新能源汽車(chē)電力電子技術(shù) 課件 第3章 電磁學(xué)基礎(chǔ)及其應(yīng)用、第4章 車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)

第3章磁路與鐵芯線圈電路磁場(chǎng)的基礎(chǔ)知識(shí)3.1鐵芯線圈磁路3.2汽車(chē)中常用電磁器件3.33.1磁場(chǎng)的基礎(chǔ)知識(shí)3.1.1

磁場(chǎng)的基本物理量3.1.2

鐵磁材料的磁性能3.1.3

磁路的基本定律3.1.1磁場(chǎng)的基本物理量1.磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度

是表示磁場(chǎng)內(nèi)某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)弱及方向的物理量。在國(guó)際單位制中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉（T），簡(jiǎn)稱(chēng)特。2.磁通在均勻磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度

與垂直于磁場(chǎng)方向的面積

的乘積，稱(chēng)為通過(guò)該面積的磁

通，在數(shù)值上可以看成與磁場(chǎng)方向相垂直的單位面積所通過(guò)的磁通，故又稱(chēng)磁通密度。3.磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率

是表示物質(zhì)導(dǎo)磁性能的物理量，它的單位是亨/米（

）。任意一種物質(zhì)的磁導(dǎo)率與真空的磁導(dǎo)率之比稱(chēng)為相對(duì)磁導(dǎo)率。4.磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度

是進(jìn)行磁場(chǎng)分析時(shí)引用的一個(gè)輔助物理量，為了從磁感應(yīng)強(qiáng)度中

除去磁介質(zhì)的因素。3.1.2鐵磁材料的磁性能物質(zhì)按其導(dǎo)磁性能可分為兩大類(lèi)。一類(lèi)稱(chēng)為鐵磁材料，如鐵、鋼、鎳、鈷等，這類(lèi)材料的導(dǎo)磁性能好，磁導(dǎo)率

值大；另一類(lèi)為非鐵磁材料，如銅、鋁、紙、空氣等，此類(lèi)材料的導(dǎo)磁性能差，磁導(dǎo)率

值?。ń咏婵盏拇艑?dǎo)率

）。鐵磁材料是制造變壓器、電動(dòng)機(jī)等各種電工設(shè)備的主要材料。鐵磁材料的磁性能對(duì)電磁器件的性能和工作狀態(tài)有很大影響。鐵磁材料的磁性能主要表現(xiàn)為高導(dǎo)磁性、磁飽和和磁滯性。1.高導(dǎo)磁性鐵磁材料具有很強(qiáng)的導(dǎo)磁能力，在外磁場(chǎng)作用下，其內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)大大增強(qiáng)，相對(duì)磁導(dǎo)率可達(dá)幾百、幾千甚至幾萬(wàn)。這是因?yàn)樵阼F磁材料的內(nèi)部存在許多磁化小區(qū)，稱(chēng)為磁疇。每個(gè)磁疇就像一塊小磁鐵。在無(wú)外磁場(chǎng)作用時(shí)，這些磁疇的排列是不規(guī)則的，對(duì)外不顯示磁性，如圖3-1（a）所示。在一定強(qiáng)度的外磁場(chǎng)作用下，這些磁疇將順著外磁場(chǎng)的方向趨向規(guī)則的排列，產(chǎn)生一個(gè)附加磁場(chǎng)，使鐵磁材料內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大大增強(qiáng)。如圖3-1（b）所示，這種現(xiàn)象稱(chēng)為磁化。（a）磁化前

（b）磁化后圖3-1鐵磁材料的磁化3.1.2鐵磁材料的磁性能2.磁滯性如果勵(lì)磁電流是大小和方向都隨時(shí)間變化的交變電流，則鐵磁材料將受到交變磁化。在電流交變的一個(gè)周期中，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的關(guān)系如圖3-2所示。圖3-2磁滯回線隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度不斷正反向變化，得到的磁化曲線為一封閉曲線。在鐵磁材料反復(fù)磁化的過(guò)程中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化總是落后于磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為磁滯現(xiàn)象，如圖所示的封閉曲線稱(chēng)為磁滯回線。3.1.2鐵磁材料的磁性能鐵磁材料按其磁性能可分為軟磁材料、硬磁材料和矩磁材料三種類(lèi)型，如圖3-3所示是不同類(lèi)型的磁滯回線。其中，圖3-3（a）是軟磁材料，圖3-3（b）是硬磁材料，圖3-3（c）是矩磁材料。軟磁材料的剩磁和矯頑磁力較小，磁滯回線形狀較窄，但磁化曲線較陡，即磁導(dǎo)率較高，所包圍的面積較小。硬磁材料的剩磁和矯頑力較大，磁滯回線形狀較寬，所包圍的面積較大。矩磁材料的磁滯回線近似于矩形，剩磁很大，接近飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，但矯頑磁力較小，易于翻轉(zhuǎn)。（a）是軟磁材料

（b）硬磁材料

（c）矩磁材料圖3-3三種不同類(lèi)型的磁滯回線2.磁滯性3.1.2鐵磁材料的磁性能3.1.3磁路的基本定律1.磁路

在通有電流的線圈周?chē)蛢?nèi)部存在著磁場(chǎng)。當(dāng)線圈中通過(guò)電流時(shí)，鐵芯即被磁化，使得其中的磁場(chǎng)大為增強(qiáng)，故通電線圈產(chǎn)生的磁通主要集中在由鐵芯構(gòu)成的閉合路徑內(nèi)，這種磁通集中通過(guò)的路徑便稱(chēng)為磁路。用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流稱(chēng)為勵(lì)磁電流，通過(guò)勵(lì)磁電流的線圈稱(chēng)為勵(lì)磁線圈或勵(lì)磁繞組。下圖為幾種常見(jiàn)的磁路。常見(jiàn)的幾種鐵心2.電生磁的基本定律-安培環(huán)路定律安培環(huán)路定律也稱(chēng)為全電流定律,如圖3-5所示。沿空間任意一條閉合回路l，磁場(chǎng)強(qiáng)度的線積分等于該閉合回路所包圍的電流的代數(shù)和。式中,H為沿該回路上各點(diǎn)切線方向的磁場(chǎng)強(qiáng)度分量，i為每根導(dǎo)體中的電流;磁場(chǎng)強(qiáng)度沿閉合回路的線積分與所選的路徑無(wú)關(guān)。圖3-5安培環(huán)路定律3.磁生電的基本定律一法拉第電磁感應(yīng)定律電磁感應(yīng)現(xiàn)象:變化的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng),使導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),這就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)之間符合法拉第電磁感應(yīng)定律。電磁感應(yīng)現(xiàn)象主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。(1)磁場(chǎng)對(duì)通電直導(dǎo)體的作用如圖3-6所示，導(dǎo)體與磁場(chǎng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體切割磁力線時(shí),導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),稱(chēng)為切割電動(dòng)勢(shì)。做切割磁力線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向可用右手定則來(lái)確定。圖3-6導(dǎo)體作切割磁力線運(yùn)動(dòng)(2)磁場(chǎng)對(duì)通電線圈的作用

當(dāng)線圈中磁通發(fā)生變化時(shí),線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由楞次定律來(lái)判定:線圈中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁通總是阻礙原磁通的變化。圖3-7所示為楞次定律實(shí)驗(yàn)原理圖,表示了在插入線圈和拔出線圈兩種情況下線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向。

法拉第通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)出:當(dāng)線圈中的磁通量增加時(shí),感應(yīng)電流就要產(chǎn)生與它方向相反的磁通去阻礙它的增加(增反);當(dāng)線圈中原來(lái)的磁通量減小時(shí),感應(yīng)電流就要產(chǎn)生與它方向相同的磁通去阻礙它的減小(減同)。(a)插入線圈

(b)抜出線圈圖3-7欏次定律實(shí)驗(yàn)原理圖4.自感現(xiàn)象由通入線圈的電流變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象,由自感現(xiàn)象產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)叫自感電動(dòng)勢(shì)。自感現(xiàn)象屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象。自感系數(shù)是用來(lái)描述線圈產(chǎn)生自感磁通能力的物理量。定義線圈中的磁通量與產(chǎn)生該磁通的電流的比值叫自感系數(shù),又叫電感,用符號(hào)L表示,單位是亨[利](H)。即按照法拉第電磁感應(yīng)定律,回路中所產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)可用自感系數(shù)L表示為上式表明,自感電動(dòng)勢(shì)的大小與線圈的電感及線圈中外電流的變化率成正比。負(fù)號(hào)表示自感電動(dòng)勢(shì)的方向總是企圖阻礙外電流的變化。5.互感現(xiàn)象互感現(xiàn)象是指一個(gè)線圈中的電流變化使得另一個(gè)線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象,如圖3-8所示?；ジ鞋F(xiàn)象產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)叫作互感電動(dòng)勢(shì),也用符號(hào)e表示

那么此公式是交流發(fā)電機(jī)設(shè)置電壓調(diào)節(jié)器的理論依據(jù)。圖3-8互感現(xiàn)象

如圖所示為繞有線圈的鐵芯，電流、磁通、線圈匝數(shù)、磁路的截面積、磁路的材料磁的導(dǎo)率之間關(guān)系如下式：該式與電路中的歐姆定律相似，因而稱(chēng)它為磁路歐姆定律。磁路與電路雖然有許多相似之處，但它們的實(shí)質(zhì)是不同的。而且由于鐵芯磁路是非線性元件，其磁導(dǎo)率是隨工作狀態(tài)劇烈變化的。因此，一般不宜直接用磁路歐姆定律和磁阻公式進(jìn)行定量計(jì)算，但在很多場(chǎng)合可以用來(lái)進(jìn)行定性分析。

鐵心線圈電路6.磁路的歐姆定律3.2

鐵芯線圈磁路3.2.1直流鐵芯線圈磁路3.2.2交流鐵芯線圈磁路

3.2.1直流鐵芯線圈磁路

3.2.2交流鐵芯線圈磁路

如圖

所示是交流鐵芯線圈電路，線圈的匝數(shù)為N，當(dāng)在線圈兩端加上正弦交流電壓

時(shí)，就有交變勵(lì)磁電流

i流過(guò)。設(shè)線圈電阻為R。根據(jù)磁路定析可得：

上式給出了鐵芯線圈在正弦交流電壓作用下，鐵芯中磁通最大值與電壓有效值的數(shù)量關(guān)系。1.電磁關(guān)系

2.功率損耗（1）磁滯損耗鐵磁材料交變磁化的磁滯現(xiàn)象所產(chǎn)生的鐵損稱(chēng)為磁滯損耗。它是由鐵磁材料內(nèi)部磁疇反復(fù)轉(zhuǎn)向，磁疇間相互摩擦引起鐵心發(fā)熱而造成的損耗。鐵心單位體積內(nèi)每周期產(chǎn)生的磁滯損耗與磁滯回線所包圍的面積成正比。為了減小磁滯損耗，交流鐵芯均由軟磁材料制成。（2）渦流損耗鐵磁材料在交變磁通的作用下鐵芯內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在垂直于磁通的鐵芯平面內(nèi)圍繞磁力線呈旋渦狀，故稱(chēng)為渦流。渦流使鐵芯發(fā)熱，其功率損耗稱(chēng)為渦流損耗，為了減小渦流，可采用硅鋼片疊成的鐵芯。

3.2.2交流鐵芯線圈磁路3.3汽車(chē)中常用電磁器件3.3.1電磁鐵3.3.2變壓器3.3.3電磁閥3.3.4繼電器3.3.5接觸器3.3.1電磁鐵

電磁鐵是利用載流鐵芯線圈產(chǎn)生的電磁吸力來(lái)操縱機(jī)械裝置，以完成預(yù)期動(dòng)作的一種電器。它是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種電磁元件。電磁鐵主要由線圈、鐵心及銜鐵三部分組成。

當(dāng)線圈通電后，鐵心和銜鐵被磁化，成為極性相反的兩塊磁鐵，它們之間產(chǎn)生電磁吸力。當(dāng)吸力大于彈簧的反作用力時(shí)，銜鐵開(kāi)始向著鐵心方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)線圈中的電流小于某一定值或中斷供電時(shí)，電磁吸力小于彈簧的反作用力，銜鐵將在反作用力的作用下返回原來(lái)的釋放位置。電磁鐵

變壓器由鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)或多個(gè)線圈（又稱(chēng)繞組）組成。鐵芯的作用是構(gòu)成變壓器的磁路。根據(jù)鐵芯結(jié)構(gòu)形式的不同，變壓器分為殼式和心式兩種。下圖

為一個(gè)單相雙繞組變壓器的原理結(jié)構(gòu)示意圖及其圖形符號(hào)。兩個(gè)繞組中與電源相連接的繞組稱(chēng)為一次繞組，又稱(chēng)原繞組或初級(jí)繞組。

（a）心式（b）殼式1.變壓器的基本結(jié)構(gòu)3.3.2變壓器

2.變壓器的工作原理

如圖

所示為單相變壓器的工作原理圖

1.電壓變換

2.電流變換3.阻抗變換3.3.2變壓器

3.變壓器的外特性

變壓器的輸出電壓隨所帶負(fù)載性質(zhì)的變化而變化，利用變壓器的外特性描述它們之間的關(guān)系。通常希望二次電壓的變動(dòng)越小越好。

在一般變壓器中，由于其電阻和漏磁感均很小，電壓變化率約為5%左右。

變壓器外特性3.3.2變壓器4.變壓器的主要參數(shù)(1)額定電壓（、）

額定電壓是根據(jù)絕緣強(qiáng)度和允許發(fā)熱所規(guī)定的應(yīng)加在一次繞組上的正常工作電壓和一次側(cè)施加額定電壓時(shí)的二次側(cè)空載電壓有效值。(2)額定電流（、）

變壓器連續(xù)運(yùn)行時(shí)，一、二次繞組允許通過(guò)的最大電流有效值。(3)額定容量（）

變壓器二次側(cè)額定電壓和額定電流的乘積。(4)額定頻率（）

變壓器應(yīng)接入的電源頻率。3.3.2變壓器

自耦變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：二次繞組是一次繞組的一部分，而且一、二次繞組不僅有磁的耦合，還有電的聯(lián)系。上述變壓、變流和變阻抗關(guān)系都適用于它。

自耦變壓器的外形與原理圖除了單相自耦變壓器之外，還有三相自耦變壓器。

(1)自耦變壓器5.幾種常見(jiàn)的變壓器(2)互感器互感器是配合測(cè)量?jī)x表專(zhuān)用的小型變壓器，使用互感器可以擴(kuò)大儀表的測(cè)量范圍，使儀表與高壓隔開(kāi)，保證儀表安全使用。

①電壓互感器電壓互感器一次與二次電壓關(guān)系為：

②電流互感器電壓互感器電流互感器

電流互感器一、二次側(cè)繞組電流關(guān)系為：3.3.3電磁閥1.電磁閥的結(jié)構(gòu)、分類(lèi)、符號(hào)(1)電磁閥的結(jié)構(gòu)電磁閥主要由閥體、閥心、動(dòng)鐵心、線圈、彈簧等組成。當(dāng)線圈通電或斷電時(shí),所產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)改變閥心的運(yùn)動(dòng)方向,從而使流體通過(guò)閥體或在閥體處被切斷。(2)電磁閥的分類(lèi)電磁閥從原理上可分為直動(dòng)式電磁閥、分步直動(dòng)式電磁閥和先導(dǎo)式電磁閥3大類(lèi);電磁閥從氣路通斷方式可分為常閉型和常開(kāi)型;生產(chǎn)中常用的電磁閥有二位二通、二位三通、二位四通及二位五通等。(3)電磁閥的符號(hào)表3-1是常見(jiàn)的電磁閥圖形符號(hào),圖形符號(hào)的含義如下:表3-1常見(jiàn)電磁閥符號(hào)3.3.3電磁閥2.電磁閥的工作原理

電磁閥工作原理就是電流通過(guò)電磁線圈時(shí)利用電磁線圈產(chǎn)生的電磁力的作用,推動(dòng)閥心移動(dòng)、實(shí)現(xiàn)各個(gè)氣路油路的通斷。單電控的失電時(shí)在彈簧力的作用下回復(fù)原位,雙電控的保持原位、先導(dǎo)式的按功能而定。如圖3-21所示為直動(dòng)式電磁閥工作原理圖。其工作原理:通電時(shí),電磁線圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起,閥門(mén)打開(kāi)；斷電時(shí),電磁力消失,彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上,閥門(mén)關(guān)閉。特點(diǎn):在真空、負(fù)壓、零壓時(shí)能正常工作,但通徑一般不超過(guò)25mm。(a)斷電時(shí)電磁閥關(guān)(b)通電時(shí)閥開(kāi)圖3-21直動(dòng)式電磁閥工作原理3.3.3電磁閥3.3.4繼電器繼電器是自動(dòng)控制電路中常用的一種電磁元器件,它是用較小的電流來(lái)控制較大電流的一種自動(dòng)開(kāi)關(guān),在電路中起著自動(dòng)操作、自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)等作用。在汽車(chē)電氣系統(tǒng)中所使用的繼電器體積較小,觸點(diǎn)控制的電流也較小,屬于小型繼電器。(a)結(jié)構(gòu)(b)圖形符號(hào)圖3-22電磁式繼電器汽車(chē)控制電路大多采用電磁式繼電器作為控制執(zhí)行部件,電磁式繼電器如圖3-22所示,當(dāng)線圈兩端加上直流電壓時(shí),就會(huì)有電流流過(guò)線圈,在線圈的周?chē)彤a(chǎn)生磁場(chǎng)。

圖3-23為汽車(chē)電路中常用的繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)插座插腳布置圖。圖3-23汽車(chē)電路中常用繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及插座插腳a)動(dòng)合型b)動(dòng)合型（帶保護(hù)二極管）c)混合型d)混合型（帶泄流電阻）3.3.5接觸器1.直流接觸器直流接觸器是指鐵芯為直流控制的接觸器，其被控制電路可以是直流，也可以是交流。直流接觸器的鐵芯與交流接觸器不同，它沒(méi)有渦流的存在，因此一般用軟鋼或工業(yè)純鐵制成圓形。由于直流接觸器的吸引線圈通以直流,所以沒(méi)有沖擊的啟動(dòng)電流，也不會(huì)產(chǎn)生鐵芯猛烈撞擊現(xiàn)象,因而它的壽命長(zhǎng)，適用于頻繁啟停的場(chǎng)合。2.交流接觸器交流接觸器是指鐵芯為交流控制的接觸器，它是利用電磁吸力及彈簧反力的配合作用，使觸頭閉合與斷開(kāi)的一種電磁式自動(dòng)切換電器。按狀態(tài)的不同，交流接觸器的觸點(diǎn)分為動(dòng)合觸點(diǎn)和動(dòng)斷觸點(diǎn)兩種。接觸器在線圈未通電時(shí)的狀態(tài)稱(chēng)為釋放狀態(tài)；線圈通電、鐵芯吸合時(shí)的狀態(tài)稱(chēng)為吸合狀態(tài)。按用途的不同，交流接觸器的觸點(diǎn)又分為主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)兩種。主觸點(diǎn)接觸面積大，能通過(guò)較大的電流；輔助觸點(diǎn)接觸面積小，只能通過(guò)較小的電流。主觸點(diǎn)一般為三對(duì)動(dòng)合觸點(diǎn)，串接在電源和電動(dòng)機(jī)之間，用來(lái)切換電動(dòng)機(jī)的電源電路，以起到直接控制電動(dòng)機(jī)啟停的作用，這部分電路稱(chēng)為主電路。輔助觸點(diǎn)既有動(dòng)合觸點(diǎn)，也有動(dòng)斷觸點(diǎn)，通常接在由按鈕和接觸器線圈組成的控制電路中，以實(shí)現(xiàn)某些功能，這部分電路又稱(chēng)輔助電路。交流接觸器的結(jié)構(gòu)及符號(hào)如圖3-24所示。（a）結(jié)構(gòu)

（b）符號(hào)圖3-24交流接觸的結(jié)構(gòu)及符號(hào)接觸器線圈通電時(shí)，在電磁吸力的作用下，動(dòng)鐵芯帶動(dòng)動(dòng)觸點(diǎn)一起下移，使同一觸點(diǎn)組中的動(dòng)觸點(diǎn)和靜觸點(diǎn)有的閉合，有的斷開(kāi)。當(dāng)線圈斷電后，電磁吸力消失，動(dòng)鐵芯在彈簧的作用下復(fù)位；觸點(diǎn)組也恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。圖3-25是交流接觸器的原理圖。圖3-25交流接觸器工作原理示意圖謝謝大家！第4章車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)

直流電機(jī)4.1

三相異步電機(jī)4.2

永磁步電機(jī)4.3

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)4.44.1直流電機(jī)4.1.1

有刷直流電機(jī)4.1.2

永磁無(wú)刷直流電機(jī)4.1直流電機(jī)直流電機(jī)指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)電機(jī),其電機(jī)定子提供磁場(chǎng),直流電源向轉(zhuǎn)子的繞組提供電流,換向器使轉(zhuǎn)子電流與磁場(chǎng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保持方向不變。根據(jù)是否配置有常用的電刷-換向器可以將直流電機(jī)分為兩類(lèi),即有刷直流電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)。車(chē)用直流電機(jī)與一般工業(yè)用的電機(jī)相比,具有以下特點(diǎn):1)電樞軸長(zhǎng),以便安裝用于速度檢測(cè)的脈沖發(fā)生器。2)轉(zhuǎn)子直徑小、軸長(zhǎng),以適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)。3)電樞槽多,以便于散熱。4)對(duì)于有刷電機(jī),檢查口大,以便于換向片、電刷等的定期檢查和維護(hù)。5)電刷的預(yù)壓緊力高,以防止電刷的誤動(dòng)作。4.1.1有刷直流電機(jī)1.有刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)

有刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)由兩個(gè)主要部分組成,一是靜止部分(稱(chēng)為定子)、主要用來(lái)產(chǎn)生融場(chǎng):二是轉(zhuǎn)動(dòng)部分(稱(chēng)為轉(zhuǎn)子、通稱(chēng)電樞),是機(jī)械能變?yōu)殡娔?發(fā)電機(jī))、或電能變?yōu)闄C(jī)械能(電機(jī))的樞紐、在定子、轉(zhuǎn)子之間,有一定的間隙稱(chēng)為氣腺。圖4-1是有刷直流電機(jī)外和結(jié)構(gòu)圖。(a)外形(b)結(jié)構(gòu)圖4-1有刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與外形(1)定子固定主磁極的螺釘定子主要由主磁極、換向磁極、電刷和機(jī)座等組成。定子的功能是用來(lái)產(chǎn)生磁通和進(jìn)行機(jī)械固定。①主磁極如圖4-2所示。②換向磁極③電刷如圖4-3所示。目前,高端的新型直流電機(jī)的電刷采用先進(jìn)的電子接觸,稱(chēng)為無(wú)刷電機(jī)。④機(jī)座圖4-2直流電機(jī)的主磁極圖4-3直流電機(jī)電刷裝置(2)轉(zhuǎn)子也稱(chēng)為電樞,主要由電樞鐵心、電樞繞組及換向器等組成。轉(zhuǎn)子的作用是當(dāng)通電后在磁場(chǎng)中受力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。電樞鐵心由鐵磁材料沖壓開(kāi)槽疊片而成,固定在轉(zhuǎn)軸上,如圖4-4所示。①換向器②電樞繞組圖4-4直流電機(jī)轉(zhuǎn)子2.有刷直流電機(jī)工作原理直流電機(jī)是依據(jù)載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力而旋轉(zhuǎn)的原理制造的，主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。通常將磁場(chǎng)固定不動(dòng)，而導(dǎo)體做成可以在磁場(chǎng)內(nèi)繞中心軸旋轉(zhuǎn)，如圖4-5所示為直流電機(jī)工作原理。（a）

（b）圖4-5直流電機(jī)工作原理3.有刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩自動(dòng)調(diào)節(jié)原理4.1.2永磁無(wú)刷直流電機(jī)

在直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子上裝置永久磁鐵,轉(zhuǎn)子采用徑向永久磁鐵制成的磁極,將磁鐵插入轉(zhuǎn)子內(nèi)部,或?qū)⒋盆F固定在轉(zhuǎn)子表面上,轉(zhuǎn)子上不再用電刷和換向器為轉(zhuǎn)子輸入電流,因此稱(chēng)為永磁無(wú)刷直流電機(jī)。如圖4-6所示,永磁無(wú)刷直流電機(jī)在工作時(shí),直接將方波電流輸入其定子繞組中,控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。矩形脈沖波電流可以使電機(jī)獲得較大的轉(zhuǎn)矩。此類(lèi)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是效率高、轉(zhuǎn)矩大、高速操作性能好、無(wú)電刷、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固、免維護(hù)或少維護(hù)、尺寸小、重量輕。

圖4-6永磁無(wú)刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)無(wú)刷直流電機(jī)工作原理如圖4-7所示,有6個(gè)定子空間磁勢(shì),根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置和要求轉(zhuǎn)向來(lái)決定產(chǎn)生哪一個(gè)磁勢(shì)產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩最大。利用電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出信號(hào)控制電子換向線路去驅(qū)動(dòng)逆變器的功率開(kāi)關(guān)器件,使電樞繞組依次饋電,從而在定子上產(chǎn)生跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),拖動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)子位置傳感器又不斷送出位置信號(hào),不斷改變電樞繞組的通電狀態(tài),使得在某一磁極下導(dǎo)體中的電流方向保持不變,這樣電機(jī)就旋轉(zhuǎn)起來(lái)了。圖4-7永磁無(wú)刷直流電機(jī)工作原理無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、回饋制動(dòng)控制邏輯控制原理如圖4-8所示。圖4-8無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)、回饋制動(dòng)控制原理4.2三相異步電機(jī)4.2.1三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)4.2.2三相異步電機(jī)的工作原理4.2.3三相異步電機(jī)的制動(dòng)與反轉(zhuǎn)4.2.4三相異步電機(jī)的調(diào)速

4.2.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)1.定子定子是電動(dòng)機(jī)的固定部分，主要由鐵芯和繞在鐵芯上的三相繞組構(gòu)成。鐵芯一般由表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成，其內(nèi)圓周均勻分布一定數(shù)量的槽孔，用以嵌置三相定子繞組。2.轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子繞組根據(jù)構(gòu)造分成兩種，籠式和繞線式?；\式轉(zhuǎn)子是在轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)壓進(jìn)銅條，銅條兩端分別焊在兩個(gè)銅環(huán)（端環(huán)）上；繞線轉(zhuǎn)子的鐵芯與籠式相同，不同的是在轉(zhuǎn)子的鐵芯槽內(nèi)嵌置對(duì)稱(chēng)三相繞組并作星形連接。籠式轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子4.2.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生在空間上互差的三相對(duì)稱(chēng)繞組中分別通入三相對(duì)稱(chēng)交流電流，它們將產(chǎn)生各自的交變磁場(chǎng)，三個(gè)交變磁場(chǎng)將合成為一個(gè)兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速為：2.轉(zhuǎn)動(dòng)原理電流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中受到電磁力的作用，電磁力對(duì)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向（順時(shí)針?lè)较颍┬D(zhuǎn)。3.轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速同方向。通常把同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的差值與同步轉(zhuǎn)速之比稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理

2.制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方式有機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)兩大類(lèi)。其中電氣制動(dòng)主要有：能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)。(1)能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)的原理如圖

所示：這種制動(dòng)方法是利用轉(zhuǎn)子慣性轉(zhuǎn)動(dòng)的能量切割磁場(chǎng)而產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，其實(shí)質(zhì)是將轉(zhuǎn)子機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，并最終變成熱能消耗在轉(zhuǎn)子回路的電阻上，故稱(chēng)能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)。4.2.3三相異步電機(jī)的制動(dòng)和反轉(zhuǎn)(2)反接制動(dòng)如圖

所示是反接制動(dòng)的原理圖。改變電動(dòng)機(jī)的三相電源相序，從而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反向，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個(gè)與原轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)力矩，迫使轉(zhuǎn)子迅速停轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，必須立即切斷電源。在反接制動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的相對(duì)轉(zhuǎn)速很大，定子繞組電流也很大，為確保運(yùn)行安全，必須在定反接制動(dòng)子繞組中串入限流電阻。

2.反轉(zhuǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同，而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向取決于定子繞組通入的三相電流的相序，所以只要將三根電源線中的任意兩根對(duì)調(diào)，通入定子繞組的電流相序改變，從而就可使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。人為地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這就是通常所說(shuō)的調(diào)速。1.變頻調(diào)速變頻調(diào)速指通過(guò)改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)電源的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。2.變極調(diào)速變頻調(diào)速裝置變極調(diào)速就是通過(guò)改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。3.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速改變調(diào)速變阻器的大小，就可平滑調(diào)速。譬如增大調(diào)速電阻，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)速

下降；反之，轉(zhuǎn)速

上升。從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。4.2.4三相異步電機(jī)的調(diào)速4.3

永磁同步電機(jī)4.3.1永磁同步機(jī)類(lèi)型4.3.2永磁同步機(jī)結(jié)構(gòu)4.3.3永磁同步電機(jī)工作原理4.3

永磁同步電機(jī)

永磁同步電機(jī)是將永久磁鐵取代他勵(lì)式同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組,電機(jī)的定子與普通同步電機(jī)一樣。轉(zhuǎn)子采用徑向永久磁鐵制成的磁極,做成多層永磁磁極。

永磁同步電機(jī)具有功率密度高、調(diào)速范圍寬、效率高、性能更加可靠、結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、體積小的優(yōu)點(diǎn)。與相同功率的其他類(lèi)型的電機(jī)相比,更加適合作為純電動(dòng)汽車(chē)、燃料電池汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。4.3.1永磁同步機(jī)類(lèi)型按照轉(zhuǎn)子永磁體結(jié)構(gòu)分類(lèi):表面永磁同步電機(jī)、內(nèi)置式永磁同步電機(jī)。按照定子繞組感應(yīng)電勢(shì)波形分類(lèi):正弦波永磁同步電機(jī)、無(wú)刷永磁直流電機(jī)。4.3.2永磁同步機(jī)結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖4-18所示，主要是由轉(zhuǎn)子、端蓋及定子等各部件組成。永磁同步電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與普通的感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)非常相似，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與異步電機(jī)的最大不同是在轉(zhuǎn)子上放有高質(zhì)量的永磁體磁極，根據(jù)在轉(zhuǎn)子上安放永磁體的位置的不同，永磁同步電機(jī)通常被分為內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和表面式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。圖4-18永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)1.內(nèi)置式永磁同步電機(jī)內(nèi)置式永磁同步電機(jī)按永磁體磁化方向可分為徑向式、切向式和混合式,在有阻尼繞組情況下如圖4-19所示。內(nèi)置式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子由于內(nèi)部嵌入永磁體,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子機(jī)械結(jié)構(gòu)上的凸極特性。(a)徑向式(b)切向式(c)混合式圖4-19內(nèi)置式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)2.外置式永磁同步電機(jī)外置式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖4-20所示。根據(jù)永磁體是否嵌入轉(zhuǎn)子鐵心中,可以分為面貼式和插入式兩種。外置式永磁同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)比內(nèi)置式電機(jī)簡(jiǎn)單,且具有制造容易、成本低等優(yōu)點(diǎn),因而工業(yè)上應(yīng)用較多。(a)面貼式(b)插入式圖4-20外置式永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)1-永磁體2—轉(zhuǎn)軸4.3.3永磁同步電機(jī)工作原理永磁同步電機(jī)的三相六狀態(tài)工作原理如圖4-21所示。電機(jī)靜止時(shí)，給定子繞組通入三相對(duì)稱(chēng)電流，產(chǎn)生定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)在籠型繞組內(nèi)產(chǎn)生電流，形成轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子由靜止開(kāi)始加速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子加速到速度接近同步轉(zhuǎn)速的時(shí)候，轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速接近相等，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)速度稍大于轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)，它們相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子牽入到同步運(yùn)行狀態(tài)。永磁同步電機(jī)是靠轉(zhuǎn)子繞組的異步轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)的。啟動(dòng)完成后，由永磁體和定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。圖4-21永磁同步電機(jī)三相六狀態(tài)工作原理4.4開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)4.4.1開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)性能特點(diǎn)4.4.2開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)4.4.3開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)工作原理4.4.4開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)4.4.1開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)性能特點(diǎn)1)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)子上沒(méi)有任何形式的繞組;定子上只有簡(jiǎn)單的集中繞組，端部較短，沒(méi)有相間跨接線；2)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速范圍寬、控制靈活,易于實(shí)現(xiàn)各種特殊要求的轉(zhuǎn)矩-速度特性,SRM起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、低速性能好,沒(méi)有異步電機(jī)在起動(dòng)時(shí)所出現(xiàn)的沖擊電流的現(xiàn)象；3)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電流極性無(wú)關(guān)，從而減少功率變換器的開(kāi)關(guān)器件數(shù)量,減低了成本,可靠性高,控制方便,容易實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和起動(dòng)、制動(dòng)等特定的調(diào)節(jié)控制；4)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式對(duì)轉(zhuǎn)速限制小，可制成高轉(zhuǎn)速電機(jī)，而且轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，在電流每次換相時(shí)又可以改變相匝轉(zhuǎn)矩的大小和方向；5)損耗小,主要產(chǎn)生在定子,電機(jī)易于冷卻,電機(jī)轉(zhuǎn)子不存在勵(lì)磁及轉(zhuǎn)差損耗,由于功率變換元器件少,相應(yīng)的損耗也?。?)可控參數(shù)多、調(diào)速性能好,可控參數(shù)有主開(kāi)關(guān)開(kāi)通角、主