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

《电动汽车控制系统及检修》 机械工业出版社 同步精品课程——中职专业课 第二章 驱动电机控制系统（MCU）及检修 第一节 MCU的结构与工作原理 知识目标 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。 能力目标 1.能够检索资料，归纳并描述驱动电机控制器的结构 2.能够检索资料，归纳并描述驱动电机控制器的工作原理 情感目标 1.培养良好的职业道德和工匠精神; 2.培养安全意识和团队协作精神; 3.培养自我管理和自主学习能力。 三维目标 第一节 MCU的结构与工作能原理 导入情景 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? 01 新知学习 一、驱动电机的结构与工作原理 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。 02 新知学习 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。 02 新知学习 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。 02 新知学习 1.电机部分 普通直流电机常采用在电机绕组内通以电流的方式来产生磁场，而永磁同步电机则采用在转子上添加永磁体的方式产生磁场，同时，磁场还可以作为媒介进行机械能和电能相互转换。 目前，常用的永磁同步电机有两种:一种是无刷直流电机(BLDC)供电电流波形与电枢反电动势波形都为矩形或梯形的电机;另一种是正弦波永磁同步电机(PMSM)，供电电流波形与电枢反电动势都为正弦波的电机。 本书以正弦波永磁同步电机为主进行讲解，且以下简称为永磁同步电机。永磁同步电机的“同步”是指把永久磁铁转子放在能产生旋转磁场的定子铁心中，当定子绕组流过电流后，转子将会跟随旋转磁场同步旋转，其转向、转速与旋转磁场的旋转方向和旋转速度一致，即转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。因此，通过控制电机的定子绕组输人电流频率，就可以最终确定汽车的车速，而如何调节电流频率，则是电控部分所要解决的问题。 02 新知学习 (1)结构 永磁同步电机由定子、转子构成。定子采用叠片结构以减小电动机运行时的铁耗;转子铁心大多采用硅钢叠片叠成，不做成实心结构，主要原因是为了减少涡流及其他损耗，避免高速时转矩降低。 1)定子。定子是电机静止不动的部分，由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。其主要作用是产生旋转磁场。如下图所示。 02 新知学习 2)转子。永磁同步电机转子主要由轴、轴承、转子铁心及永磁体挡板等组成，如下图所示。 (2) 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。 02 新知学习 2.位置传感器部分 电磁式位置传感器简称旋变，是一种输出电压随转子转角变化的信号元件。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，输出绕组的电压幅值与转子转角成正、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角呈线性关系。 (1)结构 下图所示为旋变式位置传感器的结构图，它主要由转子、定子、绕组、接线端子组成。转子安装在电机轴上，且转子上无绕组，初级和次级绕组均在定子上，转子的凸极(裸露极点)将次级正弦变化耦合至角位置，此种结构为可变磁阻式旋转变压器，信号特点为副方(次级)输出电压与转子转角呈正弦和余弦函数关系。 02 新知学习 (2) 工作原理 对于永磁同步电机调速系统来说，位置信号具有决定作用，因为电机必须工作在位置闭环控制方式下，系统运行绝对依赖于位置信号的准确获取，电机需要通过位置信号来决定哪一相应该导涌和关断以及在什么时刻导通和关断 3.温度传感器部分 温度传感器用来感受电机及其控制器的温度变化，并把温度信号转换成电子信号输送给电机控制单元。 温度传感器主要有热电耦式温度传感器、热敏电阻式温度传感器、数字温度传感器(RTD)、半导体温度传感器(IC)四种类型。而常用的为热敏电阻式温度传感器，它是一种随着温度变化、其电阻值发生变化的传感器。热敏