷化镓、砷化镓等。选用不同的材料能发出红、绿、黄等色的可见光以及红外线辐射。发光二极管常用作数字显示器件，

29、图-所示为它的图形符号。第三节第三节 二二 极极 管管71第四节第四节 整整 流流 电电 路路一、一、什么是整流什么是整流所谓整流，就是把交流电变成直流电。按所用交流电源相数，可分为单相和三相整流；按负载上所得整流波形，可分为半波和全波整流。（注：相是电机线圈的个数，一个线圈为一相）72二、二、单相半波整流电路单相半波整流电路第四节第四节 整整 流流 电电 路路73第四节第四节 整整 流流 电电 路路74三、三、桥式全波整流电路桥式全波整流电路第四节第四节 整整 流流 电电 路路75第四节第四节 整整 流流 电电 路路76第四节第四节 整整 流流 电电 路路77第四节第四节 整整 流流 电电

30、路路78第五节第五节 滤波电路滤波电路一、一、电容滤波电容滤波7980第五节第五节 滤波电路滤波电路81第五节第五节 滤波电路滤波电路82第五节第五节 滤波电路滤波电路83第五节第五节 滤波电路滤波电路84二、二、电感滤波电感滤波第五节第五节 滤波电路滤波电路85第五节第五节 滤波电路滤波电路86三、三、复式滤波复式滤波.滤波器滤波器第五节第五节 滤波电路滤波电路87三、三、复式滤波复式滤波.型型 滤波器滤波器第五节第五节 滤波电路滤波电路88三、三、复式滤波复式滤波.型型 滤波器滤波器第五节第五节 滤波电路滤波电路89第六节第六节 整流、整流、滤波和稳压电路在汽车上的应用滤波和稳压电路在汽车

31、上的应用一、一、三相全波整流器三相全波整流器.六管整流原理六管整流原理90.八管交流发电机的特点八管交流发电机的特点第六节第六节 整流、整流、滤波和稳压电路在汽车上的应用滤波和稳压电路在汽车上的应用91第六节第六节 整流、整流、滤波和稳压电路在汽车上的应用滤波和稳压电路在汽车上的应用92.九管交流发电机的特点九管交流发电机的特点第六节第六节 整流、整流、滤波和稳压电路在汽车上的应用滤波和稳压电路在汽车上的应用93.十一管交流发电机的特十一管交流发电机的特点点第六节第六节 整流、整流、滤波和稳压电路在汽车上的应用滤波和稳压电路在汽车上的应用94三、三、汽车稳压电路应用汽车稳压电路应用第六节第六节 整流、整流、滤波和稳压电路在汽车上的应用滤波和稳压电路在汽车上的应用95四、四、汽车滤流电路应用汽车滤流电路应用第六节第六节 整流、整流、滤波和稳压电路在汽车上的应用滤波和稳压电路在汽车上的应用96谢谢谢谢