第二章 第一节 MCU的结构与工作原理（教案）-《电动汽车控制系统及检修》同步精品课堂（机工版）

《第二章 驱动电机(MCU)及检修》教案 课 题 第一节 MCU的结构与工作原理 课 型 必修 课 时 2 授课班级 授课时间 授课教师 教材分析 本课选自新能源汽车产教融合系列教材教材《电动汽车控制系统及检修》第二章第一节，由弋国鹏、魏建平编著。 学情分析 中职学生的培养目标是理论够用、注重操作技能的提升，由于他们的文化水平存在差异、依赖性强、学习主动性差，所以在组织教学时要因材施教、耐心的讲解才能达到我们设定的教学效果和目的，培养出更多的实用型技能人才。根据教学大纲和培养目标确定本课的教学目标和教学重点、难点。 学习目标 1、能够描述驱动电机的工作原理； 2、能够描述MCU的功能； 3、能够描述位置传感器的工作原理。 学习重难点 重点：驱动电机的结构与工作原理 难点：MCU的结构与工作原理 教学方法 讲授法、自主学习法、探究法、小组讨论法 课前准备 (1)备课 (2)准备教具 (3)课前侯课 教学媒体 教材、网络资源、教学视频、相关PPT，多媒体教室 教学过程 教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图 活动一： 创设情境 生成问题 一辆电动汽车无法运行,你的主管对其诊断结果为驱动电机控制器异常,让你进一步检查,必要时更换。你能完成这个任务吗? 听讲、思考 培养对本节课内容学习兴趣 活动二： 调动思维 探究新知 一、驱动电机的结构与工作原理 （一）驱动电机的结构 [课堂讨论] 请同学们分组讨论电动汽车驱动电机的结构有哪些部分构成？ 吉利EV系列车型采用的是永磁同步电机，它是MCU的执行单元，其结构主要分为4个部分: 1)电机部分。 主要是为车辆提供动力和回收能量并存人动力蓄电池，如下图所示，它主要由定子铁心、转子铁心、三相绕组、轴及轴承等组成。 2)位置传感器(旋变)部分。 主要是检测转子磁极与定子绕组间的空间位置关系，产生位置信号，经过逻辑处理而形成 MCU内部功率电子开关元件的触发信号。 3)温度传感器部分。 主要是监测电机及控制系统的温度，并将温度信号转换成电信号。 4)散热系统部分。 散热系统包括水道、冷却液管插接器、前后端盖、机座等，主要作用是降低电机及控制系统的温度，防止其因温度过高而烧坏。 （二）驱动电机工作原理 永磁同步电机的运行需依靠转子位置传感器检测出转子的位置信号，通过换相驱动线路，来驱动与电枢绕组联结的各功率开关管导通与截止，从而控制定子绕组的通电，在定子上产生旋转磁场，带动转子旋转。 随着转子的转动，位置传感器不断地送出信号，以改变电枢的通电状态，使得在同一磁极下的导体中的电流方向不变。因此，就可产生恒定的转矩使永磁同步电机运转起来。 小组讨论、汇报成果 听讲、思考 对电动汽车驱动电机有总体认知 认识驱动电机的工作原理 活动三： 调动思维 探究新知 二、MCU的结构与工作原理 MCU是永磁同步电机的控制大脑，它综合位置传感器、温度传感器、电流传感器所提供的电机转子位置、温度、速度和电流等反馈信号及外部输入的命令，通过程序进行分析处理，决定控制方式及故障保护等，向功率变换器发出执行命令，控制永磁同步电机运行。 （一）MCU结构 MCU安装在机舱内，既能将动力蓄电池中的直流电转换为交流电以驱动电机，同时在车辆制动或滑行阶段，能将车轮旋转的动能转换为电能(交流电转换为直流电)给动力蓄电池充电; (1)主控制单元 主控制单元是MCU的核心，其作用是综合处理速度指令、速度反馈信号及电流传感器、位置传感器、温度传感器的反馈信号，控制功率变换器中主开关器件的通断，实现对电机运行状态的控制。 (2)速度、位置检测单元 位置传感器向MCU提供转子位置及速度、方向等信号，使MCU能正确决定各相绕组的导通和截止时刻。通常采用光电元件、霍尔元件或电磁线圈进行位置检测。 (3)电流、电压检测单元 电流、电压检测单元的主要作用有以下两点: 1)将检测得到的实时电流作为电流调节的控制参量，在起动、低速运行和加速运行时进行电流调节和导通角度的限制。 2)监测功率变换线路，判断线路是否存在过电流、过电压、欠电压故障，以便进行过电流、过电压、欠电压保护和故障处理。 (4)功率变换器 功率变换是指能有效地将直流供电电源的能量转换为负载所需要的交流电能能量。 1) IGBT 和IGBT单元。 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，是由双极型晶体管(BJT)和绝缘栅型场效应晶体管(MOS)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通电压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通电压降大，载流密度小。IGBT正好综合了以上两种器件