电动汽车用电动机课件.pptx

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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、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；。

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.直流电动机的分类各种激励方式直流电动机的电路图电枢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）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4.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：

（1）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的电动势，也称电枢电动势，可表示为EaCen为电枢电压；I为a电aRaE枢电流；为电枢电