學習情境四新能源汽車驅動電機智能交通學院新能源汽車教研室《新能源汽車電機驅動系統故障診斷與檢修》直流電動機結構原理與控制4.1直流電機勵磁方式4.1.2學習內容直流電機結構、原理4.1.1直流電機的控制4.1.34.1直流電動機是指通入直流電而產生機械運動的電動機。按勵磁方式的不同，直流電動機分為勵磁繞組式電動機和永磁式電動機。前者的磁場是可控的，后者的磁場是不可控的，由于控制方式簡單，技術成熟，直流電動機曾廣泛應用于早期電動汽車驅動系統。直流電機的原理與控制4.1直流電動機由靜止的定子（勵磁）和旋轉的轉子（電樞）組成。定子和轉子之間的間隙稱為氣隙。直流電機的原理與控制氣隙直流電機結構原理4.1.1直流電機的原理與控制4.1定子主磁極基座換向極端蓋電刷轉子電樞鐵心電樞繞組換向器直流電機結構原理4.1.1直流電機的原理與控制4.1直流電機結構原理4.1.1直流電機的原理與控制4.1根據勵磁繞組和電樞繞組的連接方式，可以分為他勵式、并勵式、串勵式和復勵式四種。直流電機勵磁方式4.1.2直流電機的原理與控制4.1他勵式電動機的勵磁繞組與電樞繞組的電源沒有連接關系，而由其他電流電源對勵磁繞組供電，因此勵磁電流不受電樞端電壓和電樞電流的影響。永磁直流電機也可以看作他勵式。他勵式電動機在運行過程中，勵磁場穩定，容易控制，易于實現車輛的再生制動要求，當采用永磁勵磁時，由于勵磁磁場恒定不變，電動機的機械特性不理想，難以滿足車輛啟動和加速時的大轉距要求。直流電機勵磁方式4.1.2他勵式直流電機的原理與控制4.1并勵式電動機的勵磁繞組與電樞繞組并聯，其特點是勵磁電流If不僅與勵磁回路電阻有關，還受電樞端電壓U的影響。直流電機勵磁方式4.1.2并勵式直流電機的原理與控制4.1串勵式電動機的勵磁繞組與電樞繞組串聯在同一電源上，通過的電流和電樞繞組的電流大小相等，電機的磁場隨著電樞電流的改變有顯著變化。低速運行時，能給車輛提供大扭矩；高速運行時，電樞繞組中發電動勢增大，與之串聯的勵磁繞組中的勵磁電流減小，高速運行時的弱磁調速功能易于實現。直流電機勵磁方式4.1.2串勵式直流電機的原理與控制4.1直流電機的控制4.1.3銘牌數據

直流電機的原理與控制4.1

直流電機的控制4.1.3電樞電動勢直流電機的原理與控制4.1電磁轉矩是直流電機的電樞繞組中流過電流時，載流導體在磁場中受力而產生的總轉矩。電磁轉矩T為：

直流電機的控制4.1.3電磁轉矩直流電機的原理與控制4.1在電源電壓和勵磁電路的電阻為常數的條件下，表示電機的轉速n與轉矩T之間關系的n=f(T)曲線，稱為機械特性曲線。直流電動機的機械特性方程式：

直流電機的控制4.1.3機械特性直流電機的原理與控制4.1直流電動機的轉速從零增加到穩定運行速度的整個過程稱為起動過程。最優的起動過程應考慮以下問題：起動過程中的能量損耗和發熱量的大小；起動設備是否簡單；起動設備的可靠性起動電流的大小；起動轉矩的大小；起動時間的長短；起動過程是否平滑；直流電機的控制4.1.3起動控制直流電機的原理與控制4.1

直流電動機的起動方法有電樞回路串電阻分級起動和降壓起動。直流電機的控制4.1.3起動控制直流電機的原理與控制4.1

直流電機的控制4.1.3電樞回路串電阻分級起動

直流電機的原理與控制4.1

直流電機的控制4.1.3電樞回路串電阻分級起動直流電機的原理與控制4.1

直流電機的控制4.1.3降壓起動直流電機的原理與控制4.1電力拖動系統工作過程中，經常需要改變電動機的轉動方向，為此需要電動機反向起動和運行，即需要改變電動機產生的電磁轉矩的方向。改變直流電機轉向的方法有兩個：1）保持電樞繞組兩端極性不變，將勵磁繞組反接；2）保持勵磁繞組極性不變，將電樞繞組反接。直流電機的控制4.1.3直流電機的反轉直流電機的原理與控制4.1電動機的電磁轉矩方向與旋轉方向相反時，就稱電動機處于制動狀態。電動機制動的方法有機械的和電磁的。由于電磁制動的制動轉矩大，且制動強度比較容易控制，一般的電力拖動系統多采用這種方法，或者與機械制動配合使用。電機的電磁制動有以下幾種：能耗制動反接制動回饋制動直流電機的控制4.1.3制動控制直流電機的原理與控制4.1能耗制動時電樞中電流大小：

直流電機的控制4.1.3能耗控制直流電機的原理與控制4.1反接制動分電樞反接制動和倒拉反接制動兩種。

因電樞兩端電壓極性的改變而產生的制動，稱為電樞反接制動。電樞反接后，其電流為：直流電機的控制4.1.3反接控制直流電機的原理與控制4.1當電動機被外力拖動，向著與它接線應有的旋轉方向的反方向旋轉而制動，稱為倒拉反接制動。直流電機的控制4.1.3反接控制直流電機的原理與控制4.1在電動狀態，電樞電流從電網的正端流向電動機，而在制動時電樞電流從電樞流向電網，因而稱為回饋制動。

直流電機的控制4.1.3回饋控制直流電機的原理與控制4.1為滿足不同的使用要求，電機需要在不同工況下采用不同的轉速。負載不變時，人為地改變生產機械的工作速度稱為調速。電氣調速是指通過改變電動機的參數來改變轉速。電動機調速性能的好壞常用以下指標來衡量：調速范圍(D)；靜差率，又稱相對穩定性（δ）；調速的平滑性；調速的經濟性；調速時電動機的容許輸出直流電機的控制4.1.3調速控制直流電機的原理與控制4.1直流電機的轉速公式：

從上式看出，他勵直流電機的調速方法有：電樞串聯電阻調速；降低電樞電壓調速；減弱磁通調速直流電機的控制4.1.3調速方法直流電機的原理與控制4.1電樞串聯電阻調速降低電樞電壓調速減弱磁通調速直流電機的控制4.1.3調速方法交流感應電機結構原理與控制4.2交流感應電機的控制4.2.2學習內容交流感應電機結構、原理4.2.1交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的結構、原理感應電動機又稱為交流異步電動機，是由隙旋轉磁場與轉子繞組感應電流相互作用產生電磁轉距，從而實現電能轉換為機械能的一種交流電機。和所有旋轉的電動機結構一樣，交流感應電機由靜止的定子和可以旋轉的轉子組成，定子和轉子之間為氣隙，交流感應電動機的氣隙一般為0.5到2.0mm。交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的結構、原理定子組成交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的結構、原理定子組成交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的結構、原理定子組成交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的結構、原理轉子組成交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的結構、原理轉子組成交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的結構、原理轉子組成交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的結構、原理氣隙旋轉磁場

交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的結構、原理氣隙旋轉磁場三相交流電與旋轉磁場的關系交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的結構、原理氣隙旋轉磁場感應電動機定子繞組接通三相交流電源后，電機內變形成圓形旋轉磁動勢以及圓形旋轉磁密。設其反方向為逆時針，若轉子不轉，鼠籠轉子導條與旋轉磁密有相對運動，導條中有感應電動勢Ee,方向由右手定則確定。由于轉子導條彼此在端部短路，于是導條中有電流。不考慮電動勢與電流的相位差時，電流方向與電動勢方向相同，這樣導條就在磁場中受力f，用左手定則確定受力方向。交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的結構、原理氣隙旋轉磁場交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的控制調速控制方式由于交流感應電機的直軸和交軸的耦合作用，導致其動態模型的高度非線性，使得交流感應電機的控制比直流電機復雜的多。交流感應電機轉速控制公式為：

交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的控制起動控制交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的控制起動控制行星-三角形轉換降壓起動自耦變壓器降壓起動轉子串電阻降壓起動降壓起動的常用方法有：交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的控制變頻調速控制變頻調速時通過改變電機的電源頻率進行調速。由于能連續改變電源的頻率f1，所以速度的改變也是連續和平滑的。在忽略定子漏阻抗的情況下，異步電機的感應電動勢E1近似等于電源電壓U1，即：

交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的控制恒轉矩變頻調速交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的控制恒功率變頻調速交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的控制變頻器調速變頻器調速的變頻電源是由變頻器提供的。變頻器由主電路和控制電路構成。交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的控制變頻器調速變頻器調速的變頻電源是由變頻器提供的。變頻器由主電路和控制電路構成。交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的控制變頻器調速主電路包括整流、濾波和逆變3部分。其工作原理是：首先將工頻交流電壓通過整流器轉換為直流電壓，經過濾波后，通過逆變器將直流電壓轉換為頻率可調的交流電壓。控制電路的功能是向主電路提供控制信號，它包括對電壓和頻率進行運算的運算電路，對主電路進行電流、電壓檢測的檢測電路，將運算電路的控制信號進行放大的驅動電路以及主電路和控制電路的保護電路。交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的控制變頻器調速在現代變頻器中，普遍采用正弦波脈寬調制（SPWM）方式，將直流電轉換為頻率和電壓可調的交流電。交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的控制變極調速變極調速是通過改變異步電動機定子旋轉磁場的磁極對數來改變旋轉磁場轉速，從而改變電機轉速的。4對磁極交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的控制變極調速變極調速是通過改變異步電動機定子旋轉磁場的磁極對數來改變旋轉磁場轉速，從而改變電機轉速的。2對磁極交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的控制變轉差率調速變轉差率調速是在繞線轉子異步電機的轉子繞組中串聯接入電阻，通過改變轉差率實現調速。特點是：旋轉磁場轉速不變，但其改變了機械特性運行段斜率，轉子串入的電阻越大斜率越大，隨著負載轉矩的增加，轉速下降就越快，但最大轉矩不變。交流感應電機的原理與控制4.24.2.1交流感應電機的控制制動控制和直流電機一