电动汽车用电动机课件.pptx

1、电动汽车用电动机 3.1 概述 3.2 直流电动机 3.3 无刷直流电动机 3.4 异步电动机 3.5 永磁同步电动机 3.6 开关磁阻电动机1电动机的分类（1）按电动机工作电源分类 直流电动机和交流电动机 直流电动机又分为绕组励磁式直流电动机和永磁式直流电动机 交流电动机分为单相电动机和三相电动机。 1电动机的分类（2）按结构及工作原理分类 按结构及工作原理分直流电动机，异步电动机和同步电动机 直流电动机又分为无刷直流电动机和有刷直流电动机； 异步电动机分为感应电动机和交流换向器电动机； 同步电动机分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机 1电动机的分类（3）按用途分类 电动机按用

2、途可分为驱动用电动机和控制用电动机。（4）按转子的结构分类 笼电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机和绕线转子感应电动机。（5）按运转速度分类 电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。各类电动机介绍（1）直流电动机 优点：起动加速时驱动力大、调速控制简单、技术成熟等； 缺点：电枢电流由电刷和换向器引入，换向时产生电火花，换向器容易烧蚀，电刷容易磨损，需经常更换，维护工作量大；接触部分存在摩擦损失，不仅使电动机效率降低，还限制了电动机的工作转速。 磨损 新研制的电动汽车基本不采用直流电动机。 各类电动机介绍（2）无刷直流电动机 无刷直流电动机是一种高性能的电动机。它

3、既有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等诸多优点，又具备运行效率高、无励磁损耗、运行成本低和调速性能好等特点。因此，它在电动汽车上的应用与日俱增。各类电动机介绍 （3）异步电动机 异步电动机在电动汽车上广泛应用，这是因为异步电动机采用变频调速时，可以取消机械变速器，实现无级变速，使传动效率大为提高。，异步电动机很容易实现正反转，再生制动能量的回收也更加简单。当采用笼型转子时，异步电动机还具有结构简单、坚固耐用、价格便宜、工作可靠、效率高和免维护等优点。各类电动机介绍（4）永磁同步电动机 永磁同步电动机结构上与无刷直流电动机相似，不同之处在于它采用正弦波驱动，所以在具备无刷直流电动机优点的

4、同时，还具有低噪声、体积小、功率密度大、转动惯量小、脉动转矩小、控制精度高等特点，特别适用于混合动力电动汽车电机驱动系统，以达到减小系统体积，改善汽车加速性能和行驶平稳等目的。因此，永磁同步电动机受到了全世界各大汽车生产厂家的重视。各类电动机介绍（5）开关磁阻电动机 开关磁阻电动机是一种新型电动机，因其结构简单、坚固、工作可靠、效率高，其调速系统运行性能和经济指标比普通的交流调速系统好，具有很大的潜力，被公认是一种极有发展前途的电动汽车驱动电动机。 高密度、高效率、轻量化、低成本、宽调速牵引电机驱动系统已成为各国研究和开发的主要热点。如永磁式开关磁阻电动机、转子磁极分割型混合励磁结构同步电动机

5、、永磁无刷交流电动机等。 各种电动机的性能比较2.电动机的额定指标电动机的额定指标主要包括：（1）额定功率 额定功率是指额定运行情况下轴端输出的机械功率（W或kW）。（2）额定电压 额定电压是指外加于线端的电源线电压（V）。2.电动机的额定指标（3）额定电流额定电流是指电动机额定运行（额定电压、额定输出功率）情况下电枢绕组（或定子绕组）的线电流（A）。（4）额定频率额定频率是指电动机额定运行情况下电枢（或定子侧）的频率（Hz）。2.电动机的额定指标（5）额定转速额定转速是指电动机额定运行（额定电压、额定频率、额定输出功率）的情况下，电动机转子的转速（r/min）。2.电动机的额定指标当电动机在

6、额定运行情况下输出额定功率时，称为满载运行，这时电动机的运行性能、经济性及可靠性等均处于优良状态。输出功率超过额定功率时称为过载运行，这时电动机的负载电流大于额定电流，将会引起电动机过热，从而减少了电动机使用寿命，严重时甚至烧毁电动机。2.电动机的额定指标电动机的输出功率小于额定功率时称为轻载运行，轻载时电动机的效率和功率因数等运行性能均较差，因此电动机应尽量避免轻载运行。3.电动汽车对电动机的要求 （1）电动机的运行特性要满足电动汽车的要求，在恒转矩区，要求低速运行时具有大转矩，以满足电动汽车起动和爬坡的要求；在恒功率区，要求低转矩时具有高的速度，以满足电动汽车在平坦的路面能够高速行驶的要求

7、；。（2）电动机应具有瞬时功率大、带负载启动性能好、过载能力强，加速性能好，使用寿命长的特点；3.电动汽车对电动机的要求 （3）电动机应在整个运行范围内，具有很高的效率，以提高一次充电的续驶里程； （4）电动机应能够在汽车减速时实现再生制动，将能量回收并反馈给蓄电池，使得电动汽车具有最佳能量的利用率； （5）电动机应可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作；3.电动汽车对电动机的要求 （6）电动机应体积小，重量轻，一般为工业用电动机的1/21/3； （7）电动机的结构要简单坚固，适合批量生产，便于使用和维护； （8）价格便宜，从而能够减少整体电动汽车的价格，提高性价比； （9）运行时噪声低，减少

8、污染。3.2 直流电动机 1.直流电动机的分类 直流电动机分为绕组励磁式直流电动机和永磁式直流电动机。在电动汽车所采用的直流电动机中，小功率电动机采用的是永磁式直流电动机，大功率电动机采用的是绕组励磁式直流电动机。 绕组励磁式直流电动机根据励磁方式的不同，可分为他励式、并励式、串励式和复励式四种类型。1.直流电动机的分类（1）他励式直流电动机 他励式直流电动机的励磁绕组与电枢绕组无连接关系，而由其它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。永磁直流电动机也可看作他励直流电动机。 他励直流电动机在运行过程中励磁磁场稳定而且容易控制，容易实现电动汽车的再生制动要求。但当采

9、用永磁激励时，虽然电动机效率高，重量和体积较小，但由于励磁磁场固定，电动机的机械特性不理想，驱动电动机产生不了足够大的输出转矩来满足电动汽车起动和加速时的大转矩要求。1.直流电动机的分类（2）并励直流电动机 并励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组相并联，共用同一电源，性能与他励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。1.直流电动机的分类（3）串励直流电动机 串励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源，这种直流电动机的励磁电流就是电枢电流。这种电动机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。为

10、了使励磁绕组中不致引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好，所以串励直流电动机通常用较粗的导线绕成，它的匝数较少。串励直流电动机优缺点比较 串励直流电动机在低速运行时，能提供足够大的转矩，而在高速运行时，电动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，电动机高速时的弱磁调速功能易于实现，因此能较好地符合电动汽车的特性要求。 串励直流电动机由低速到高速运行时弱磁调速特性不理想；车速提高时，输出转矩不能满足电动汽车高速行驶时大转矩要求；运行效率低；再生制动的稳定性差；再生制动可靠性较差；串励电动机的励磁绕组损耗大，体积和重量也较大。1.直流电动机的分类（4）复励直流电动机 复

11、励直流电动机有并励和串励两个励磁绕组，电动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势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若两个磁通势方向相反，则称为差复励。 复励直流电动机的永磁励磁部分采用高磁性材料钕铁硼，运行效率高。由于电动机永磁励磁部分有稳定的磁场，因此用该类电动机构成驱动系统时易实现再生制动功能。同时由于电动机增加了增磁绕组，通过控制励磁绕组的励磁电流或励磁磁场的大小， 能克服纯永磁他励直流电动机不能产生足够的输出转矩来满足电动汽车低速或爬坡时的大转矩要求，而电动机的重量或体积比串励电动机的小。1.直流电动机的分类直流电动机的分类各种激励方式直流电动机的电路图电枢

12、电流 励磁电流 电源电压 励磁电压 负载电流1.直流电动机的分类 电动汽车所使用的直流电动机主要是他励直流电动机（包括永磁直流电动机）、串励直流电动机、复励直流电动机三种类型。 小功率（100W10kW）的电动机采用的是小型高效的永磁直流电动机，可以应用在小型、低速的搬运设备上。如电动自行车、休闲用电动汽车、高尔夫球车、电动叉车等。 中等功率（10100kW）的电动机采用他励、复励或串励式直流电动机，可以用于结构简单、转矩要求较大的电动货车上。 大功率（100kW）直流电动机采用串励式，可用在要求低速、高转矩的专用电动车上，如矿石搬运电动车、玻璃电动搬运车等。2.直流电动机的结构与特点 （1）

13、直流电动机的结构 直流电动机由定子与转子两大部分构成，定子和转子之间的间隙称为气隙。2.直流电动机的结构与特点 （1）定子部分 直流电动机定子主要由主磁极、机座、换向极和电刷装置等组成。 主磁极 主磁极的作用是建立主磁场，它由主极铁心和套装在铁心上的励磁绕组构成。主极铁心一般由11.5mm的低碳钢板冲压一定形状叠装固定而成，是主磁路的一部分。励磁绕组用扁铜线或圆铜线绕制而成，产生励磁磁动势。2.直流电动机的结构与特点 机座 机座用铸钢或厚钢板焊接而成，它既是主磁路的一部分，又是电动机的结构框架。 换向极 换向极的作用是改善直流电动机的换向情况，使直流电动机运行时不产生有害的火花。它由换向极铁心

14、和套装在铁心上的换向极绕组构成。 电刷装置 电刷装置由电刷、刷握、刷杆、汇流排等组成，用于电枢电路的引入或引出。2.直流电动机的结构与特点（2）转子部分 电枢铁心 电枢铁心既是主磁路的组成部分，又是电枢绕组的支撑部分，电枢绕组嵌放在电枢铁心的槽内。电枢铁心一般用0.55mm硅钢冲片叠压而成。 电枢绕组 电枢绕组由扁铜线或圆铜线按一定规律绕制而成，它是直流电动机的电路部分，也是产生电动势和电磁转矩进行机电能量转换的部分。 换向器 换向器由冷拉梯形铜排和绝缘材料等构成，用于电枢电流的换向。2.直流电动机的结构与特点（2）直流电动机的特点 调速性能好：直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无

15、级调速，而且调速范围较宽； 起动力矩大：可以均匀而经济地实现转速调节，因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都可用直流电动机拖动 控制比较简单：一般用斩波器控制，它具有高效率、控制灵活、重量轻、体积小、响应快等优点；2.直流电动机的结构与特点 由于存在电刷、换向器等易磨损器件，所以必须进行定期维护或更换。 电动汽车专用的直流电动机和其它通用的电动机相比，应在耐高温性、抗振动性、低损耗性、抗负载波动性以及小型轻量化、免维护性等方面给予特殊考虑。 除此之外，电动汽车用直流电动机大多在较低的电压下驱动，同时是大电流电路，因此需要注意连接接线的

16、接触电阻。3.直流电动机的工作原理 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和B分别与两个换向片接触。 如果给两个电刷加上直流电源，则有直流电流从电刷A流入，经过线圈abcd，从电刷B流出。根据电磁力定律，载流导体ab和cd受到电磁力的作用，其方向可用左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。如果转子转到图（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，直流电流从电刷A流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷B流出。此时载流导体ab和cd受到电磁力的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。这就是直流

17、电动机的工作原理。 外加的电源是直流的，但由于电刷和换向片的作用，在线圈中流过的电流是交流的，其产生的转矩的方向却是不变。3.直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理4 .直流电动机的基本方程直流电动机的基本方程 在建立直流电动机基本方程时，假设：在建立直流电动机基本方程时，假设： 为电枢电压；为电枢电压； 为电为电枢电流；枢电流； 为电枢电阻；为电枢电阻； 为电枢感应电动势；为电枢感应电动势； 为电枢角速度；为电枢角速度； 为励磁电压；为励磁电压； 为励磁电流；为励磁电流； 为励磁电阻；为励磁电阻； 为电源电压；为电源电压； 为负载电流；为负载电流； 为电动机转速。为电动机转速。(1)电枢绕

18、组的感应电动势电枢绕组的感应电动势 直流电动机电枢绕组的感应电动势是指从一对正负电刷引出直流电动机电枢绕组的感应电动势是指从一对正负电刷引出的电动势，也称电枢电动势，可表示为的电动势，也称电枢电动势，可表示为 为每极磁通量；为每极磁通量； 为电动势常数，与电动机结构有关。为电动势常数，与电动机结构有关。nCEeaaIaRaEmfIfRUIneCfU4 .直流电动机的基本方程直流电动机的基本方程(2)直流电动机的电磁转矩直流电动机的电磁转矩 直流电动机的电磁转矩是指电枢上所有载流导体在磁场中受直流电动机的电磁转矩是指电枢上所有载流导体在磁场中受力所形成的转矩的总和。可表示为力所形成的转矩的总和。

19、可表示为 式中，式中， 为电磁转矩；为电磁转矩； 为转矩常数，与电动机结构有关。为转矩常数，与电动机结构有关。 直流电动机的基本方程式与励磁方式有关，励磁方式不同，直流电动机的基本方程式与励磁方式有关，励磁方式不同，基本方程式略有差别。下面以他励直流电动机为基础建立电基本方程式略有差别。下面以他励直流电动机为基础建立电压方程、转矩方程和功率方程。压方程、转矩方程和功率方程。 aTeICTeTTC请在此输入您的标题 请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。 请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。

20、请在此输入您的文本。 请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。 请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。 请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的标题 请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。 请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。 请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入

21、您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。 请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。 请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。 请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。请在此输入您的文本。4 .直流电动机的基本方程直流电动机的基本方程(3)电压方程式电压方程式 由他励直流电动机的等效电路，得电枢回路的电压方程由他励直流电动机的等效电路，得电枢回路的电压方程为为 其中其中 为互感为互感 励磁回路的电压方程为励磁回路的电压方程为 得

22、到以下结果：得到以下结果：（1）对于永磁直流电动机，有）对于永磁直流电动机，有 ；（2）对于并励直流电动机，有，）对于并励直流电动机，有， ， ；（3）对于串励直流电动机，有，）对于串励直流电动机，有， ， ；（4）对于复励直流电动机，其特性介于串励和并励之间。）对于复励直流电动机，其特性介于串励和并励之间。fmaaaaaMIERIEUMfffRIUMIfUUUafIIIafUUUafIIIaf4 .直流电动机的基本方程直流电动机的基本方程（4）转矩方程式）转矩方程式 电动机空载时，轴上输出转矩电动机空载时，轴上输出转矩 ，则有，则有 。 当负载转矩为当负载转矩为 ，轴上输出有，轴上输出有 ，

23、电动机匀速稳，电动机匀速稳定运行时有定运行时有 式中，式中， 为空载转矩，它是由电动机的机械摩擦和铁耗为空载转矩，它是由电动机的机械摩擦和铁耗引起的转矩；引起的转矩； 为电磁转矩，为拖动性质转矩；为电磁转矩，为拖动性质转矩； 为为总的制动转矩，方向与相反。总的制动转矩，方向与相反。 电磁转矩可用下面公式计算：电磁转矩可用下面公式计算： 综上，可以得到各种直流电动机的速度转矩特性曲线。综上，可以得到各种直流电动机的速度转矩特性曲线。02T0TTeLTLTT 202TTTe0TeT)(02TT afeIMIT 4 .直流电动机的基本方程 各种直流电动机的速度转矩特性 4 .直流电动机的基本方程直流

24、电动机的基本方程由式可得电枢角速度为 从上式可以看出，通过调整励磁电流 实现对转速的大幅度控制。 对于串励直流电动机，有 ，所以大电流通过时会产生非常大的转矩，而如果电流变小，由上式可知，转速也将大幅度上升，由此可以得到电动汽车所希望的特性。 下图为直流电动机的转速转矩、电压特性曲线。faaamMIIRU fI2aeMIT 4 .直流电动机的基本方程 直流电动机的转速转矩、电压特性曲线5功率方程式功率方程式 他励直流电动机输入功率为他励直流电动机输入功率为 式中，式中， 为输入功率；为输入功率； 为电磁功率；为电磁功率； 为电枢回路上的铜为电枢回路上的铜耗。耗。cuaemaaaaaaaaaPP

25、RIIERIEIUIP211PemPcuaP5. 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性 直流电动机的运行特性主要包括直流电动机的工作特性和直流直流电动机的运行特性主要包括直流电动机的工作特性和直流电动机的机械特性。电动机的机械特性。 直流电动机的工作特性是指电动机的转速特性、转矩特性和效直流电动机的工作特性是指电动机的转速特性、转矩特性和效率特性，即在保持额定电压、额定励磁电流（他励、并励）或率特性，即在保持额定电压、额定励磁电流（他励、并励）或励磁调节不变（串励、复励）的情况下，电动机的转速、电磁励磁调节不变（串励、复励）的情况下，电动机的转速、电磁转矩和效率随电枢电流（或输出功率）变化

26、的特性。转矩和效率随电枢电流（或输出功率）变化的特性。 直流电动机的机械特性是指在电源电压恒定、励磁调节电阻和直流电动机的机械特性是指在电源电压恒定、励磁调节电阻和电枢回路电阻不变的情况下，其转速与电磁转矩之间的关系，电枢回路电阻不变的情况下，其转速与电磁转矩之间的关系，又称为转矩又称为转矩转速特性，是电动机的重要特性。转速特性，是电动机的重要特性。5. 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性 (1)并励（他励）直流电动机的运行特性转速特性并励（他励）直流电动机的转速特性为式中， 为电动机的理想空载转速； 为转速调整率，由电枢电阻压降引起，一般为38%。并励（他励）直流电动机在运行时，励磁绕

27、组绝对不能断开。若励磁电流为零，电枢电流迅速增大，若负载较小，则会造成“飞车”事故。nnCIRUneaa0eCUn0eaaCIRn5. 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性 效率特性效率特性 转矩特性转矩特性5. 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性 直流电动机的效率具有普遍意义。电动机的额定效率是指直流电动机的效率具有普遍意义。电动机的额定效率是指电动机额定运行时的效率。一般直流电动机的效率为电动机额定运行时的效率。一般直流电动机的效率为75%85%。 并励直流电动机的工作特性如下图所示。并励直流电动机的工作特性如下图所示。 5. 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性 机械特性机

28、械特性 并励（他励）直流电动机的机械特性可表示为并励（他励）直流电动机的机械特性可表示为 式中，式中， 为电枢回路外的串联电阻为电枢回路外的串联电阻。 由上式可以得到并励（他励）直流电动机的机械特性曲由上式可以得到并励（他励）直流电动机的机械特性曲线，即改变电枢电压、改变励磁电流、改变电枢回路电线，即改变电枢电压、改变励磁电流、改变电枢回路电阻时的机械特性曲线。阻时的机械特性曲线。eTeJaeTCCRRCUn2JR5. 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性 改变电枢电压时的机械特性从左图可以看出，逐渐减小电源电压时，理想空载转速逐渐下降，但从空载到满载转速变化很小，这种特性称为硬机械特性。

29、这使并励和他励直流电动机具有了优良的调速性能。5. 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性改变励磁电流时的机械特性从左图可以看出，逐渐减小励磁电流时，理想空载转速逐渐上升，曲线斜率逐渐增大，使特性变软，电动机运行的稳定性变差。过分“弱磁”时，使电动机转速过高，甚至引起“飞车”。因此，电动机采用弱磁调节时必须注意。5. 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性改变电枢回路电阻时的机械特性从左图可以看出，当电枢回路电阻从零逐渐开始增大时，机械特性曲线的斜率逐渐增大，使特性逐渐变软，但电动机的理想空载转速不变。5. 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性（2）串励直流电动机的运行特性）串励直流电

30、动机的运行特性 串励直流电动机广泛应用于交通运输中，它的特点是负载串励直流电动机广泛应用于交通运输中，它的特点是负载电流、电枢电流和励磁电流是一个电流，即，气隙主磁通电流、电枢电流和励磁电流是一个电流，即，气隙主磁通随电枢电流的变化而变化，同时对电动机转速产生较大影随电枢电流的变化而变化，同时对电动机转速产生较大影响。响。 转速特性转速特性 串励直流电动机的转速特性可表示为串励直流电动机的转速特性可表示为efaCIRRUn)(5. 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性 转矩特性转矩特性 串励直流电动机的转矩特性可表示为串励直流电动机的转矩特性可表示为 串励直流电动机的工作特性曲线如下图所示

31、。从转矩特性串励直流电动机的工作特性曲线如下图所示。从转矩特性可以看出，当负载增加时，串励直流电动机的转矩快速增可以看出，当负载增加时，串励直流电动机的转矩快速增加，但与此同时转速也快速下降，因此基本保持了功率恒加，但与此同时转速也快速下降，因此基本保持了功率恒定，即串励直流电动机具有恒功率特性。定，即串励直流电动机具有恒功率特性。ICTTe5. 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性串励直流电动机的工作特性曲线5. 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性 机械特性机械特性 串励直流电动机的机械特性可表示为串励直流电动机的机械特性可表示为 得到串励直流电动机的机械特性曲线，下页所示。得到串

32、励直流电动机的机械特性曲线，下页所示。 由于串励电动机的负载电流、电枢电流和励磁电流相等，由于串励电动机的负载电流、电枢电流和励磁电流相等，所以调节电源电压或电枢回路电阻的同时，励磁电流也所以调节电源电压或电枢回路电阻的同时，励磁电流也随之变化。随之变化。 可以看出，转速随转矩的增加迅速下降，这种特性称为可以看出，转速随转矩的增加迅速下降，这种特性称为软机械特性。软机械特性。faefTfeRRUTKCKCn15. 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性 改变电枢回路电阻时的机械特性 改变电枢电压时的机械特性5. 直流电动机的运行特性直流电动机的运行特性 （3）复励直流电动机的运行特性 复励电

33、动机既有并励绕组，又有串励绕组，因此其特性介于并励电动机和串励电动机之间。当复励电动机以并励为主时，其特性接近于并励电动机；当复励电动机以串励为主时，其特性接近于串励电动机。 6.直流电动机的控制直流电动机的控制（1）直流电动机的转速控制方法）直流电动机的转速控制方法 从直流电动机的转速特性和机械特性可以看出，其转从直流电动机的转速特性和机械特性可以看出，其转速控制方法主要有电枢调压控制、磁场控制和电枢回速控制方法主要有电枢调压控制、磁场控制和电枢回路电阻控制。路电阻控制。 电枢调压控制电枢调压控制 电枢调压控制是指通过改变电枢的端电压来控制电动电枢调压控制是指通过改变电枢的端电压来控制电动机

34、的转速。他励电动机改变电枢端电压时的转速控制机的转速。他励电动机改变电枢端电压时的转速控制特性如下图所示。特性如下图所示。 6.直流电动机的控制直流电动机的控制改变电枢端电压时的转速控制特性6.直流电动机的控制直流电动机的控制 电枢调压控制只适合电动机基速以下的转速控制，它可电枢调压控制只适合电动机基速以下的转速控制，它可保持电动机的负载转矩不变，电动机转速近似与电枢端保持电动机的负载转矩不变，电动机转速近似与电枢端电压成比例变化，所以称为恒转矩调速。电压成比例变化，所以称为恒转矩调速。 直流电动机采用电枢调压控制可实现在宽广范围内的连直流电动机采用电枢调压控制可实现在宽广范围内的连续平滑的速

35、度控制，调速比一般可达续平滑的速度控制，调速比一般可达1:10，如果与磁场，如果与磁场控制配合使用，调速比可达控制配合使用，调速比可达1:30。 电枢调压控制需要专用的可控直流电源，过去常用电电枢调压控制需要专用的可控直流电源，过去常用电动动发电机组，现在大、中容量的可控直流电源广泛采发电机组，现在大、中容量的可控直流电源广泛采用晶闸管可控整流电源，小容量则采用电力晶体管的用晶闸管可控整流电源，小容量则采用电力晶体管的PWM控制电源，电动汽车用的直流电动机常用斩波控制控制电源，电动汽车用的直流电动机常用斩波控制器作为电枢调压控制电源。器作为电枢调压控制电源。6.直流电动机的控制直流电动机的控制

36、 磁场控制磁场控制 磁场控制是指通过调节直流电动机的励磁电流改变每极磁场控制是指通过调节直流电动机的励磁电流改变每极磁通量，从而调节电动机的转速。他励电动机带恒转矩负载时磁通量，从而调节电动机的转速。他励电动机带恒转矩负载时磁场控制的转速控制特性如下图。磁场控制的转速控制特性如下图。 磁场控制只适合电动机基数以上的控制。当电枢电流不磁场控制只适合电动机基数以上的控制。当电枢电流不变时，具有恒功率调速特性。磁场控制效率高，但调速范围小，变时，具有恒功率调速特性。磁场控制效率高，但调速范围小，一般不超过一般不超过1:3，而且响应速度较慢。，而且响应速度较慢。 磁场控制可用可变，也可采用可控整流电源

37、作为励磁电磁场控制可用可变，也可采用可控整流电源作为励磁电源。源。 6.直流电动机的控制直流电动机的控制磁场控制时的转速控制特性6.直流电动机的控制直流电动机的控制 电枢回路串电阻控制电枢回路串电阻控制 电枢回路串电阻控制是指当电电枢回路串电阻控制是指当电动机的励磁电流不变时，通过改动机的励磁电流不变时，通过改变电枢回路电阻来调节电动机的变电枢回路电阻来调节电动机的转速。其转速控制特性如图所示。转速。其转速控制特性如图所示。 这种控制方法的机械特性较软，这种控制方法的机械特性较软，而且电动机运行不稳定，一般很而且电动机运行不稳定，一般很少应用。对于小型串励电动机，少应用。对于小型串励电动机，常

38、采用电枢回路串电阻控制方式。常采用电枢回路串电阻控制方式。 电枢回路串电阻时的转速控制特性 6.直流电动机的控制直流电动机的控制（2）电动汽车用直流电动机控制器功能）电动汽车用直流电动机控制器功能 直流电动机的控制方法和功能因使用条件不同而不直流电动机的控制方法和功能因使用条件不同而不同。下面以电动叉车为例，介绍直流电动机控制器的功同。下面以电动叉车为例，介绍直流电动机控制器的功能。能。 电动叉车一般采用串励直流电动机，它的控制器所电动叉车一般采用串励直流电动机，它的控制器所具有的功能可以分为非故障性处理功能和故障性处理功具有的功能可以分为非故障性处理功能和故障性处理功能。非故障性指在正常行进

39、或制动时所具有的功能，故能。非故障性指在正常行进或制动时所具有的功能，故障性处理功能是指控制器所具有的故障检测和做出相应障性处理功能是指控制器所具有的故障检测和做出相应处理的功能。处理的功能。6.直流电动机的控制直流电动机的控制 主要功能如下：主要功能如下： （1）正常前进）正常前进 闭合制动开关，主接触器闭合，然后闭合前进开关，前进闭合制动开关，主接触器闭合，然后闭合前进开关，前进接触器闭合，电动机进入前进状态，加速器调节后，电动机接触器闭合，电动机进入前进状态，加速器调节后，电动机前进方向运转。前进方向运转。 （2）正常后退）正常后退 闭合制动开关，主接触器闭合，然后闭合后退开关，后退闭合

40、制动开关，主接触器闭合，然后闭合后退开关，后退接触器闭合，电动机进入后退状态，加速器调节后，电动机接触器闭合，电动机进入后退状态，加速器调节后，电动机后退方向运转。后退方向运转。 （3）快速起动）快速起动 当加速器从空档位置突然旋转至超过当加速器从空档位置突然旋转至超过25%的位置时，为了的位置时，为了克服起动时的最大静摩擦力，此时的加速率高于正常情况的克服起动时的最大静摩擦力，此时的加速率高于正常情况的加速率，当加速率，当PWM达到或超过达到或超过25%的时候快速起动结束。的时候快速起动结束。6.直流电动机的控制 （4）斜坡起动 可以使车辆能在斜坡上以较大的反相电流限幅起动而不至于滑下去。先

41、选择一个方向不少于1s，然后返回到空档位置，再选择同一方向就可以引发此功能。一旦车辆处于斜坡起动状态，它将持续保持该状态直到相反方向被选择达1s以上。 （5）无级变速 PWM变速功能不是放于主程序中实现，而是在周期为0.5ms的定时器溢出中断中处理，每20次定时器溢出中断也就是每10ms程序根据当时的加速率或减速率对PWM进行增加或减少，这种操作实现无级变速 6.直流电动机的控制 （6）速度模式选择 通过高速开关选择不同的工作模式一高速模式和低速模式。 （7）反向制动功能 反向制动是指当叉车在向某方向前进的过程中对叉车断开当前方向开关，闭合相反方向开关，以此施以相反方向的励磁以达到快速制动的效

42、果。当叉车从正常运行状态转入反向制动状态时，PWM的频率由15 kHz转变为1.5kHz。6.直流电动机的控制直流电动机的控制 （8）空档制动功能）空档制动功能 空档制动实际就是自动的反向制动，以前进方向上的空空档制动实际就是自动的反向制动，以前进方向上的空档制动为例，当叉车处于前进状态时，将前进开关断开，档制动为例，当叉车处于前进状态时，将前进开关断开，则首先前进接触器断开，然后程序控制将后退接触器闭合，则首先前进接触器断开，然后程序控制将后退接触器闭合，则此时电动机进行反向制动，当程序检测到电动机停止时则此时电动机进行反向制动，当程序检测到电动机停止时将后退接触器断开，空档制动结束。将后退

43、接触器断开，空档制动结束。 （9）紧急反向及其连线检测）紧急反向及其连线检测 电动机正常运转后，如果闭合紧急反向开关，则电动机向电动机正常运转后，如果闭合紧急反向开关，则电动机向相反方向以最快速度转动，同时提供紧急反向连线开关故相反方向以最快速度转动，同时提供紧急反向连线开关故障检测。障检测。 （10）加速器类型选择）加速器类型选择 可以选择霍尔加速器、可以选择霍尔加速器、5k-0型加速器和型加速器和0-5k型加速器等，型加速器等，并提供加速器开路故障检测。并提供加速器开路故障检测。6.直流电动机的控制 （11）过电压和欠电压保护 当电压低于16V时，PWM逐渐变为0，然后控制器断开，如果电压

44、超过30V，则控制器重新开始工作，控制器故障指示灯指示相应故障。 （12）温度保护 当温度超过85时，PWM逐渐变为0，然后接触器断开，如果温度回落到85以内，控制器重新开始工作，控制器故障指示灯指示相应故障。 （13）接触器检测 接触器线圈驱动器带有短路和开路监测，同时监测是否出现接触器线圈电流过大故障。6.直流电动机的控制 （14）高踏板故障检测 当加速器超过25%然后闭合制动开关时，控制器会报高踏板功能时序错误。 （15）静态断开故障检测 防止在“挂档”情况下车辆起动，检查制动开关或制动开关和钥匙开关相对于方向开关的时序。制动开关或制动开关和钥匙开关必须在方向选定前闭合。若在制动开关闭合

45、前或同时闭合则控制器被禁止。 （16） MOSFET驱动电路故障 如果PWM信号己经发出，而M-部分没有跳变信号出现，则标明MOSFET驱动电路出故障，由故障指示灯指示该故障，作为M-故障处理。6.直流电动机的控制 （17） MOSFET晶体管故障检测 不论在任何时间，在主程序中对M-进行16次取平均加中值滤波的AD转换，如果转换的结果接近于0，说明有一个或多个MOSFET击穿，由故障指示灯指示该故障，作为硬件故障处理。 （18）通用型手持编程器 提供完整的参数设定和功能设定，同时能够读取历史故障和监控信息。3.3 无刷直流电动机 无刷直流电动机是用电子换向装置代替了有刷直流电动机的机械换向装

46、置，保留了有刷直流电动机宽阔而平滑的优良调速性能，克服了有刷直流电动机机械换向带来的一系列的缺点，体积小，重量轻，可作成各种体积形状，高效率，高转矩，高精度，数字式控制，是最理想的调速电机之一，在电动汽车上有着广泛的应用前景。1 .无刷直流电动机的分类无刷直流电动机的分类 无刷直流电动机按照工作特性，可以分为具有直流电动无刷直流电动机按照工作特性，可以分为具有直流电动机特性的无刷直流电动机和具有交流电动机特性的无刷机特性的无刷直流电动机和具有交流电动机特性的无刷直流电动机。直流电动机。(1)(1)具有直流电动机特性的无刷直流电动机具有直流电动机特性的无刷直流电动机 具有直流电动机特性的无刷直流

47、电动机，反电动势波形具有直流电动机特性的无刷直流电动机，反电动势波形和供电电流波形都是矩形波，所以又称为矩形波同步电和供电电流波形都是矩形波，所以又称为矩形波同步电动机。这类电动机由直流电源供电，借助位置传感器来动机。这类电动机由直流电源供电，借助位置传感器来检测主转子的位置，由所检测出的信号去触发相应的电检测主转子的位置，由所检测出的信号去触发相应的电子换相线路以实现无接触式换相。显然，这种无刷直流子换相线路以实现无接触式换相。显然，这种无刷直流电动机具有有刷直流电动机的各种运行特性。电动机具有有刷直流电动机的各种运行特性。1 .无刷直流电动机的分类无刷直流电动机的分类(2)具有交流电动机特

48、性的无刷直流电动机具有交流电动机特性的无刷直流电动机具有交流电动机特性的无刷直流电动机，具有交流电动机特性的无刷直流电动机，反电动势波形和供电电流波形都是正弦波，反电动势波形和供电电流波形都是正弦波，所以又称为正弦波同步电动机。这类电动所以又称为正弦波同步电动机。这类电动机也由直流电源供电，但通过逆变器将直机也由直流电源供电，但通过逆变器将直流电变换成交流电，然后去驱动一般的同流电变换成交流电，然后去驱动一般的同步电动机。因此，它们具有同步电动机的步电动机。因此，它们具有同步电动机的各种运行特性。各种运行特性。下面介绍的无刷直流电动机主要是指具有下面介绍的无刷直流电动机主要是指具有直流电动机特

49、性的无刷直流电动机。直流电动机特性的无刷直流电动机。2 .无刷直流电动机结构与特点无刷直流电动机结构与特点 1 1无刷直流电动机的结构无刷直流电动机的结构 无刷直流电动机主要由电动机本体、电子换相器和转子无刷直流电动机主要由电动机本体、电子换相器和转子位置传感器三部分组成。位置传感器三部分组成。(1)(1)电动机本体电动机本体 无刷直流电动机的电动机本体由定子和转子两部分组成。无刷直流电动机的电动机本体由定子和转子两部分组成。定子是电动机本体的静止部分，它由导磁的定子铁芯、导电定子是电动机本体的静止部分，它由导磁的定子铁芯、导电的电枢绕组及固定铁芯和绕组用的一些零部件、绝缘材料、的电枢绕组及固

50、定铁芯和绕组用的一些零部件、绝缘材料、引出部分等组成，如机壳、绝缘片、槽锲、引出线及环氧树引出部分等组成，如机壳、绝缘片、槽锲、引出线及环氧树脂等。脂等。 转子是电动机本体的转动部分，是产生激磁磁场的部件，转子是电动机本体的转动部分，是产生激磁磁场的部件，由永磁体、导磁体和支撑零部件组成。由永磁体、导磁体和支撑零部件组成。 2 .无刷直流电动机结构与特点无刷直流电动机结构与特点（2 2）电子换相器）电子换相器 电子换相器是由功率开关和位置信号处理电路构电子换相器是由功率开关和位置信号处理电路构成，主要用来控制定子各绕组通电的顺序和时间。无成，主要用来控制定子各绕组通电的顺序和时间。无刷直流电动