3.2 直流电机驱动系统（课件）-《新能源汽车结构与检修》同步精品课堂（人交版）

单元三 电动汽车电机驱动系统 3.2 直流电机驱动系统 《新能源汽车结构与检修》（人交版） 人民交通出版社 专题复习讲练测 1 学习目标 知识目标 1.学生能够准确说出直流电动机的分类方式，包括他励、并励、串励和复励直流电动机，并阐述各自的特点。 2.理解直流电动机的基本工作原理，即通电导体在磁场中受力转动，以及换向器在其中的作用。 能力目标 1.培养学生的观察能力，能够通过观察实物、图片或视频等资料，分析直流电动机的结构和工作过程。 2.提高学生的分析问题和解决问题的能力，在学习直流电动机的特性和控制系统时，能够运用所学知识分析实际问题，并提出合理的解决方案。 情感目标 1.通过对直流电机驱动系统的学习，培养学生对电气工程领域的兴趣和热爱，激发他们探索科学技术的热情。 2.让学生在学习过程中体会到科技进步对生活的影响，增强他们对环境保护和可持续发展的责任感，认识到电动汽车等新能源技术的重要性。 导入情景 01 三相无刷直流电机工作原理 一、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,小功率电动机采用永磁式直流电动机,大功率电动机则采用绕组励磁式直流电动机。根据励磁方式的不同,绕组励磁式直流电动机可分为他励式、并励式串励式和复励式四种类型。 新知学习 02 直流电动机 二、直流电动机的基本工作原理 直流电动机的工作原理如图3-3 所示。在磁场N极和S极之间装有一个可以转动的线圈(电枢绕组),线圈的首末两端分别接到两片圆弧形的换向片(铜片)上,两个换向片之间、换向片与转轴(与线圈一起旋转)之间均相互绝缘,为了把电枢绕组和外电路接通,在换向器上安置了两个固定不动的电刷。 新知学习 02 二、直流电动机的基本工作原理 由于电刷和电源固定连接,因此无论线圈怎样转动,总是上半边的电流向里,下半边的电流向外,由电磁感应原理可知,通电线圈在磁场中收到逆时针方向的力矩作用虽然电流方向是交替变化的,但所受电磁力的方向不改变,因而线圈可以连续地按逆时针方向转动。 新知学习 02 三、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,直流电动机的结构如图 3-4 所示,实物图如图3-5 所示。 新知学习 02 三、直流电动机的结构 新知学习 02 三、直流电动机的结构 1.定子部分 定子的主要作用是产生气隙磁场。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。 主磁极的作用是建立主磁场,它由主极铁芯和套装在铁芯上的励磁绕组构成。主极铁芯一般由1~1.5mm 的低碳钢板冲压成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。 新知学习 02 电刷装置 三、直流电动机的结构 2.转子部分 转子部分包括电枢铁芯、电枢绕组、换向器等。 电枢铁芯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芯的槽内。电枢铁芯一般用0.55mm厚的硅钢片叠压而成。 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。 换向器由冷拉梯形铜排和绝缘材料等构成,用于电枢电流的换向。 新知学习 02 四、电动汽车用直流电动机的特性 1.直流电动机的驱动特性 电动汽车用直流电动机的驱动特性如图3-6所示。 新知学习 02 四、电动汽车用直流电动机的特性 基本转速n以下为恒转矩区,基本转速以上为恒功率区。在恒转矩区,励磁电流保持不变,改变电枢电压来控制转矩。在高速恒功率区,电枢电压不变改变励磁电流或弱磁来控制转矩。直流电动机的这种特性很适合汽车对动力源低速、高转矩和高速、低转矩的使用需求,而且直流电动机结构简单易于平滑调速,加之控制技术成熟,所以几乎所有早期的电动汽车都是采用直流电动机。 新知学习 02 四、电动汽车用直流电动机的特性 2.直流电动机的特点 (1)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。 (2)起动转矩大。直流电动机可满足在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械要求。 (3)控制简单。直流电动机一般用斩波器控制,它具有高效率控制灵活、重量轻、体积小响应快等优点。 (4)有易损件。由于存在电刷、换向器等易损零件,所以直流电动机必须进行定期维护或更换零件 新知学习 02 五、直流电动机的控制系统 一般而言,直流电动机的转速控制可以通过两种方法实现,即电枢控制和励磁控制。电枢调速方式属于恒转矩调速,励磁调速方式属于恒功率调速。当直流电动机电枢电压减小时,电枢电流和电机转矩就会降低,由此引起电机转速降低。反之,当电枢电压增加时,电动机转矩就会增加,由此会引起电动机转速增加。由于电枢的最大允许电流不变,且磁场是固定的.电枢电压的控制可在任何转速下保持最大转矩不变。然而,由于电枢电压不能超过其额定值.这种控制方法只适于直流电动机的工作转速低于基速的场合。 新知学习 02 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 1： 电动汽车中，直流电动机的驱动特性主要表现为（ ）。 A. 转速随转矩的增加而增加 B. 转速随转矩的增加而减小 C. 转速与转矩无关 D. 转矩随转速的增加而增加 解析：直流电动机的驱动特性是转速随转矩的增加而减小。答案是 B。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 2： 直流电动机在电动汽车中的调速方式主要有（ ）。 A. 改变电枢电压和改变励磁电流 B. 改变电枢电阻和改变励磁电流 C. 改变电枢电压和改变电枢电阻 D. 改变电枢电阻和改变电源频率 解析：直流电动机在电动汽车中的调速方式主要有改变电枢电压和改变励磁电流。答案是 A。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 3： 直流电动机的优点之一是（ ）。 A. 调速性能好 B. 结构复杂 C. 效率低 D. 体积大 解析：直流电动机的优点包括调速性能好、起动转矩大等。答案是 A。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 4： 直流电动机的缺点是（ ）。 A. 调速范围小 B. 维护成本高 C. 起动转矩小 D. 效率高 解析：直流电动机需要换向器等部件，维护成本高，且存在换向火花等问题。答案是 B。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 5： 下列哪种车辆通常使用直流电动机作为驱动电机？（ ） A. 高速动车组 B. 纯电动汽车 C. 混合动力汽车 D. 燃油汽车 解析：纯电动汽车通常使用直流电动机或交流电动机作为驱动电机。答案是 B。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 6： 直流电动机在电动汽车中的主要应用领域是（ ）。 A. 高速行驶 B. 低速大转矩场合 C. 长距离行驶 D. 频繁启停场合 解析：直流电动机具有较大的起动转矩，适合低速大转矩场合。答案是 B。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 7： 直流电动机控制系统中，用于调节电枢电压的装置是（ ）。 A. 变压器 B. 整流器 C. 逆变器 D. 调速器 解析：调速器可以调节直流电动机的电枢电压，实现调速。答案是 D。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 8： 直流电动机控制系统中，实现换向功能的装置是（ ）。 A. 换向器 B. 接触器 C. 继电器 D. 逆变器 解析：在直流电动机控制系统中，换向器实现换向功能。答案是 A。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 9： 简述直流电动机的基本工作原理。 解析：直流电动机是利用通电导体在磁场中受力的原理工作的。当直流电流通过电枢绕组时，在定子磁场的作用下，产生电磁转矩，使电枢转动。在转动过程中，通过换向器不断改变电枢绕组中的电流方向，使电磁转矩始终保持同一方向，从而使电动机持续旋转。 尝试解答下面习题 小试牛刀 题目 10： 简述直流电动机的控制系统主要包括哪些部分？ 解析：直流电动机的控制系统主要包括以下部分： 电源部分：为电机提供直流电源。 调速装置：如调速器等，通过改变电枢电压或励磁电流来调节电机转速。 控制器：是控制系统的核心，负责接收各种信号，如车速、转矩等，并根据预设的控制策略发出控制指令，控制电机的运行。 传感器：用于检测电机的运行参数，如转速、电流、温度等，反馈给控制器，以实现精确控制。 今天我们深入学习了直流电机驱动系统。首先，我们了解了直流电动机的分类，包括他励、并励、串励和复励直流电动机，明确了不同类型的特点和应用场景。接着，学习了直流电动机的基本工作原理，即通电导体在磁场中受力转动，以及换向器在保持转矩方向一致中的关键作用。我们还详细认识了直流电动机的结构，定子部分如主磁极、机座等产生磁场，转子部分的电枢铁芯、电枢绕组和换向器协同工作实现转动。对于电动汽车用直流电动机，我们探讨了其驱动特性、特点和应用。知道了其转速随转矩的变化关系，以及具有起动转矩大、调速性能好等优点和维护成本高、体积重量大等缺点，在电动汽车中主要应用于低速大转矩场合。最后，我们学习了直流电动机的控制系统，包括电源、调速装置、控制器和传感器等部分的功能和协同工作方式。 课堂小结 03 简述直流电动机的基本工作原理。 请说出电动汽车用直流电动机的三个特点。 直流电动机的控制系统主要包括哪些部分？ 作业布置 04 感谢观看 $$