新能源汽車電機及控制系統檢修項目

三

交流異步電機

認知及檢修

【案例1】1.事故概況2020年5月21日，杭州蕭山，一輛特斯拉Model3車輛在地下停車場低速行進時突然加速，車主最終靠左轉擦墻和拼命踩剎車，最終才將車輛停住！特斯拉官方檢測完成后，行車記錄儀中的數據都被刪除了。此外，據車主描述，此次事故后，又出現過多次車輛無故加速的情況。2.原因分析車載軟件系統出現故障：汽車智能化程度提高，車載軟件增多，軟件對汽車的影響越來越大。電機過熱或長久不檢測維修。3.防范措施（1）提高異步電機的性能，在保證電機的安全運行下，對電機的特性進行全面升級。（2）定期對異步電機進行檢測維修情景導入任務一

交流異步電機的認知項目描述

永磁同步電機具有高轉矩/慣量比、高功率密度高效率、體積小、響應快、運行可靠等優點，在新能源汽車上應用廣泛。本任務介紹了永磁同步電機的結構、各組成部件以及在車上的安裝位置。學習目標理論知識

交流電機可分為同步電機和異步電機兩大類，交流異步電機又稱感應電機，是由氣隙旅轉磁場與轉子繞組感應電流相互作用產生電子轉矩，從而實現電能轉換為機械能的一種交流電機。異步電機的種類很多，常按轉子結構和定子繞組相數進行分類。按轉子結構來分、可分為籠型異步電機和繞線型異步電機；按照定子繞組相數來分，則有單相異步電機、兩相異步電機和三相交流異步電機。目前在電動容車上已經得到很廣泛的應用，如字通電動客車Z6125EGAA，福田歐輝BJ6123串聯混合動力客車使用的就是交流異步電機上。下圖3-1-1為采用交流異步電機的純電動汽車平臺。理論知識

一、交流異步電機的結構

交流異步電機主要定子（固定部分）和轉子（旋轉部分）兩大部分組成，定子和轉子之間存在氣隙，為了減小勵磁電流，提高功率因數，氣隙應做得盡可能小，所以定子和轉子之間的氣隙一般為0.25~2mm。此外，還有前后端蓋，軸承、速度傳感器、溫度傳感器等部件。交流異步電機外形與三相交流異步電機內部結構布置如下圖所示：理論知識

1、定子

交流異步電機定子由定子鐵芯、定子繞組和外殼組成，其功能是在定子繞組通入交流電，產生旋轉磁場。其結構圖如下所示：(1)定子鐵芯(2)定子繞組(3)機座理論知識

2、轉子

其是電機的旋轉部分，轉子與軸連接，與定子耦合共同作用產生電磁轉矩。轉子是將旋轉磁場能轉化為轉子導體上的電勢能最終轉化為機械能的環節，異步電機的轉子由轉子鐵芯、轉子繞組和轉軸組成。鐵芯與轉軸必須可靠地固定，以便傳遞機械功率，轉子繞組是自成閉路的短路線圈。轉子繞組不需外接電源供電，其電流是由電磁感應作用產生的。其結構如下圖所示：(１)轉子鐵心(２)轉子繞組(3)轉軸(4)氣隙(5)速度傳感器(6)溫度傳感器理論知識

3、其他附件

(３)吊環321(１)端蓋(２)軸承和軸承端蓋理論知識

一、交流異步電機的結構

交流異步電機主要定子（固定部分）和轉子（旋轉部分）兩大部分組成，定子和轉子之間存在氣隙，為了減小勵磁電流，提高功率因數，氣隙應做得盡可能小，所以定子和轉子之間的氣隙一般為0.25~2mm。此外，還有前后端蓋，軸承、速度傳感器、溫度傳感器等部件。交流異步電機外形與三相交流異步電機內部結構布置如下圖所示：理論知識

二、交流異步電機的工作原理１、旋轉磁場的建立與產生

當電動機定子繞組通以三相交流電流時，三相定子繞組中的電流都將產生各自的磁場。由于電流隨時間變化，因此其產生的磁場也隨時間變化，而三相電流產生的總磁場(合成磁場)是在空間旋轉的，因此稱為旋轉磁場。現以兩極三相異步電動機為例分析旋轉磁場的產生過程。理論知識

2、基本原理

三相籠型異步電機的基本原理如圖３-１-19所示、圖３-１-20所示、當轉動手柄，磁鐵開始旋轉，此時與磁鐵無任何機械連接的籠型轉子也跟著旋轉。且搖得快，轉子轉得也快；搖得慢

，轉子轉得也慢；反搖，轉子馬上反轉。對于實際中的三相籠型異步電機，當定子繞組中通入三相交流電后，它們共同產生的合成磁場隨電流的交變而在空間中不斷地旋轉著，稱為旋轉磁場，這個旋轉磁場同磁鐵在空間旋轉所起的作用是一樣的。理論知識

3、三相異步電動機的轉動原理

圖3.1.21所示為三相異步電動機的轉動原理圖。三相異步電動機的轉動原理為：在定子三相繞組中通入三相交流電流時，在電動機氣隙中會形成旋轉磁場；轉子繞組在旋轉磁場的作用下產生感應電流；載有電流的轉子導體受電磁力的作用，產生電磁轉矩，驅動轉子旋轉，與定子的旋轉磁場方向相同。理論知識

三、三相交流異步電機的特性３、制動特性(１)電動運轉狀態(２)制動運轉狀態321１、工作特性２、力學特性理論知識

四、交流異步電機的性能特點電動汽車用交流異步電動機具有以下特點：(1)高速低轉矩時的運轉效率高。(2)在低速時有高轉矩，并有寬泛的速度范圍。(3)易實現轉速超過10000r/min的高速旋轉。(4)小型輕量化。(5)高可靠性。(6)制造成本低。(7)控制裝置的簡單化。技能提升

一、交流異步電機的拆卸

車用交流異步電機（特斯拉異步電機）拆卸與安裝步驟描述與操作實物圖如下:1.對散熱管路與電機前支架的拆卸2.取下冷卻管路3.拆卸前端蓋4.拆卸后端蓋與控制器5.取下減速箱上的齒輪技能提升

二、交流異步電機的裝配

三相異步電動機的安裝三相異步電動機的安裝順序與拆卸相反。在安裝前應首先清洗電動機內部的灰塵，清洗軸承并加足潤滑油，然后按以下順序進行操作。121.齒輪安裝前工作2.安裝齒輪與減速器箱(１)安裝減速箱(２)安裝電機控制器與后端蓋(３)安裝高壓纜線(４)安裝前端蓋(５)安裝散熱管路

1.交流異步電機主要定子（固定部分）和轉子（旋轉部分）兩大部分組成，定子和轉子之間存在氣隙，為了減小勵磁電流，提高功率因數，氣隙應做得盡可能小，所以定子和轉子之間的氣隙一般為0.25~2mm。此外，還有前后端蓋，軸承、速度傳感器、溫度傳感器等部件。２.當三相異步電機接入三相交流電源時，三相定子繞組流過三相對稱電流產生的三相磁動勢并產生旋轉磁場。３.根據電磁力定律，載流的轉子導體在磁場中受到電磁力作用，形成電磁轉矩，驅動轉子旋轉，當電動機軸上帶機械負載時，便向外輸出機械能。４.異步電機有較高的運行效率和較好的工作特性，從空載到滿載范圍內接近恒速運行，能滿足大多數工農業生產機械的傳動要求。學習小結知識鞏固

知識鞏固

任務二

交流異步電機故障分析與檢修項目描述

交流異步電機在運行時，難免會因潮濕，負載，或長時間允許出現設備的故障老化等，這時對電機的維修與保養尤為關鍵，本任務將對異步電機發生故障的原因進行分析，并對故障后如何檢修作出詳細的講解。學習目標理論知識

一、日常維護

交流異步電機幾乎不需要維護的，要做的只是定期檢查電機高壓線、電機緊固件的緊固情況。為了電機的散熱，須定期清除電機表面的塵土、纖維物。還要觀察電機有無異常。但是與電機連接的減速器需要維護，減速器的機油一般首保最好在3000km左右更換，以后與傳統汽車差不多，5000~8000km更換機油。１.軸承的維護

電機軸伸端軸承在半年補充油脂，一次20g。1個大修周期（兩年）內，一般不需要更換軸承。大修時，更換非軸伸端的軸承，給軸伸端軸承補充油脂20g。兩個大修周期更換軸伸端軸承。當軸承發生故障時，須對電機解體，更換相應的軸承。

理論知識

二、交流異步電機的檢測(１)電量參數(２)非電量參數１.主要技術性能評價參數(１)負載特性測試(２)Ｔ-Ｎ曲線測試(３)耐久性測試２.電機基本電量參數的檢測3.電機性能參數的測量4.電機三相線束是否相互短路檢測5.電機三相線絕緣電阻檢測技能提升

驅動電機性能測試具體步驟如下:1外觀檢查2空轉檢查3氣壓檢查4ＵＶＷ絕緣電阻檢查5繞組之間的短路檢測6繞組之間的斷路檢查7旋變傳感器繞組阻值檢查8安裝回ＵＶＷ三相保護蓋，緊固螺栓

一、小修項目1、電動機不拆開端蓋進行檢查，僅做外部修理。2、檢查軸承是否缺油。3、檢查引出線是否有過熱現象。4、測量電機絕緣電阻或測量吸收比(R60/R15)。5、檢查外殼接地線。二、中修項目1、拆裝電動機前后蓋，測量絕緣電阻或吸收比。2、修理前后測量定子和轉子間隙。3、清理定子、轉子的灰塵和油垢，并檢查通風孔是否暢通。4、檢查和清理定、轉子槽楔端部綁線、墊塊及端箍綁扎。學習小結

5、檢查轉子短路環和銅條。6、檢查清理軸承。7、檢查轉子和風葉裝置。8、檢查外殼接地線。9、試驗按“電氣設備交接和預防性試驗規程”項目進行。三、大修（恢復性修理）項目1、全部完成中修項目2、更換定子線圈。3、更換轉子線圈或鼠籠銅條。4、更換轉子短路銅環。5、轉子換線或平時運動時發現振動超過允許值時進行平衡試驗。6、試驗“電氣設備交接和預防性試驗規程”項目進行。學習小結知識鞏固

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任務三

交流異步電機的運行與控制項目描述

交流異步電機在運行時，有著各種運行控制特性，交流異步電機的控制系統在異步電機啟動運行中起著重要作用，本任務將圍繞電機的各部分特性的含義、特點，充分理解異步電機的實際運行特點，并將對控制系統的結構、特性及其檢修方法進行說明。學習目標理論知識

一、三相異步電機的機械特性1、電機控制器1）電機控制器結構2）電機控制器安裝位置及外形2、高壓配電箱1）作用2）安裝位置3）內部結構3、加速踏板深度傳感器5、動力CAN總線4、動力蓄電池管理器理論知識

二、永磁同步電機控制系統工作原理及控制方法1、電機控制系統原理

永磁同步電機控制系統組成框圖如圖2-3-9所示。在控制方法中，磁場定向控制FOC和直接轉矩控制DTC作為交流電機的2種高性能控制策略，在實際中得到了廣泛的應用。

電機控制器接受擋位開關信號、加速踏板深度、制動踏板深度、旋變等信號，經過邏輯處理和判斷，來控制電機正、反轉轉速等。理論知識

2、永磁同步電機的控制方法

新能源汽車永磁同步電機的控制較為復雜，其控制方法也有多種，常見的有矢量控制（磁場定向控制）、直接轉矩控制、恒壓頻比開環控制。（1）矢量控制(２)直接轉矩控制(３)恒壓頻比開環控制(ＶＶＶＦ)(４)智能控制理論知識

三、永磁同步電機控制系統檢修１、電機控制系統各部件檢修(比亞迪ｅ６車型)

(１)電機控制器低壓電源電路檢修(３)檢查整車起動流程(４)測量電機控制器高壓輸入端與輸出端的電壓(５)檢查直流充電口總成高低壓線束(２)電機控制器高壓電源電路檢修理論知識

(６)駐車回路檢查(８)制動燈開關檢測(９)高壓配電箱低壓控制端檢測(７)加速踏板深度傳感器檢測技能提升

１、電機控制器(ＶＴＯＧ)低壓電源電路檢測1(１)拔出低壓插接件2(２)測量Ｂ３２-３８針腳與車身地電壓3(３)測量電機控制器Ｂ３２-６１針腳與車身地的電壓4(４)測量電機控制器Ｂ３２-６２針腳與車身地的電壓技能提升

２、檢查交流充電口總成高低壓線束(４)測量電機控制器與充電口連接線束(５)測量充電口(１)打開充電口防護蓋(２)拔下電機控制器低壓插接件(３)測量與電機控制器低壓接口連接線束技能提升

３、加速踏板深度傳感器線路檢測（１)拆卸加速踏板深度傳感器（2)點火開關打到ＯＮ檔位（3)測量加速踏板深度傳感器Ｂ３１-２與車身地的電壓（4)測量加速踏板深度傳感器Ｂ３１-７與車身地的電壓（6)測量加速踏板深度傳感器Ｂ３１-１０與車身地的電壓（5)測量加速踏板深度傳感器Ｂ３１-９與車身地的電壓技能提升

4、制動燈開關檢測(１)拆下制動開關的插接件(２)測量線束Ｂ４４-１與車身地的電壓(３)測量線束Ｂ４４-１與車身地的電阻(４)測量制動開關Ｂ４４-１與電機控制器Ｂ３２-３３導通情況(６)測量制動開關Ｂ４４-１與Ｂ４４-１導通情況(５)測量制動開關Ｂ４４-１與Ｂ４４-１導通情況技能提升

5、高壓配電箱低壓控制端檢測(１)后排座椅拆卸(２)拆卸高壓配電箱低壓插接件(４)測量Ｍ３１-１與車身地電壓(３)插針插入Ｍ３１-１插孔(５)插針插入Ｍ３１-３插孔(６)測量Ｍ３１-３與車身地電壓

1.永磁同步電機控制系統包括電機控制器、高壓配電箱、駐車開關、加速踏板深度傳感器制動開關、制動踏板深度傳感器、MG2、動力蓄電池管理器動力CAN總線等部件。2.電機控制器接受擋位開關信號、加速踏板深度、制動踏板深度、旋變等信號，經過邏輯處理和判斷，來控制電機正、反轉轉速等。3.新能源汽車永磁同步電機的控制較為復雜，其控制方法也有多種，常見的有矢量控制（磁場定向控制）、直接轉矩控制、恒壓頻比開環控制。4.永磁同步電機控制系統的檢修包括：電機控制器（VTOG）低壓電源電路檢測；檢查交流充電口總成高低壓線束；加速踏板深度傳感器線路檢測；制動燈開關檢測；高壓配電箱低壓控制端檢測等。學習小結知識鞏固

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謝謝新能源汽車電機及控制系統檢修項目

四

電機控制器的

認知及檢修

1.故障案例：一輛特斯拉modelx電動汽車，車主反映，車輛在打開電源后，整車不工作，并且儀表電源燈閃爍。2.故障診斷：關斷電源開關，將接入控制器的所有控制線全部拔掉，只保留接入控制器的電源線以及控制器與電動機相連的線，在控制器上找出與轉把相連接的接插件。打開電源開關，用鑷子將該接插件的+5V與信號兩端短路，看一下電動機是否轉動。此時如果電動機運轉正常，說明控制器沒有故障，問題出在外圍的功能部件上。如果電機無反應，關斷電源開關，將接入控制的電源線以及控制器與電動機相連的線拔掉，控制器與整車徹底脫離。情景導入

接下來將電源線與電動機線直接連接。打開電源開關，觀察電動機運轉是否正常。如果電動機無反應，則說明電動機已壞，更換或維修電動機。如果此時電動機運行正常，即可判斷是電機控制器損壞。3.故障問題：電機控制器微電子部分損壞可能很小，主要是功率管、電容等大功率元件損壞的較多，出現該故障需要更換電機控制器板。情景導入任務一

電機控制器的認知項目描述

電機控制器是控制動力電源與驅動電機之間能量傳輸的裝置，它是通過集成電路的主動工作來控制電機按照設定的方向、速度、角度、響應時間進行工作的模塊。它使得電機應用范圍更加廣泛、輸出效率更好，以及噪聲更小等。本任務介紹了電機控制器的發展、定義、關鍵技術和內部組件。學習目標理論知識

一、電機控制器的組成

電機控制器是控制動力電源與驅動電機之間能量傳輸的裝置，如圖４-１-１所示，由控制信號接口電路、驅動電機控制電路和驅動電路組成，電機控制器是通過集成電路的主動工作來控制電機按照設定的方向、速度、角度、響應時間進行工作的模塊，它使得電機應用范圍更加廣泛、輸出效率更好以及噪聲更小等。理論知識

1、電機控制器的內部組件及功能(１)內部組件電機控制器是純電動汽車整車驅動控制系統的核心，它的作用至關重要。電機控制器總成包含屏蔽板組件、箱體蓋板組件、控制主板組件、驅動主板組件、傳感器支架組件、ＵＶＷ插接器和直流高壓插接器等組件，如圖４-１-２所示。(２)功能１)驅動控制(放電)２)充電控制３)另外還有ＶＴＯＧ、ＶＴＯＬ和ＶＴＯＶ理論知識

二、電機控制器關聯部件

１.驅動電機管理模塊(１)控制(２)內部零件２.功率模塊3.旋轉變壓器4.高壓配電箱5.漏電傳感器(ＬＳ)理論知識

三、電機控制器的基本電路轉換原理1.ＡＣ/ＤＣ變換器(１)單相半波整流電路(２)單相橋式整流電路(３)三相橋式整流電路(４)三相電壓型ＰＷＭ整流電路理論知識

２.ＤＣ/ＤＣ變換器

(１)ＤＣ/ＤＣ變換器的工作原理(２)ＤＣ/ＤＣ變換器的功用理論知識

3.ＤＣ/ＡＣ變換器

(３)三相電流型逆變電路321(１)電壓型ＤＣ/ＡＣ變換器(２)電流型ＤＣ/ＡＣ變換器理論知識

四、電機控制器控制策略1.驅動電機系統上下電控制策略驅動電機系統上下電控制策略下面以北汽EV200為例介紹驅動電機系統上下電控制策略。EV200采用的是基于STATE機制的驅動電機系統上下電控制策略。基于整車STATE機制上下電策略要求，約束了該機制下MCU在整車上下電過程各STATE中應該執行的動作、需要實現邏輯功能、允許及禁止的診斷等。理論知識

２.驅動電機系統工作模式驅動電機系統工作模式主要分為驅動電機系統驅動模式和驅動電機系統發電模式。(１)驅動電機系統驅動模式12(２)驅動電機系統發電模式理論知識

五、能量回收系統能量回收系統也稱制動能量回收系統或再生制動，是指新能源汽車在減速制動(或者下坡)時將汽車的部分動能轉化為電能,并將電能儲存在儲存裝置(如各種蓄電池、超級電容和超高速飛輪)中，最終增加新能源汽車的續駛里程。本任務介紹了能量回收系統的原理、作用、影響因素及其回收方法。理論知識

１、制動能量回收系統的工作原理及作用３、制動能量回收方法２、制動能量回收的影響因素及條件(１)制動能量回收的影響因素(２)能量回饋所具備的條件技能提升

電機控制器的總成更換與檢測:1.車輛準備

準備吉利ＥＶ４５０純電動汽車一輛、絕緣手套等防護工具一套、絕緣工具一套，并且根據維修手冊找到電機控制器位置，如圖４-１-33所示。2.操作步驟

(１)高壓安全下電(２)拆卸電機控制器(３)安裝電機控制器總成

１、電機控制器是控制動力電源與驅動電機之間能量傳輸的裝置，由控制信號接口電路、驅動電機控制電路和驅動電路組成，電機控制器是通過集成電路的主動工作來控制電機按照設定的方向、速度、角度、響應時間進行工作的模塊，它使得電機應用范圍更加廣泛、輸出效率更好，以及噪聲更小等。２、電機控制器的主要功用包括驅動控制、充電控制、ＶＴＯＧ、ＶＴＯＬ和ＶＴＯＶ。３、驅動電機管理模塊(ＭａｃｈｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ，ＭＣＵ)主要用于管理和控制驅動電機的運轉速度、方向，以及將驅動電機作為逆變電機發電，ＭＣＵ的功能類似于傳統汽車的發動機控制模塊。學習小結

４、電機控制器的主體是“逆變器(Ｉｎｖｅｒｔｅｒ)”，逆變器對電機電流電壓進行控制，經常選用的功率器件主要有ＭＯＳＦＥＴ或者ＩＧＢＴ等。５、旋轉變壓器也稱角度傳感器，簡稱旋變，它是一種輸出電壓隨轉子轉角變化的信號元件，電機轉速由旋轉變壓器進行控制和監測。６、高壓配電箱的作用是完成動力蓄電池電源的輸出及分配，其上游是動力蓄電池組，下游包括雙向交流逆變式電機控制器(ＶＴＯＧ)、ＤＣ/ＤＣ、ＰＴＣ水加熱器、電動壓縮機、漏電傳感器，也將ＶＴＯＧ和車載充電器的高壓直流電分配給動力蓄電池組，實現對支路充電器的保護及切斷。學習小結

７、漏電傳感器本身也是一個動力網ＣＡＮ模塊，通過監測與動力蓄電池輸出相連接的正母線與車身底盤之間的絕緣電阻來判定高壓系統是否存在漏電，漏電傳感器將絕緣阻值信息通過ＣＡＮ信號發送給電池管理器、ＶＴＯＧ，采取相應保護措施。８、驅動電機系統工作模式主要分為驅動電機系統驅動模式和驅動電機系統發電模式。９、能量回收系統也稱制動能量回收系統或再生制動，是指新能源汽車在減速制動(或者下坡)時將汽車的部分動能轉化為電能，并將電能儲存在儲存裝置(如各種蓄電池、超級電容和超高速飛輪)中，最終增加新能源汽車的續駛里程。學習小結

１０、能量回收系統的主要作用:１)提高電動汽車的能量利用率，２)延長電動汽車的行駛里程，電制動與傳統制動相結合，減輕傳統制動器的磨損，增加其使用周期，降低成本。３)減少汽車制動器在制動，尤其時緩速下長坡及滑行過程中產生的熱量，降低汽車制動器的熱衰退，提高汽車的安全性和可靠性。學習小結知識鞏