驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理課件

驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第1頁課程內(nèi)容12345情境導入學習目標理論知識拓展閱讀任務實施6單元小結驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第2頁情境導入張先生新能源電動汽車在行駛過程中，儀表突然提醒驅動電機高溫報警故障，于是將車輛開到4S店進行檢修。張先生：新能源電動汽車驅動電機是怎么工作呢？技師李：新能源電動汽車驅動系統(tǒng)主要包含驅動電機和電機控制器兩個別。動力電池提供高壓直流電首先經(jīng)過電機控制器轉換為驅動電機所需交流電，電機控制器還實時監(jiān)控電機工作溫度及轉速等情況，出現(xiàn)故障后會馬上發(fā)出報警信號。蔚來ES6前置永磁同時電機+后置異步感應電機驅動系統(tǒng)驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第3頁學習目標1．了解驅動電機及控制器基礎結構2．了解驅動電機控制器功效、結構與工作原理1．具備資料查詢、搜集和整理能力能進行驅動電機結構分析能力具備一定驅動電機系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)分析能力應知應會驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第4頁理論知識0203驅動電機控制器電機系統(tǒng)數(shù)據(jù)流分析01驅動電機系統(tǒng)驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第5頁2.1驅動電機系統(tǒng)

新能源電動汽車驅動電機系統(tǒng)主要由驅動電動機（DM）和電機控制器（MCU）組成，電機系統(tǒng)經(jīng)過高低壓線束、冷卻管路與整車其它系統(tǒng)進行連接。驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第6頁2.1驅動電機系統(tǒng)

驅動電機是車輛唯一動力源向外輸出扭矩，驅動車輛前進或后退。依據(jù)車輛不一樣運行狀態(tài)，新能源汽車驅動電機含有電力驅動和能量回收兩種工作模式。

當車輛采取電力驅動時，動力電池高壓直流電輸送至電機控制器，電機控制器將直流電轉換為交流電輸送給驅動電機，電機運轉時產(chǎn)生扭矩傳遞給驅動輪使車輛行駛。驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第7頁2.1驅動電機系統(tǒng)在再生能量階段，經(jīng)過車輪旋轉帶動電機轉動。此時電動機轉為發(fā)電機功效，由電機控制器將電機產(chǎn)生交流電轉為直流電，然后向動力電池充電。驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第8頁2.1驅動電機系統(tǒng)（1）驅動電機新能源汽車驅動電機除了常見定子、轉子外，還有冷卻水道、旋轉變壓器、高壓接線盒等其它部件。驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第9頁2.1驅動電機系統(tǒng)（1）驅動電機新能源汽車驅動電機除了常見定子、轉子外，還有冷卻水道、旋轉變壓器、高壓接線盒等其它部件。比亞迪秦驅動電機系統(tǒng)驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第10頁2.1驅動電機系統(tǒng)（2）電機冷卻系統(tǒng)電機散熱方式主要有自然冷卻和液體冷卻兩種，新能源汽車普遍采取液體冷卻方式，俗稱水冷。新能源汽車電機冷卻系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃油車冷卻系統(tǒng)很相同，只是冷卻水泵為電子式，由１２Ｖ電源驅動其運轉。北汽EV160冷卻系統(tǒng)榮威E50冷卻系統(tǒng)驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第11頁2.1驅動電機系統(tǒng)判斷驅動電機發(fā)燒程度是用“溫升”而不是用“溫度”來衡量，當“溫升”突然增大或超出最高工作溫度時，說明電機已發(fā)生故障。因新能源汽車電機和控制器需要完全密封，所以需要在電機中安裝溫度傳感器來檢測電機實時運動狀態(tài)。

電機極限工作溫度是由其絕緣材料耐熱等級來決定，電機溫度傳感器通常采取內(nèi)埋方式布置在電機定子線圈內(nèi)部，采取NTC負溫度系數(shù)熱敏電阻檢測電機工作溫度，并作為控制電子水泵是否運轉主要依據(jù)。驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第12頁2.1驅動電機系統(tǒng)電機溫度過高時可能造成電機嚴重損壞，當出現(xiàn)這種情況時應馬上安靠邊停車。電機溫度過高后車輛會進入跛行模式，限制扭矩輸出或強制停機。以北汽新能源EV160車型為例，當電機控制器檢測到驅動電機溫度傳感器顯示120℃≤溫度＜140℃時，降功率運行；溫度≥140℃時，降功率至0，即停機狀態(tài)。驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第13頁2.1驅動電機系統(tǒng)（3）旋變變壓器旋轉變壓器是一個電磁式傳感器，又稱作同時分解器，簡稱旋變。用來測量驅動電機轉軸角位移和角速度。由激勵繞組、余弦繞組和正弦繞組3個線圈組成。驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第14頁2.1驅動電機系統(tǒng)驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第15頁2.1驅動電機系統(tǒng)驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第16頁（1）電機控制器功效電機控制器是驅動電機系統(tǒng)控制中心，又稱智能功率模塊，通常簡稱為MCU。MCU主要功效是控制電機旋轉速度、旋轉方向以及再生能量回收。另外，電機控制器還要對電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器等輸入信號進行處理，并將驅動電機系統(tǒng)運行狀態(tài)經(jīng)過CAN總線發(fā)送給整車控制器。2.2電機控制器長城WEYP8電機控制器北汽EV160電機控制器驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第17頁（2）電機控制器結構電機控制器以IGBT模塊（絕緣柵雙極型晶體管）為關鍵，主要由控制板、冷卻水道、UVW高壓插件、直流高壓插件、IGBT模塊及驅動板組成。驅動電機控制器內(nèi)部設有故障診療電路，當診療出系統(tǒng)異常時會激活一個錯誤代碼，發(fā)送給整車控制器，同時也會存放該故障碼和數(shù)據(jù)。2.2電機控制器驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第18頁E6電機控制器2.2電機控制器驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第19頁2.2電機控制器E6電機控制器驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第20頁2.2電機控制器比亞迪秦電機控制器驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第21頁（2）電機控制器原理電機控制器是經(jīng)過調整電壓大小、頻率高低、相位改變等參數(shù)來控制電機運轉，即經(jīng)過對應電力轉換來控制電機工作。所謂電力轉換就是直流與交流、電壓與頻率轉換。電力轉換形式有交流→直流轉換、直流→交流轉換、直流→直流轉換和交流→交流轉換。電機控制器接收檔位開關、油門位置、旋轉變壓器、制動等信號，經(jīng)過判斷和邏輯運算之后控制電機正反轉以及轉速，電機控制器工作框架如圖4-24所表示。。電機控制器內(nèi)部主要包含控制電路板和驅動電路板兩個別。控制電路板以信號采集、旋變解碼、模數(shù)轉換以及CAN通訊功效為主，并計算出所需占空比，產(chǎn)生PWM（正弦脈寬調制）信號。驅動電路板以電源控制、功率調整為主，經(jīng)過IGBT向驅動電機輸送U、V、W三相交流電。2.2電機控制器驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第22頁2.2電機控制器電力轉換形式驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第23頁電機控制器工作框架2.2電機控制器驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第24頁

IGBT是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場效應管)組成復合全控型電壓驅動式功率半導體器件。與其它電子元器件相比，IGBT含有輸入阻抗高、開關速度快、驅動電路簡單、承受電壓高、導通電流大等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛用于各種變頻器和調速電路中。2.2電機控制器驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第25頁新能源汽車電機控制器主要是經(jīng)過脈沖寬度調制(PWM)方式控制IGBT工作，從而將電流從DC轉換到AC(電池到驅動電機)或者從AC轉化到DC(驅動電機到電池)。2.2電機控制器IGBT控制電路驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第26頁利用診療儀能夠讀取驅動電機轉速、IGBT模塊溫度、驅動電機溫度以及電壓電流等數(shù)據(jù)。新能源電動汽車實車運行數(shù)據(jù)如圖。2.3電機系統(tǒng)數(shù)據(jù)流分析驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第27頁拓展閱讀逆變器與變頻器一、逆變器

逆變器是把直流電能轉變成交流電。它普通由逆變橋、控制邏輯和濾波電路組成。二、變頻器

變頻器是經(jīng)過改變電機工作頻率方式來控制電機電力控制設備。普通由整流、濾波、逆變、制動單元、驅動單元、檢測單元、微處理單元等組成。逆變器變頻器驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第28頁電壓轉換DC201V→DC12V拓展閱讀驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第29頁利用空調變頻器驅動空調壓縮機拓展閱讀驅動電機及控制系統(tǒng)結構原理第30頁直流→直流轉換器原理拓展閱讀驅動電機及控制系統(tǒng)結構