新能源汽車驅動電機系統檢測與維修全套可編輯PPT課件緒論模塊一驅動電機系統的認知模塊二驅動電機的檢測與維修模塊三驅動電機控制器的檢測與維修目錄CONTENTS模塊四冷卻系統的檢測與維修緒論緒論新能源汽車，尤其是電動汽車的核心部分是“三電”系統——驅動電機系統、動力蓄電池系統和整車電控系統，如圖0-1所示，“三電”系統基本組成如圖0-2所示。一、新能源汽車“三電”系統緒論1.驅動電機系統驅動電機系統作為電動汽車三大系統之一，是車輛行駛的主要執行機構，其特性決定了車輛的主要性能指標，直接影響車輛的動力性、經濟性和舒適性。國家標準《電動汽車用驅動電機系統第1部分：技術條件》（GB/T18488.1—2015）中規定：驅動電機系統（drivemotorsystem）是指驅動電機、驅動電機控制器及它們工作必需的輔助裝置的組合。電動汽車主流的電機類型主要有永磁同步電機和交流異步電機等。目前，電動汽車常用的電機額定功率基本可以滿足整車的驅動需求，很多電動汽車都具備制動能量回收功能。緒論2.動力蓄電池系統動力蓄電池作為電動汽車的能量源，是電動汽車的核心部件之一。動力蓄電池的性能直接影響電動汽車的行駛里程。作為“三電”系統中最貴的核心器件，動力蓄電池常用的類型是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。動力蓄電池內部除了有不同模組的電芯，還有溫度采集傳感器、單體電芯電壓采集傳感器、電流傳感器、主正總線接觸器、主負總線接觸器、維修開關、母排、連接器、電池管理系統（batterymanagementsystem，簡稱BMS）等。其中，BMS作為動力蓄電池的大腦，主要檢測動力蓄電池內單體電芯的電壓、溫度、電流等相關參數，與整車控制系統進行數據交換，同時還能對動力蓄電池的充放電進行管理。緒論3.整車電控系統整車電控系統的作用是對整車的所有動作進行檢測和指揮，類似于人類的大腦。整車電控系統由整車控制器（VCU）及各子系統組成，整車控制器能夠完成檢測整車子系統控制單元的自檢狀態、能量分配、采集制動踏板和加速踏板信號、控制繼電器開關、整車故障檢測、整車上下電控制、故障處理等工作。整車控制器的處理速度一般比較快，能夠快速、準確地接收和發送各種指令，控制車輛各種運行狀態。緒論1.驅動電機系統的組成驅動電機系統主要由驅動電機、驅動電機控制器及冷卻裝置等組成，如圖0-3所示。二、新能源汽車驅動電機系統緒論（1）驅動電機驅動電機（divemotor）是將電能轉換成機械能，為車輛行駛提供驅動力的電氣裝置，該裝置也可具備將機械能轉換成電能的功能。（2）驅動電機控制器驅動電機控制器（divemotorcontroller）是控制動力蓄電池與驅動電機之間能量傳遞的裝置，由控制信號接口電路、驅動電機控制電路和驅動電路組成。（3）冷卻裝置冷卻裝置（coolingequipment）是用于冷卻驅動電機及驅動電機控制器的裝置。緒論2.驅動電機系統的發展現狀（1）國外發展狀況驅動電機中，有刷直流電機、同步電機、感應電機與有刷磁鐵電機商品化歷史最長，產品更新換代不斷，迄今還在應用。近年來美國、歐洲開發的電動客車多采用交流感應電機。其主要優點是價格較低，性能可靠；缺點是啟動轉矩小。為了降低車重，電機殼體大多采用鑄鋁材料，電機恒功率范圍較寬，最高轉速可達基速的2～2.5倍。日本近年來在批量生產的電動汽車車型上以采用永磁同步電機為主流。該種電機恒功率范圍很寬，最高轉速可達基速的5倍。緒論（2）國內發展狀況新能源汽車的快速發展給驅動電機帶來了巨大的發展機遇，電機技術的發展成為行業關注的熱點。我國電動汽車驅動電機系統的發展主要有以下幾個方面的特點：1）在交流異步驅動電機系統方面，形成了小批量生產開發、制造、試驗及服務體系，產品性能基本能滿足整車需求，大功率交流異步電機已廣泛應用于各類電動客車。2）在開關磁阻驅動電機系統方面，已形成優化設計和自主研發能力，通過合理設計電機結構、改進控制技術，產品性能基本滿足整車需求。緒論3）在無刷直流驅動電機系統方面，部分企業合理設計及改進控制技術，有效提高了無刷直流驅動電機產品性能，基本滿足電動汽車需求。4）在永磁同步驅動電機系統方面，已開發了可應用于各類電動汽車的不同系列產品，基本具備永磁同步電機集成化設計能力，但總體水平與國外仍有一定差距。5）在永磁電機材料和技術上，部分公司掌握了電機轉子磁體先裝配后充磁的整體充磁技術，但技術水平仍與德國和日本有較大差距。國內釹鐵硼磁材料產量很高，占全球供應量的85%，但高性能產品占比則較低。6）在驅動電機控制器關鍵部件方面，部分公司已具備旋轉變壓器研發和生產能力，但產品精度、可靠性與國外仍有差距。緒論3.驅動電機系統的發展趨勢（1）驅動電機系統永磁化永磁電機具有效率高、比功率較大、功率因數高、可靠性高和便于維護的優點，且采用矢量控制的變頻調速系統可使永磁電機具有寬廣的調速范圍。因此，電機的永磁化成為電機驅動技術的重要發展方向之一。（2）驅動電機系統數字化驅動電機系統數字化包括驅動控制的數字化、驅動到數控系統接口的數字化和測量單元的數字化。未來電機驅動技術發展的必然趨勢之一就是數字化，隨著計算機技術的發展，高速、高集成度、低成本的微機專用芯片等問世并商品化，全數字控制系統將成為可能。緒論（3）驅動電機系統集成化將原來獨立的驅動電機、減速器和一些電控系統進行集成，可以使整個電驅總成線纜的長度大大縮短、體積更小、質量更小、效率更高、成本更低、便于車輛布局，同時還可解決不同工藝電路間組合和高電壓隔離等問題，但由于仍存在一些較高難度技術問題，未來驅動電機系統集成化還需要解決很多難題，且需進一步降低成本，提高系統可靠性。圖0-4所示為比亞迪電動汽車電驅動系統三合一（驅動電機控制器、驅動電機及減速器）示意圖，圖0-5所示為特斯拉ModelS電驅動總成三合一示意圖。緒論緒論本課程內容主要從汽車驅動電機系統基礎知識、驅動電機的檢測與維修、驅動電機控制器的檢測與維修、冷卻系統的檢測與維修四個方面進行展開。通過本課程的學習，你將能夠熟練掌握驅動電機系統相關基礎知識，能夠規范檢修驅動電機、驅動電機控制器、冷卻系統等常見的故障。三、本課程的任務和內容思考與練習1.電動汽車“三電”系統包括什么？各部分的作用是什么？2.新能源汽車驅動電機系統包括什么？各部分的作用是什么？01驅動電機系統的認知Backgroundoftheproject課題一驅動電機系統的認知課題一驅動電機的認知技能實訓1驅動電機的認知課題二驅動電機控制器及冷卻系統的認知技能實訓2驅動電機控制器的認知技能實訓3冷卻系統的認知驅動電機系統的認知課題一課題一驅動電機的認知驅動電機可以按照不同分類方式進行分類，其主要分類如下。1.按工作電源分類根據工作電源不同，驅動電機可分為直流電機和交流電機。其中，直流電機又分為繞組勵磁式（串勵式、并勵式、復勵式）直流電機和永磁式直流電機，交流電機又分為單相電機和三相電機。一、驅動電機分類課題一驅動電機的認知2.按結構及工作原理分類按結構及工作原理，驅動電機可分為直流電機、交流異步電機、同步電機、開關磁阻電機、輪轂電機。（1）直流電機直流電機分為無刷直流電機和有刷直流電機。圖1-1-2所示為直流有刷換向電機剖面圖。課題一驅動電機的認知課題一驅動電機的認知（2）交流異步電機交流異步電機分為交流感應電機和交流換向器電機。（3）同步電機同步電機分為永磁同步電機、磁阻同步電機和磁滯同步電機。圖1-1-3所示為永磁同步電機結構圖。課題一驅動電機的認知（4）開關磁阻電機開關磁阻電機（switchedreluctanceelectricalmachine，簡稱SRM）是一種新型驅動電機，其基本結構如圖1-1-4所示。其轉子為凸極轉子，如圖1-1-5所示。課題一驅動電機的認知（5）輪轂電機輪轂電機又稱車輪內裝電機，是將動力、傳動和制動裝置整合到輪轂內的一種電機。圖1-1-6所示為輪轂電機結構示意圖。根據其轉子形式，主要分內轉子式和外轉子式。內轉子式采用高速內轉子電機，配備固定傳動比的減速器。外轉子式采用低速外傳子電機，無減速裝置，車輪轉速與電機相同。課題一驅動電機的認知3.按轉子結構分類驅動電機按轉子結構分為籠型感應電機和繞線轉子感應電機。4.按轉速分類驅動電機按轉速分為高速電機、低速電機、恒速電機、調速電機。低速電機又分為齒輪減速電機、電磁減速電機、力矩電機和爪極同步電機等。課題一驅動電機的認知常見的各類驅動電機在典型車型上的應用見表1-1-1。二、各類驅動電機的應用課題一驅動電機的認知課題一驅動電機的認知1.直流電機的特點直流電機分為有刷直流電機和無刷直流電機，有刷直流電機因維護不方便等缺點逐漸被無刷直流電機所取代，無刷直流電機的優缺點如下：三、驅動電機特點課題一驅動電機的認知（1）優點1）結構簡單、質量輕、體積小，具有有刷直流電機的優點，同時又取消了碳刷、滑環結構。2）可以低速大功率運行，可以省去減速器直接驅動大的負載。3）轉矩特性優異，中、低速轉矩性能好，啟動轉矩大，啟動電流小、續航里程長。4）無級調速，調速范圍廣，過載能力強。5）效率高，電機本身沒有勵磁損耗和碳刷損耗，消除了多級減速損耗。6）耐顛簸，噪聲低，振動小，運轉平滑，壽命長。課題一驅動電機的認知（2）缺點1）運轉時存在的轉矩脈動較大、鐵芯附加損耗大等問題，限制了它在高精度、高性能要求的驅動場合的應用，尤其是在低速直接驅動場合的應用，因此僅適用于一般的精度及性能要求的場合。2）轉速范圍不夠寬，最高轉速僅6000r/min左右，難以滿足電動汽車工況需求。課題一驅動電機的認知2.交流感應電機的特點交流感應電機（ACinductionelectricalmachine）依靠交流電源運行，定子及轉子為獨立繞組，雙方通過電磁感應來傳遞力矩，其轉子以低于/高于氣隙旋轉磁場轉速旋轉。其主要優缺點如下：課題一驅動電機的認知（1）優點1）具備變頻調速的能力。交流感應電機可通過自身正反轉切換解決倒車問題。2）更易實現能量回收。在車輛滑行或制動工況下，車輪反拖驅動電機轉動，電動機發電并將電能回收儲存至動力蓄電池中，從而給動力蓄電池充電，增加車輛的續航里程。3）轉速范圍廣。交流感應電機的峰值轉速可高達20000r/min左右，能夠在不匹配二級減速器情況下滿足車輛高速巡航的轉速需求。4）抗高溫性能強。5）運行可靠性較好。6）成本較低、維修方便等。課題一驅動電機的認知（2）缺點1）耗電量較大，轉子容易發熱，高速運轉時需要保證對交流感應電機的冷卻，否則會損壞電機。2）交流感應電機由于是單邊勵磁，產生單位轉矩需要很大的電流，而且定子中有無功勵磁電流，因此能耗較大，功率因數滯后。3）調速控制復雜，且調速性也較差。4）結構復雜，技術要求高，驅動電機控制器制造成本高。課題一驅動電機的認知3.永磁同步電機的特點永磁同步電機是在轉子中加入永磁體來強化轉子性能，并與定子在轉速同步旋轉的形態下形成電流。其主要優缺點如下：（1）優點1）轉換效率和穩定性比交流感應電機高，能夠為電池組提供更高的續航能力，這也是很多廠商選用永磁同步電機的原因之一。2）相對直流電機，永磁同步電機噪聲及控制精度環節更優。3）質量小、體積小、布置更為靈活，對整車質量減少也有所貢獻。課題一驅動電機的認知（2）缺點1）成本高。永磁同步電機使用的稀土永磁材料成本較高。2）不可逆退磁。如果設計或使用不當，永磁同步電機（釹鐵硼永磁材料）在過高溫度時，或在劇烈機械震動時有可能產生不可逆退磁（又稱失磁），使電機性能下降。課題一驅動電機的認知4.開關磁阻電機的特點開關磁阻電機采用定轉子凸極且極數相接近的大步距磁阻式步進電機的結構，利用轉子位置傳感器通過電子功率開關控制各相繞組導通使之運行。電機轉子無繞組，無明顯熱量產生。其主要優缺點如下：（1）優點1）凸極轉子轉動慣量低，可控參數多，易調速，調速系統運行性能好。2）啟動電流小，啟動轉矩大，當電流達到額定電流的15%時電動機即可實現100%的啟動轉矩。3）結構簡單，質量小，成本較低，可靠性高，功率密度高。4）體積小，整車設計更靈活，車內空間更大。5）高效率低損耗。6）開發潛力大。課題一驅動電機的認知（2）缺點1）技術尚不成熟。該驅動電機調速系統是繼變頻調速系統、無刷直流電動機調速系統之后發展起來的最新一代無級調速系統，技術還在不斷探索和開發中。2）相對其他類型電機，該電機的控制復雜一些，位置檢測器是開關磁阻電機的關鍵器件，其性能對開關磁阻電機的控制操作有重要影響。3）由于開關磁阻電機為雙凸極結構，實際運轉過程中，轉矩波動大，且電機本身噪聲和振動嚴重。4）成本高。課題一驅動電機的認知5.輪轂電機的特點輪轂電機發展較早，早在1900年，保時捷公司就制造出了前輪裝備輪轂電機的電動汽車。該項技術沉寂多年后，近年來，在新能源汽車上重新應用起來。目前，國內自主品牌汽車廠商開始研發此項技術并應用到實車，如比亞迪純電動客車K9采用輪邊驅動電機總成，單個輪轂電機最大功率90kW，最大扭矩500N·m。其主要優缺點如下：（1）優點傳動部件少，車輛結構簡單、傳動效率高，減少不必要的能量損耗，可實現多種復雜的驅動方式，便于采用多種新能源車技術等。（2）缺點增大簧下質量和輪轂的轉動慣量，電制動性能有限，密封要求較高，設計需考慮散熱。課題一驅動電機的認知6.各驅動電機性能比較直流電機、交流感應電機、永磁同步電機和開關磁阻電機的性能特點比較見表1-1-2。課題一驅動電機的認知1.電動汽車對驅動電機的要求電動汽車驅動電機需具備頻繁起動/停車、加速/減速、低速或爬坡時高轉矩，高速行駛時低轉矩，變速范圍大等特點。因此，電動汽車驅動電機在負載、性能和工作環境等條件要求較高，主要體現在以下幾個方面：四、驅動電機性能要求課題一驅動電機的認知（1）低速大轉矩。由于啟動轉矩大，為達到電動汽車短時加速或爬坡要求，驅動電機需具有良好的啟動和加速性能。（2）驅動電機需可控性高、穩態精度高、動態性能好。（3）恒功率區要寬。為滿足汽車高速行駛和高速超車的動力要求，電動汽車電機驅動系統要求恒功率區是恒扭矩區的3～10倍。恒功率曲線圖如圖1-1-7所示。課題一驅動電機的認知（4）電動汽車驅動電機要求調速范圍大、低速時應具備大轉矩，高速時應具備高功率性能。（5）驅動電機要具有高效率。（6）驅動電機要具有高功率密度，為滿足整車空間和高效節能，電機功率密度要大于1kW/kg。（7）驅動電機的可靠性能要好。驅動電機工作環境惡劣，常處于高溫、惡劣天氣及頻繁震動等環境下，要求電機可靠性能好。（8）驅動電機應能夠在汽車減速時實現再生制動，將能量回收并反饋回動力蓄電池，并使電動汽車具有最佳能量的利用率。課題一驅動電機的認知2.混合動力電動汽車對驅動電機的要求（1）采用大功率電機驅動，具有電阻小、效率高、比能耗低、動力性能好等優點。（2）電機應具有較大范圍內調速性能，能根據駕駛員對加速踏板和制動踏板的控制，由中央控制器控制電機與發動機之間動力的協調來獲得所需要起動、加速、行駛、減速、制動等所需功率與轉矩。（3）混合動力汽車應具有最優能量利用，要求電機高效率、低損耗，并在車輛減速時實現能量回收并反饋給動力蓄電池。（4）電機、控制裝置、冷卻系統的質量等應盡可能小，因此，大功率的高速電機具有高性能、質量小、運轉時噪聲低等優點，被廣泛應用于混合動力汽車上。（5）各種電機電壓可達120～500V，電氣系統和控制系統的安全性都必須符合車輛安全性能的相關國家標準和規定。除此之外，還要求電機耐溫和耐潮性能強，能夠在較惡劣的環境下長期工作，結構簡單，適合批量生產，運行噪聲低，維修方便，價格低等。課題一驅動電機的認知《電動汽車用驅動電機系統第1部分：技術條件》（GB/T18488.1—2015）對驅動電機銘牌和型號命名作了以下規定：1.電機銘牌信息電機銘牌宜包括如下信息：（1）制造廠名；（2）型號、編號、名稱；（3）主要參數：額定電壓、持續轉矩、持續功率、相數、工作制、峰值轉矩、最高工作轉速、絕緣等級、防護等級。五、驅動電機銘牌型號課題一驅動電機的認知2.型號命名（1）驅動電機型號組成驅動電機型號由驅動電機類型代號、尺寸規格代號、信號反饋元件代號、冷卻方式代號、預留代號五部分組成。例如：課題一驅動電機的認知各類型驅動電機代號及釋義見表1-1-3。思考與練習1.查閱資料，想一想，北汽EV160車型搭載的是哪一類型驅動電機？2.混合動力電動汽車對電機的基本要求有哪些？3.某驅動電機型號為TF115XS420，該型號驅動電機屬于哪種冷卻方式？驅動電機的認知技能實訓1技能實訓1驅動電機的認知1.了解驅動電機的分類和特點。2.能夠認知各型號驅動電機。一、實訓目的技能實訓1驅動電機的認知實訓工作臺、直流電機模型、交流感應電機模型、永磁同步電機模型、開關磁阻電機模型、輪轂電機模型等。二、實訓器材技能實訓1驅動電機的認知1.小組分工三、實訓內容技能實訓1驅動電機的認知2.認知驅動電機特點查閱相關資料，各組員對各類型驅動電機進行識別，完成下表內容的填寫，并由本組解說員對驅動電機特點進行簡要解說。技能實訓1驅動電機的認知3.識讀驅動電機銘牌信息識讀下圖中驅動電機銘牌信息，并由小組解說員對該電機型號（TZ220XS420）含義進行講解。技能實訓1驅動電機的認知1.完工檢查質檢員對小組任務完成后的實訓現場恢復情況進行檢查。2.教師質量檢查實訓指導教師根據任務實施過程情況，針對實訓過程中出現的問題提出改進措施及建議。四、質量檢查技能實訓1驅動電機的認知1.組間互評各學習小組通過對其他小組任務實施過程進行互評、對比，并記錄評價結果。五、評價反饋技能實訓1驅動電機的認知2.自我評價小組成員根據自己在課堂中的實際表現進行反思，并在下表中對自己進行客觀、如實評價。技能實訓1驅動電機的認知3.教師綜合考核教師對各小組技能實訓情況進行綜合考核，并完成以下綜合考核表。驅動電機控制器及冷卻系統的認知課題二課題二驅動電機控制器及冷卻系統的認知一、驅動電機控制器認知1.驅動電機控制器的作用驅動電機控制器（drivemotorcontroller），又稱電機控制單元（motorcontrolunit，簡稱MCU），是控制動力電源與驅動電機之間能量傳輸的裝置，是驅動電機系統的核心控制裝置。驅動電機控制器響應整車控制器單元（vehiclecontrolunit，簡稱VCU）根據駕駛員意圖發出的各種指令，并對信息進行反饋，實時調整驅動電機輸出，以實現整車的前行、倒車、停車、能量回收以及駐坡等功能。驅動電機控制器另一個重要功能是通信和保護，實時進行狀態和故障檢測，保護驅動電機系統和整車安全可靠運行。課題二驅動電機控制器及冷卻系統的認知2.驅動電機控制器的組成驅動電機控制器作為整車驅動系統的重要組成部分，主要由功率變換模塊、IGBT驅動板、控制模塊（控制板）、電容、散熱水道、接口電路等組件組成。北汽EX360車型電機驅動系統集成了MCU、DC-DC、OBC（車載充電機）、PTC（車載加熱器）等功能，該功率集成單元稱為PEU，圖1-2-1所示為北汽EX360車型PEU外觀，圖1-2-2所示為PEU內部的MCU位置。課題二驅動電機控制器及冷卻系統的認知北汽EV200車型的MCU為獨立部件，并未和其他高壓系統部件集成在一起。其MCU外觀如圖1-2-3所示，驅動電機控制器基本結構由上下兩層部件組成，其中上層主要部件如圖1-2-4所示，下層主要部件如圖1-2-5所示。課題二驅動電機控制器及冷卻系統的認知以下對主要模塊部件進行簡要介紹。（1）功率變換模塊功率變換模塊通過絕緣柵雙極型晶體管（insulatedgatebipolartransistor，簡稱IGBT）等功率器件實現直流轉交流的逆變功能。IGBT是由雙極性晶體管（bipolarjunctiontransistor，簡稱BJT）和絕緣柵型場效應管（metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor，簡稱MOSFET）組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件，MOSFET因柵極為金屬鋁，又稱為金屬氧化物半導體場效應管。一般所說的IGBT也指IGBT模塊，IGBT模塊是由IGBT（絕緣柵雙極型晶體管芯片）與FWD（續流二極管芯片）通過特定的電路橋接封裝而成的模塊化半導體產品。封裝后的IGBT模塊直接應用于變頻器等設備。IGBT模塊封裝實物如圖1-2-6所示。課題二驅動電機控制器及冷卻系統的認知課題二驅動電機控制器及冷卻系統的認知IGBT是一種大功率的電力電子器件，主要用于變頻器逆變和其他逆變電路，能夠將直流電壓逆變成頻率可調的交流電，俗稱電力電子裝置的CPU。IGBT并沒有放大電壓的功能，可以理解為一個“非通即斷”的開關，導通時可以看作導線，斷開時看作開路。作為能源變換與傳輸的核心器件，IGBT的性能直接影響電動汽車功率的釋放速度，它控制著直、交流電的轉換，同時對交流電機進行變頻控制，控制車輛驅動系統的扭矩（直接影響汽車加速能力）、最大輸出功率（直接影響汽車最高時速）。IGBT模塊作為功率變換模塊的核心器件，其成本約占整個控制器成本的40%。課題二驅動電機控制器及冷卻系統的認知（2）IGBT驅動板IGBT驅動板主要有驅動芯片、驅動外圍電源、驅動外圍電路組成，在重點保護IGBT模塊、充分發揮IGBT的性能、提高系統可靠性等方面發揮著重要作用。（3）控制模塊（控制板）控制模塊可與整車控制器進行通信，檢測直流母線電流，控制IGBT模塊并反饋IGBT模塊溫度，檢測高壓線束連接情況，分析旋變信號等。（4）電容（薄膜電容）驅動電機控制器內部的電容接通高壓電路時給電容充電，在電機啟動時保持電壓的穩定，同時在能量回饋時起到緩沖作用，從而保護動力蓄電池。課題二驅動電機控制器及冷卻系統的認知3.驅動電機控制器銘牌型號《電動汽車用驅動電機系統第1部分：技術條件》（GB/T18488.1—2015）對驅動電機控制器銘牌和型號作了以下規定：（1）驅動電機控制器銘牌信息驅動電機控制器銘牌宜包括如下信息：1）制造廠名；2）型號、編號、名稱；3）主要參數：工作制、相數、持續工作電流、短時工作電流、防護等級等。課題二驅動電機控制器及冷卻系統的認知（2）驅動電機控制器型號命名驅動電機控制器型號由驅動電機控制器類型代號、工作電壓規格代號、信號反饋元件代號、工作電流規格代號、冷卻方式代號、預留代號六部分組成。例如：課題二驅動電機控制器及冷卻系統的認知各類型驅動電機控制器代號及釋義見表1-2-1。課題二驅動電機控制器及冷卻系統的認知一、簡介1.冷卻系統的作用電動汽車驅動電機和驅動電機控制器在工作過程中會產生熱，為盡快將產生的熱釋放出去，需要對驅動電機和驅動電機控制器進行強制冷卻，一般采用的冷卻方式為水冷，冷卻媒介為冷卻液，即在驅動電機和驅動電機控制器中設置冷卻水道，通過電動水泵加壓驅動冷卻液在冷卻水道內循環進行散熱，達到冷卻驅動電機系統的目的。課題二驅動電機控制器及冷卻系統的認知2.冷卻系統的組成電動汽車冷卻系統的結構主要由電動水泵、水管、散熱器、膨脹水箱、風扇等組成，如圖1-2-7所示。思考與練習1.驅動電機控制器的作用是什么？2.實車查找驅動電機控制器主要組成部件，并對各部件作用進行簡要說明。驅動電機控制器的認知技能實訓21.掌握驅動電機控制器的組成。2.能夠認知各型號驅動電機控制器。一、實訓目的技能實訓2驅動電機控制器的認知實訓工作臺、驅動電機控制器、維修工具等。二、實訓器材技能實訓2驅動電機控制器的認知1.小組分工三、實訓內容技能實訓2驅動電機控制器的認知2.認知驅動電機控制器組成查閱相關資料，各組員對驅動電機控制器組成部件進行實物認知，完成下表內容的填寫，并由本組解說員對驅動電機控制器內部的主要部件功能進行簡要解說。技能實訓2驅動電機控制器的認知3.識讀驅動電機控制器銘牌信息識讀本次實訓提供的驅動電機控制器的銘牌信息，并由小組解說員對該電機控制器型號含義進行講解。技能實訓2驅動電機控制器的認知1.完工檢查質檢員對小組任務完成后的實訓現場恢復情況進行檢查。2.教師質量檢查實訓指導教師根據學生任務實施過程情況，針對實訓過程中出現的問題提出改進措施及建議。四、質量檢查技能實訓2驅動電機控制器的認知1.組間互評各學習小組通過對其他小組任務實施過程進行互評、對比，并記錄評價結果。五、評價反饋技能實訓2驅動電機控制器的認知2.自我評價小組成員根據自己在課堂中的實際表現進行反思，并在下表中對自己進行客觀、如實評價。技能實訓2驅動電機控制器的認知3.教師綜合考核教師對各小組技能實訓情況進行綜合考核，并完成以下綜合考核表。技能實訓2驅動電機控制器的認知冷卻系統的認知技能實訓31.掌握電動汽車冷卻系統的作用。2.能夠認知電動汽車冷卻系統結構組成。一、實訓目的技能實訓3冷卻系統的認知實訓工作臺、電動汽車、維修工具等。二、實訓器材技能實訓3冷卻系統的認知1.小組分工三、實訓內容技能實訓3冷卻系統的認知2.認知電動汽車冷卻系統組成查閱相關資料，各組員對電動汽車冷卻系統結構組成進行實車認知，完成下表內容的填寫，并由本組解說員對冷卻系統的主要部件功能進行簡要解說。技能實訓3冷卻系統的認知1.完工檢查質檢員對小組任務完成后的實訓現場恢復情況進行檢查。2.教師質量檢查實訓指導教師根據學生任務實施過程情況，針對實訓過程中出現的問題提出改進措施及建議。四、質量檢查技能實訓3冷卻系統的認知1.組間互評各學習小組通過對其他小組任務實施過程進行互評、對比，并記錄評價結果。五、評價反饋技能實訓3冷卻系統的認知2.自我評價小組成員根據自己在課堂中的實際表現進行反思，并在下表中對自己進行客觀、如實評價。技能實訓3冷卻系統的認知3.教師綜合考核教師對各小組技能實訓情況進行綜合考核，并完成以下綜合考核表。技能實訓3冷卻系統的認知世賽知識世界技能大賽及其辦賽理念世界技能大賽（WorldSkillsCompetition，WSC）是迄今全球層級最高、規模最大、影響力最廣的職業技能競賽，被譽為“世界技能奧林匹克”，其競技水平代表了職業技能發展的世界先進水平，是世界技能組織成員展示和交流職業技能的重要平臺。世界技能大賽由世界技能組織（WorldSkillsInternational，WSI）舉辦，每兩年一屆，截至2020年已成功舉辦45屆。世界技能組織是世界技能大賽的組織機構，其前身是“國際職業技能訓練組織”。20世紀50年代，西班牙、葡萄牙兩國共同發起創立了“國際職業技能訓練組織”，目的是感召青年人重視職業技能，引導社會和雇主重視職業技能培訓。世界技能組織的宗旨是提升公眾對技能人才的認可，展示技能在實現經濟發展和個人成功中的重要性。自1971年起，世界技能組織每兩年舉辦一屆世界技能大賽。世界技能大賽是青年人展示技能的舞臺，旨在促進青年技能勞動者職業能力的提升，促進世界各個國家和地區在職業技能領域的合作與交流，促進職業技能的推廣。競技不是目的，相互交流和提高才是根本。世賽知識世界技能大賽的辦賽理念具體包括：●推廣職業教育、技工教育和職業培訓（TechnicalandVocationalEducationandTraining，TVET）。●促進職業教育、技工教育和職業培訓信息交流。●促進成員國家和地區之間年輕技術人員及培訓人員的經驗交流與合作。●提高社會對技術人才及職業教育、技工教育和職業培訓的重視。世界技能大賽秉承開放辦賽、客觀公正的宗旨。為了推廣職業技能，世界技能大賽舉辦期間，除了正式的技能競賽外，還會舉行豐富多彩的活動，如“一校一隊”、技能展示、技能互動、高層論壇、研討會等。在“一校一隊”活動中，每個代表團都會走進當地的一所中小學開展交流活動，借此機會搭建起一個文化交流的平臺，使當地學生能夠近距離了解世界各個國家和地區的職業教育，以此激勵學生們不斷進取。02驅動電機的檢測與維修Backgroundoftheproject模塊二驅動電機的檢測與維修課題一直流電機的拆裝技能實訓4直流電機的拆裝課題二交流異步電機的檢測與維修技能實訓5交流異步電機的拆裝課題三永磁同步電機的檢測與維修技能實訓6旋轉變壓器的檢測技能實訓7溫度傳感器的檢測技能實訓8驅動電機的更換直流電機的拆裝課題一課題一直流電機的拆裝一、直流電機的功能及應用1.直流電機的功能直流電機（directcurrentelectricalmachine）是指能將直流電能轉換成機械能（直流電動機）或將機械能轉換成直流電能（直流發電機）的旋轉電機。該電機實現直流電能和機械能互相轉換，當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；當它作發電機運行時是直流發電機，將機械能轉換為電能。課題一直流電機的拆裝2.直流電機的應用由于直流電機具有良好的啟動和調速性能，常應用于對啟動和調速有較高要求的場合，如大型可逆式軋鋼機、礦井卷揚機、賓館高速電梯、龍門刨床、電力機車、內燃機車、城市電車、造紙和印刷機械、船舶機械、大型精密機床和大型起重機、低速電動車、旅游觀光車等生產機械中。由于有刷直流電機自身缺點，在電動汽車中的應用已處于劣勢，目前已逐漸被淘汰，部分車型搭載的驅動電機為無刷直流電機。圖2-1-1所示為應用無刷直流電機的比亞迪E6（2017款）電動汽車。課題一直流電機的拆裝一、簡介1.直流電機的組成直流電機由定子和轉子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產生磁場，由外殼（機座）、主磁極、換向極、電刷裝置、軸承和端蓋等組成。運行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉軸、電樞鐵芯、電樞繞組、換向器和風扇等組成，直流有刷電機結構如圖2-1-2所示。課題一直流電機的拆裝課題一直流電機的拆裝（1）定子部分定子部分包括機座、主磁極、換向極和電刷裝置等，直流電機的定子內部結構如圖2-1-3所示。1）機座。機座有兩個作用：一是作為直流電機磁路系統中的一部分，二是用來固定主磁極、換向極及端蓋等，起機械支撐的作用。因此要求機座有良好的導磁性能和足夠的機械強度及剛度。機座通常用鑄鋼或厚鋼板焊接而成。課題一直流電機的拆裝2）主磁極。在大多數直流電機中，主磁極是電磁鐵，為了盡可能地減小渦流和磁滯損耗，主磁極鐵芯用1～1.2mm厚的低碳鋼板疊壓而成。整個磁極用螺釘固定在機座上。主磁極的作用是在定子和轉子之間的氣隙中建立磁場，使電樞繞組在磁場的作用下圖2-1-3直流電機的定子內部結構圖產生感應電動勢和產生電磁轉矩，電樞繞組在磁場的作用如圖2-1-4所示。課題一直流電機的拆裝3）換向極。換向極又稱附加極或間極，其作用是改善換向。換向極裝在相鄰兩主磁極之間，它也是由鐵芯和繞組構成的，如圖2-1-5所示。4）電刷裝置。電刷的作用是把轉動的電樞繞組與靜止的外電路相連接，并與換向器相配合，擔負著對電樞繞組中感應的交變電動勢進行換向（整流）的任務。電刷裝置部件組成如圖2-1-6所示。課題一直流電機的拆裝（2）轉子部分轉子又稱為電樞，包括電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、風扇、軸和軸承等，轉子結構如圖2-1-7所示。課題一直流電機的拆裝1）電樞鐵芯。電樞鐵芯是直流電機主磁路的一部分，用來嵌放電樞繞組。為了減少電樞旋轉時電樞鐵芯中磁通變化而引起的磁滯及渦流損耗，電樞鐵芯通常采用0.5mm厚的兩面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成，電樞鐵芯實物如圖2-1-8所示。2）電樞繞組。電樞繞組由許多按一定規律連接的線圈組成。它是直流電機的主要電路部分，也是通過電流和感應電動勢實現機電能量轉換的關鍵性部件。3）換向器。換向器實現外電路電流與電樞繞組中交流電之間的相互變換，其實物如圖2-1-9所示。課題一直流電機的拆裝課題一直流電機的拆裝2.直流電機的分類（1）直流電機按功用分可以分為直流電動機和直流發電機。（2）直流電機按有無電刷分可以分為有刷直流電機和無刷直流電機。圖2-1-10為有刷直流電機模型，圖2-1-11為無刷直流電機的外觀。課題一直流電機的拆裝（3）直流電機按勵磁方式可以分為他勵式、并勵式、串勵式、復勵式四種，如圖2-1-12所示。課題一直流電機的拆裝1）他勵式直流電機他勵式直流電機的接線如圖2-1-12a所示，他勵式直流電機的勵磁繞組與電樞繞組分別由各自的直流電源單獨供電，在電路上沒有直接聯系。2）并勵式直流電機并勵式直流電機的接線如圖2-1-12b所示，并勵式直流電機的勵磁繞組與電樞繞組并聯，由同一個直流電源供電。兩個繞組電壓相等，勵磁繞組匝數多，導線截面積較小，勵磁電流只占電樞電流的一小部分。3）串勵式直流電機串勵式直流電機的接線如圖2-1-12c所示，串勵式直流電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯，由同一個直流電源供電，流過勵磁繞組和電樞繞組的電流相等。勵磁繞組匝數少，導線截面積較大，勵磁繞組上的電壓降很小。4）復勵式直流電機復勵式直流電機的接線如圖2-1-12d所示，復勵式直流電機有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組并聯，另一個與電樞繞組串聯，由同一個直流電源供電。課題一直流電機的拆裝三、直流電機的工作原理圖2-1-13所示為直流電機工作原理示意圖。直流電機中固定有環狀永磁體，圖2-1-13a所示電路接通后，線圈ab段在磁場中受到向上的力，線圈cd段在磁場中受到向下的力，線圈開始轉動。當線圈轉過圖2-1-13b所示位置后，轉子末端的電刷轉為接觸另一側的轉換片，cd段受到向上的力，ab段受到向下的力，使得線圈旋轉方向保持不變，如圖2-1-13c所示。類似地，當線圈轉過圖2-1-13d所示位置后，電刷接觸的轉換片再次交換，線圈旋轉方向仍不變。可見，在換向器和電刷的配合下，直流電流交替地由導體ab和cd流入，使線圈旋轉方向保持不變，從而使電動機連續地旋轉起來，直流電能就轉換成了轉子軸上輸出的機械能。課題一直流電機的拆裝課題一直流電機的拆裝四、直流電機的拆裝1.拆裝作業準備所需主要的維修設備、工具見表2-1-1。課題一直流電機的拆裝2.直流電機拆裝作業流程直流電機拆裝作業流程可參考表2-1-2。課題一直流電機的拆裝思考與練習1.直流電動機與直流發電機的區別有哪些？2.總結直流電機拆裝作業過程中可能出現的問題。直流電機的拆裝技能實訓41.掌握直流電機總成拆裝過程的注意事項。2.能夠規范拆裝直流電機總成。一、實訓目的技能實訓4直流電機的拆裝實訓工作臺、直流電機總成、安全防護用品、傳統維修工具、絕緣維修工具等。二、實訓器材技能實訓4直流電機的拆裝1.小組分工三、實訓內容技能實訓4直流電機的拆裝2.直流電機拆裝流程查閱相關資料，各組員共同探討直流電機拆裝流程及拆裝過程中的注意事項，并由本組解說員對拆裝流程進行解說，在實訓過程中將測量數據或問題情況說明填寫在下表中。技能實訓4直流電機的拆裝1.完工檢查質檢員對小組任務完成后的作業現場恢復情況進行質量檢查。2.教師質量檢查實訓指導教師根據學生任務實施過程情況，針對實訓過程中出現的問題提出改進措施及建議。四、質量檢查技能實訓4直流電機的拆裝1.組間互評各學習小組通過對其他小組任務實施過程進行互評、對比，并記錄評價結果。五、評價反饋技能實訓4直流電機的拆裝2.自我評價小組成員根據自己在課堂中的實際表現進行反思，并在下表中對自己進行客觀、如實評價。技能實訓4直流電機的拆裝3.教師綜合考核教師對各小組技能實訓情況進行綜合考核，并完成以下綜合考核表。技能實訓4直流電機的拆裝交流異步電機的檢測與維修課題二課題二交流異步電機的檢測與維修一、交流異步電機的功能及應用1.交流異步電機的功能交流異步電機包括交流感應電機和交流換向器電機。交流感應電機是由氣隙旋轉磁場與轉子繞組感應電流相互作用產生電子轉矩，從而實現電能轉換為機械能的一種交流電動機，是各類電動機中應用最廣、需求量最大的一種。實際應用中提到的交流異步電機，通常即指交流感應電機，本課題主要針對交流感應電機進行介紹，文中所提及的交流異步電機均指交流感應電機。交流異步電機的種類很多，常按轉子結構和定子繞組相數進行分類，按轉子結構，可分為籠型異步電機和繞線轉子異步電機；按定子繞組相數，則分為單相異步電機、兩相異步電機和三相異步電機。課題二交流異步電機的檢測與維修2.交流異步電機的應用交流異步電機在電動汽車中應用廣泛，其結構簡單、運行可靠、轉速高、成本低，是電動汽車驅動系統的理想選擇，可適用于大功率、低速車輛，尤其是驅動系統功率需求較大的大型電動客車，如廣汽GZ6120EV1，金龍XMQ6126YE、申沃SWB6121EV2等。部分電動轎車也搭載交流異步電機，如特斯拉ModelX、特斯拉ModelS、榮威550Plug-in等，特斯拉ModelS搭載的交流異步電機如圖2-2-1所示。應用在電動汽車上的交流異步電機是三相交流異步電機。課題二交流異步電機的檢測與維修二、交流異步電機的結構下面主要介紹電動汽車上應用的三相交流異步電機。三相交流異步電機（也常被稱作三相異步電動機）的種類很多，但各類三相交流異步電機的基本結構是相同的，它們都由定子和轉子這兩大基本部分組成，在定子和轉子之間具有一定的氣隙，此外，還有端蓋、軸承、接線盒等其他附件，如圖2-2-2所示。課題二交流異步電機的檢測與維修1.定子定子是用來產生旋轉磁場的。三相交流異步電機的定子一般由外殼、定子鐵芯、定子繞組等組成。（1）外殼三相交流異步電機外殼包括機座、端蓋、軸承蓋、接線盒等部件。1）機座。機座由鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是保護和固定三相交流異步電機的定子繞組。中、小型三相交流異步電機的機座還有兩個端蓋支承著轉子，它是三相交流異步電機機械結構的重要組成部分。通常，機座的外表要求散熱性能好，所以一般都鑄有散熱片。2）端蓋。端蓋由鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是把轉子固定在定子內腔中心，使轉子能夠在定子中旋轉。3）軸承蓋。軸承蓋也是用鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型的，它的作用是固定轉子，使轉子不能軸向移動，另外起存放潤滑油和保護軸承的作用。4）接線盒。接線盒一般用鑄鐵澆鑄，其作用是保護和固定繞組的引出線端子。課題二交流異步電機的檢測與維修（2）定子鐵芯三相交流異步電機定子鐵芯是電機磁路的組成部分，嵌放定子繞組，由0.35～0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，如圖2-2-3所示。由于硅鋼片較薄而且片與片之間是絕緣的，所以減少了由于交變磁通通過而引起的鐵芯渦流損耗。鐵芯內圈有均勻分布的槽口，用來嵌放定子繞組。課題二交流異步電機的檢測與維修（3）定子繞組定子繞組是三相交流異步電機的電路部分，三相交流異步電機有三相繞組，通入三相對稱電流時，就會產生旋轉磁場。三相繞組由三個彼此獨立的繞組組成，且每個繞組又由若干線圈連接而成。每個繞組即為一相，每個繞組在空間上相差120°電角度。線圈由絕緣銅導線或絕緣鋁導線繞制。中、小型三相交流異步電機多采用圓漆包線，大、中型三相交流異步電機的定子繞組則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規律嵌入定子鐵芯槽內，如圖2-2-4所示。課題二交流異步電機的檢測與維修定子三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，首端分別標為U1、V1、W1，末端分別標為U2、V2、W2。這六個出線端在接線盒里的排列如圖2-2-5所示，可以接成星形或三角形。課題二交流異步電機的檢測與維修2.轉子（1）轉子鐵芯轉子鐵芯用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，套在轉軸上，是主磁路的組成部分，用于放置或澆注轉子繞組，如圖2-2-6所示。課題二交流異步電機的檢測與維修（2）轉子繞組轉子繞組的作用是產生感應電動勢、流過電流和產生電磁轉矩。轉子繞組根據結構形式分為籠型轉子繞組和繞線型轉子繞組。1）籠型轉子繞組。在轉子鐵芯的每一個槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個銅環（稱為端環）把導條連接起來，稱為銅排轉子，如圖2-2-7所示。也可用鑄鋁的方法，把轉子導條和端環風扇葉片用鋁液一次澆鑄而成，稱為鑄鋁轉子。100kW以下的小型交流異步電機一般采用鑄鋁轉子。課題二交流異步電機的檢測與維修2）繞線型轉子繞組繞線型轉子繞組如圖2-2-8所示。繞線型轉子繞組是與定子繞組相似的三相對稱繞組，一般接成星形。三個出線端分別接到三個滑環上，再通過電刷引出，如圖2-2-9所示。（3）轉軸轉軸的作用是支撐轉子鐵芯、傳遞機械功率，由低碳鋼或合金鋼制成。課題二交流異步電機的檢測與維修3.其他部分其他部分包括端蓋、風扇等。端蓋除了起防護作用外，還裝有軸承，用以支撐轉子軸。風扇則用來通風冷卻電機。三相交流異步電機的定子與轉子之間還存在氣隙，一般僅為0.2～1.5mm。氣隙太大，電機運行時的功率因數降低；氣隙太小，使裝配困難，運行不可靠，高次諧波磁場增強，從而使附加損耗增加以及使啟動性能變差。課題二交流異步電機的檢測與維修三、交流異步電機的工作原理下面以三相交流異步電機為例進行介紹。1.旋轉磁場當磁鐵旋轉時，磁鐵與閉合的導體發生相對運動，籠型導體切割磁感線而在其內部產生感應電動勢和感應電流。感應電流又使導體受到一個電磁力的作用，力f的方向可用左手定則確定，如圖2-2-10所示。電磁力作用于轉子導體上，對轉軸形成電磁轉矩，使轉子按照旋轉磁場的方向旋轉起來，轉速為n，這就是異步電動機的旋轉原理。轉子轉動的方向和磁極旋轉的方向相同。課題二交流異步電機的檢測與維修圖2-2-11所示為最簡單的三相定子繞組AX、BY、CZ，它們在空間按互差120°的規律對稱排列，并接成星形與三相電源相聯，從而通過三相對稱電流，如圖2-2-12所示。隨著電流在定子繞組中通過，在三相定子繞組中就會產生旋轉磁場。課題二交流異步電機的檢測與維修當ωt=0°時，iA=0，AX繞組中無電流；iB為負，BY繞組中的電流從Y流入B流出；iC為正，CZ繞組中的電流從C流入Z流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖2-2-13a所示。當ωt=120°時，iB=0，BY繞組中無電流；iA為正，AX繞組中的電流從A流入X流出；iC為負，CZ繞組中的電流從Z流入C流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖2-2-13b所示。當ωt=240°時，iC=0，CZ繞組中無電流；iA為負，AX繞組中的電流從X流入A流出；iB為正，BY繞組中的電流從B流入Y流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖2-2-13c所示。課題二交流異步電機的檢測與維修可見，當定子繞組中的電流變化一個周期時，合成磁場也按電流的相序方向在空間旋轉一周。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化，產生的合成磁場也不斷地旋轉，因此稱為旋轉磁場。課題二交流異步電機的檢測與維修2.轉動原理當交流異步電機的三相定子繞組通入三相交流電后，將產生一個旋轉磁場，該旋轉磁場切割轉子繞組，形成了旋轉磁場。定子旋轉磁場以速度n0切割轉子導體產生感應電動勢（方向依右手定則判定），在轉子導體中形成電流，使導體受電磁力作用形成電磁轉矩，推動轉子以轉速n順時針方向旋轉（方向依左手定則判定），并從軸上輸出一定大小的機械功率。根據右手定則，在上半部轉子導體的電動勢和電流方向由里向外，在下半部則由外向里，如圖2-2-14所示。課題二交流異步電機的檢測與維修旋轉磁場的方向是由三相繞組中電流相序決定的，若想改變旋轉磁場的方向，只要改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線中的任意兩根對調即可。這時，轉子的旋轉方向也跟著改變。三相交流異步電機的轉子轉速n始終不會加速到旋轉磁場的轉速n0。因為只有這樣，轉子繞組與旋轉磁場之間才會有相對運動而切割磁感線，轉子繞組導體中才能產生感應電動勢和電流，從而產生電磁轉矩，使轉子按照旋轉磁場的方向繼續旋轉。由此可見n<n0是異步電機工作的必要條件，“異步”的名稱也由此而來。旋轉磁場的轉速n0和電機轉子轉速n之差與旋轉磁場的轉速之比稱為轉差率S。課題二交流異步電機的檢測與維修三相交流異步電機的極數就是旋轉磁場的極數。旋轉磁場的極數和三相繞組的安排有關。當每相繞組只有一個線圈，繞組的始端之間相差120°時，產生的旋轉磁場具有一對磁極，即p=1，圖2-2-15所示為一對磁極示意圖。課題二交流異步電機的檢測與維修當每相繞組為兩個線圈串聯，繞組的始端之間相差60°時，產生的旋轉磁場具有兩對磁極，即p=2。圖2-2-16所示為兩對磁極示意圖。課題二交流異步電機的檢測與維修同理，如果要產生三磁對極（即p=3）的旋轉磁場，則每相繞組必須有均勻安排在空間的串聯的三個線圈，繞組的始端之間相差40°。極數p與繞組的始端之間的角θ的關系為：三相交流異步電機旋轉磁場的轉速n0與電動機磁極對數p有關，它們的關系是：由上式可知，旋轉磁場的轉速n0取決于電流頻率f1和磁場的極數p。對某一三相交流異步電機而言，f1和p通常是一定的，所以磁場轉速n0是一個常數。課題二交流異步電機的檢測與維修3.工作特性（1）轉矩特性交流異步電機轉軸上產生的電磁轉矩是決定電機輸出機械功率大小的一個重要指標，也是電機的一個重要性能指標。它是轉矩磁場與轉子繞組中感應電流相互作用產生的。電機的電磁轉矩與轉差率之間的關系T=f（S）稱為電機的轉矩特性。交流異步電機轉矩特性曲線如圖2-2-17所示。當S較小時，T隨著S的增加而增加，近似成正比，即曲線OA段。當S較大時，T隨著S的增加而降低，近似成反比，即曲線AB段。轉矩特性曲線由上升變為下降，漸趨近于恒定值。產生電磁轉矩最值時的轉差率Sm稱為臨界轉差率。課題二交流異步電機的檢測與維修（2）工作特性交流異步電機的工作特性是指電動機在保持額度電壓和額定頻率不變的情況下，電動機的轉速n、電磁轉矩T、定子電流I、效率η和功率因數cosφ隨輸出功率P變化的特性。交流異步電機工作特性曲線如圖2-2-18所示。課題二交流異步電機的檢測與維修（3）機械特性交流異步電機的機械特性是指電機在恒定電壓和恒定頻率的情況下，轉速與轉矩之間的關系。機械特性曲線包括交流異步電機的啟動轉矩、啟動過程的最小轉矩、最大轉矩、額定轉矩、同步轉速、額定轉速等重要技術數據，以及電機轉速隨轉矩變化的情況。交流異步電機的機械特性如圖2-2-19所示。課題二交流異步電機的檢測與維修四、交流異步電機的檢測與維修1.交流異步電機的常見故障交流異步電機的故障一般可分為機械故障和電氣故障兩類。機械故障包括軸承松動變形、機座松動磨損、端蓋和鐵芯變形及斷裂等。電氣故障包括絕緣損壞、導體及回路接觸不良、定子繞組的短路斷路和接線錯誤等。課題二交流異步電機的檢測與維修下面是交流異步電機常見的故障現象及原因。（1）故障現象：電機軸承過熱故障可能原因：1）潤滑脂過多或過少；2）油質不好，含有雜質；3）軸承與軸頸或端蓋配合不當；4）電機轉軸彎曲。（2）故障現象：電機振動大故障可能原因：1）磨損軸承間隙過大；2）氣隙不均勻；3）轉子不平衡；4）轉軸彎曲；5）定子繞組故障。課題二交流異步電機的檢測與維修（3）故障現象：電機運行聲音異常故障原因：1）轉子與定子絕緣紙或槽楔相擦；2）軸承磨損或油內有砂粒等異物；3）軸承缺油；4）定轉子鐵芯相擦（掃膛）；5）電源電壓過高或不平衡；6）軸承卡住。（4）故障現象：電機過熱甚至冒煙故障原因：1）定轉子鐵芯相擦；2）環境溫度高，電機表面污垢多，或通風道堵塞；3）電機風扇故障，通風不良。課題二交流異步電機的檢測與維修2.交流異步電機總成的檢查（1）啟動前的檢查1）熟記與電機性能有關的數據，如電機額定轉速、功率、電壓、電流等；2）確認電機能滿足所需要性能要求，如轉速、啟動電流、電壓等；3）確認進入出線盒的電源線連接可靠，電機外殼處的接地線接觸良好；4）檢查電源開關、隔離開關、測量儀表、保護裝置等，是否處于正常狀態。課題二交流異步電機的檢測與維修（2）啟動后檢查1）檢查電機的旋轉方向；2）檢查電機在啟動和加速時有無異常聲音和振動；3）檢查啟動電流是否正常，電源的電壓降是否過大；4）檢查啟動時間是否正常；5）檢查啟動后的負載電流是否正常（應低于銘牌上標記的額定電流），三相電壓電流是否平衡；6）檢查啟動裝置在啟動過程中是否正常。課題二交流異步電機的檢測與維修車工坊是上汽通用汽車旗下專業汽車服務品牌。作為您身邊的養車好鄰居，車工坊的門店服務網絡覆蓋全國210座城市700余家門店，以匠人之心為車主提供以愛車檢測、快修快保、汽車美容、鈑金噴漆為核心的，全品牌全方位汽車養護服務。車工坊是上汽通用汽車旗下專業汽車服務品牌。作為您身邊的養車好鄰居，車工坊的門店服務網絡覆蓋全國210座城市700余家門店，以匠人之心為車主提供以愛車檢測、快修快保、汽車美容、鈑金噴漆為核心的，全品牌全方位汽車養護服務。課題二交流異步電機的檢測與維修（3）運行中檢查1）電機的外部緊固件是否松動，電氣聯結處是否因接觸不良而發熱變色；2）詳細觀察和記錄各指示儀表的讀數，從中發現是否有異常現象；3）運行時詳細觀察電機噪聲是否過大，是否有異常噪聲存在，電機是否振動，是否有焦味或絕緣漆的臭味等異味，電機溫度是否過高。課題二交流異步電機的檢測與維修3.交流異步電機的拆卸、檢查及裝配下面以三相交流異步電機為例介紹拆卸、檢查及裝配步驟。（1）拆卸電機拆卸電機之前，查閱并記錄被拆電機的型號、外形和主要技術參數，拆除電機與外部電氣連接的連線，做好相位標記，并在端蓋、軸、螺釘、接線樁等零件上做好標記。拆卸電機的一般步驟見表2-2-1。課題二交流異步電機的檢測與維修（2）定子的檢查三相交流異步電機定子繞組是產生旋轉磁場的部分，腐蝕性氣體的侵入、機械力和電磁力的沖擊，以及絕緣的老化、磨損、過熱、受潮等原因，都會影響電機的正常運行。另外，異步電機在運行中長期過載、過壓、欠壓、斷相等，也會引起定子繞組故障。發現定子繞組出現故障時，需更換新的定子總成。1）定子繞組接地故障的檢查方法①觀察法繞組接地故障經常發生在繞組端部或鐵芯槽口部分，而且絕緣常有破裂和燒焦發黑的痕跡。因此拆開電機后，可先在這些地方尋找接地處。②兆歐表檢查法用兆歐表檢查時，應根據被測電機的額定電壓來選擇兆歐表的等級。500V以下的低壓電機應選用500V的兆歐表。課題二交流異步電機的檢測與維修2）定子繞組短路故障的檢修定子繞組短路是異步電機中經常發生的故障。繞組短路可分為匝間短路和相間短路，其中相間短路包括相鄰線圈短路、極相繞組之間短路和兩相繞組之間的短路。主要檢查方法有：①觀察法觀察定子繞組有無燒焦或有無濃厚的焦味，可判斷繞組有無短路故障。②萬用表（兆歐表）法將三相繞組的頭尾全部拆開，用萬用表或兆歐表測量兩相繞組間的絕緣電阻，其阻值為零或很低時，即表明兩相繞組有短路。課題二交流異步電機的檢測與維修（3）裝配電機1）用壓縮空氣吹凈電機內部灰塵，檢查各零部件的完整性，清洗油污等。續表2）裝配異步電機的步驟與拆卸相反。裝配前要檢查定子內是否有污物，轉子是否轉動輕便靈活，線圈繞組阻值，銹蝕是否清除，止口有無損壞，裝配時應將各部件按標記復位，并檢查軸承蓋配合是否合適。課題二交流異步電機的檢測與維修（4）注意事項1）拆移電機后，電機底座墊片要按原位擺放固定好，以免增加鉗工對中的工作量。2）清洗電機及軸承的清洗劑不準隨便亂倒，必須倒入污油井。3）拆裝轉子時，一定要遵守要求，不得損傷繞組，拆前、裝后均應測試繞組絕緣及繞組通路。4）裝端蓋前應使用粗銅絲從軸承裝配孔中伸入鉤住內軸承蓋，以便于裝配外軸承蓋。5）拆裝時不能用手錘直接敲擊零部件，應墊銅棒、鋁棒或硬木，對稱敲。6）任務實施全程執行6S管理。思考與練習1.交流異步電機主要由哪些部件組成？2.簡述交流異步電機的異步原理。3.查詢相關資料，想一想，三相交流異步電機常見故障原因有哪些？4.簡述三相交流異步電機的拆裝步驟。交流異步電機的拆裝技能實訓51.掌握交流異步電機總成拆裝過程的注意事項。2.能夠規范拆裝交流異步電機總成。一、實訓目的技能實訓5交流異步電機的拆裝實訓工作臺、交流異步電機總成、安全防護用品、傳統維修工具等。二、實訓器材技能實訓5交流異步電機的拆裝1.小組分工三、實訓內容技能實訓5交流異步電機的拆裝2.交流異步電機拆裝流程查閱相關資料，各組員共同探討交流異步電機拆裝流程及拆裝過程中的注意事項，并由本組解說員對拆裝流程進行解說，在實訓過程中將測量數據或問題情況說明填寫在下表中。技能實訓5交流異步電機的拆裝1.完工檢查質檢員對小組任務完成后的作業現場恢復情況進行質量檢查。2.教師質量檢查實訓指導教師根據學生任務實施過程情況，針對實訓過程中出現的問題提出改進措施及建議。四、質量檢查技能實訓5交流異步電機的拆裝1.組間互評各學習小組通過對其他小組任務實施過程進行互評、對比，并記錄評價結果。五、評價反饋技能實訓5交流異步電機的拆裝2.自我評價小組成員根據自己在課堂中的實際表現進行反思，并在下表中對自己進行客觀、如實評價。技能實訓5交流異步電機的拆裝3.教師綜合考核教師對各小組技能實訓情況進行綜合考核，并完成以下綜合考核表。技能實訓5交流異步電機的拆裝永磁同步電機的檢測與維修課題三課題三永磁同步電機的檢測與維修一、永磁同步電機的功能及應用永磁同步電機（permanentmagnetsynchronouselectricalmachine，簡稱PMSM）具有高效、高控制精度、高轉矩密度、轉矩平穩性良好及低振動噪聲的特點，通過合理設計永磁磁路結構能獲得較高的弱磁性能，在電動汽車驅動方面具有很高的應用價值，受到國內外電動汽車界的高度重視，是最具競爭力的電動汽車驅動電機之一。課題三永磁同步電機的檢測與維修1.永磁同步電機的功能永磁同步電機可分為交流永磁同步電機、直流無刷永磁電機和新型永磁電機（混合式永磁電機、續流增磁永磁電機）三大類，其中前兩類應用較為廣泛。交流永磁同步電機是反電動勢波形和供電電流波形都是正弦波的交流永磁電機，又稱為正弦波永磁同步電機，采用定子磁場定向矢量控制及轉子連續位置反饋信號來控制調速或換向。課題三永磁同步電機的檢測與維修2.永磁同步電機的技術參數以下以兩款車型為例，介紹永磁同步電機的主要技術參數。（1）比亞迪e5車型驅動電機比亞迪e5車型采用交流永磁同步電機，是汽車的動力源之一，向外輸出轉矩，驅動汽車前進或后退，同時也可作為發電機發電（例如在滑行、制動過程中將動能轉化為電能存儲）。比亞迪e5車型驅動電機性能數據見表2-3-1。課題三永磁同步電機的檢測與維修（2）北汽EX360車型驅動電機北汽EX360車型驅動電機采用的是交流永磁同步電機，具有調速范圍寬、傳動效率高、噪聲小、維護費用低等優點。其性能數據見表2-3-2。課題三永磁同步電機的檢測與維修3.永磁同步電機應用目前，我國的新能源汽車多采用永磁同步電機，如東風、奇瑞、長安、一汽和上汽等汽車公司生產的混合動力汽車。永磁同步電機在國外新能源汽車上的應用實例有福克斯純電動汽車和奧迪Q5混合動力汽車等。奧迪Q5永磁同步電機的結構如圖2-3-1所示。課題三永磁同步電機的檢測與維修一、簡介永磁同步電機主要由定子、轉子、旋轉變壓器（包括電機旋變線圈、旋變信號盤等組件）、溫度傳感器、電機三相輸入電纜、電機殼體總成等組成，其整體結構部件分解如圖2-3-2所示。課題三永磁同步電機的檢測與維修課題三永磁同步電機的檢測與維修1.定子永磁同步電機的定子由定子鐵芯和定子繞組構成。定子鐵芯一般采用0.5mm硅鋼沖片疊壓而成，對于具有高效率指標或頻率較高的電機，為了減少鐵耗，可以考慮使用0.35mm的低損耗冷軋無取向硅鋼片。定子繞組一般制成多相（三、四、五相不等），通常為三相。三相繞組沿定子鐵芯對稱分布，在空間互差120°電角度，通入三相交流電時，產生旋轉磁場。永磁同步電機定子實物如圖2-3-3所示。課題三永磁同步電機的檢測與維修2.轉子轉子主要由永磁體、轉子鐵芯和轉軸等構成。其中永磁體主要采用鐵氧體永磁和釹鐵硼永磁材料；轉子鐵芯可根據磁極結構的不同，選用實心鋼，或采用鋼板或硅鋼片沖制后疊壓而成。轉子上安裝有永磁體磁極，永磁體磁極外凸鑲嵌在轉子鐵芯外側，組成若干對磁極。一塊永磁體有一個N極和一個S極。永磁同步電機結構示意圖如圖2-3-4所示。永磁同步電機轉子實物如圖2-3-5所示。圖2-3-6所示為永磁同步電機轉子剖面圖。課題三永磁同步電機的檢測與維修課題三永磁同步電機的檢測與維修3.電機傳感器永磁同步電機依靠內置傳感器來提供電機的工作信息，這些傳感器主要有檢測電機轉速的旋轉變壓器和電機溫度傳感器。（1）旋轉變壓器旋轉變壓器也稱旋變傳感器，簡稱旋變，是一種電磁式傳感器。它是一種測量角度用的小型交流電機，在驅動電機系統中可用于獲取電機轉子的位置信號（即角位移），由控制器解碼后可獲知電機轉速。旋轉變壓器的種類較多，目前車用驅動電機多采用磁阻式旋轉變壓器，其轉子采取多極形狀，定子槽內的線圈繞組由勵磁、正弦、余弦三組線圈組成。旋轉變壓器的結構如圖2-3-7所示，實物如圖2-3-8所示。課題三永磁同步電機的檢測與維修課題三永磁同步電機的檢測與維修（2）電機溫度傳感器電機溫度傳感器的作用是檢測電機定子繞組的溫度，并提供散熱風扇啟動的信號。圖2-3-9所示為某車型電機溫度傳感器。電機溫度傳感器最常用的是熱敏電阻，圖2-3-10所示為PT1000型熱敏電阻阻值隨溫度的變化曲線。課題三永磁同步電機的檢測與維修三、永磁同步電機的工作原理和特性1.永磁同步電機的工作原理從基本原理上講，永磁同步電機與電勵磁同步電機是一樣的，都是通過定轉子磁動勢相互作用，并保持相對靜止來獲得恒定的電磁轉矩來運行的，兩者唯一的區別是永磁同步電機用永磁體勵磁來代替電勵磁，使電機結構簡化，加工和裝配成本降低，且省去了勵磁繞組、電刷和集電環，提高了電機運行的可靠性。永磁同步電機采用正弦交流及無電刷結構，其工作原理如圖2-3-11所示。課題三永磁同步電機的檢測與維修在電機的定子繞組中通入三相交流電流，產生旋轉磁場，當定子產生的旋轉磁場以轉速n1按圖示方向旋轉時，如果此時定子磁動勢與轉子磁動勢的方向一致，則不產生轉矩，如果方向不一致，則產生的異步轉矩與定子磁場和永久磁場所產生的同步轉矩共同作用，將轉子牽入同步，定子旋轉磁場最終會與轉子永磁極緊緊吸引，帶轉子一起旋轉。此時，轉子在旋轉磁場的拖動下旋轉，與定子磁場保持同步轉速n1。若轉子上的負載轉矩增加，轉子磁極軸線與定子磁極軸線之間的夾角δ就會增大，反之，δ就會減小，但是只要負載保持在一定限度內，轉子就始終跟隨定子旋轉磁場以同步轉速旋轉。對于同步電機，當其負載在一定范圍內改變時，只要保持電源頻率不變，轉速就是恒定不變的。當電機極對數為p時，轉子轉速n與定子電流頻率f之間滿足以下關系式：課題三永磁同步電機的檢測與維修當負載轉矩超出一定限度時，轉子轉速就會降低甚至下降到零，導致轉子不能再以同步轉速運行，這就是同步電機的“失步”現象。該最大轉矩限值稱為最大同步轉矩，因此，要保證電機正常工作，就要使電機的負載轉矩不能大于最大同步轉矩。在驅動電機（以北汽C33DB型電機為例）系統中，驅動電機控制器輸出頻率和幅值可變的U、V、W三相交流電至電機形成旋轉磁場，電機通過位置傳感器將電機轉子當前的位置發送