緒論車用電機(jī)原理及應(yīng)用PrinciplesandApplicationsofAutomotiveElectricMotorsOUTLINE了解電機(jī)技術(shù)發(fā)展的歷史了解電機(jī)技術(shù)的應(yīng)用掌握電機(jī)的定義了解電能控制技術(shù)應(yīng)用的背景了解電機(jī)的基本分類了解本課程的安排美國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化預(yù)測結(jié)論：

電能作為最為靈活的二次能源，

是未來可再生能源利用的最可能的載體。電機(jī)的定義：

電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的裝置。在你的專業(yè)中或生活中哪些地方要用到電機(jī)？電機(jī)技術(shù)的發(fā)展-第一階段英國物理學(xué)家、化學(xué)家法拉第（1791-1867）“電磁轉(zhuǎn)動”他將導(dǎo)線放置于內(nèi)嵌磁鐵的汞池之中，利用化學(xué)電池在導(dǎo)線中通入持續(xù)電流，此時導(dǎo)線繞著磁鐵旋轉(zhuǎn)。“法拉第盤”1831年，法拉第利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，發(fā)明了法拉第圓盤發(fā)電機(jī)。法拉第盤的主體是一導(dǎo)電圓盤，當(dāng)該導(dǎo)電圓盤在垂直于磁場的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，其半徑切割磁場的磁力線，在圓心與圓周之間產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。電能機(jī)械能機(jī)械能電能俄籍物理學(xué)家楞次（1804-1865）《電動機(jī)與發(fā)電機(jī)的可逆性》電機(jī)技術(shù)的發(fā)展-第二階段美籍物理學(xué)家特斯拉（1856-1943）電池十九世紀(jì)八十年代，特斯拉發(fā)明了交流電以克服直流發(fā)電不適用于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯栴}，交流輸電開始逐步被接受。1888年，俄國電工科學(xué)家多利沃-多布羅沃利斯基制成了一臺功率為2.2千瓦的交流發(fā)電機(jī)，這是世界上第一臺可實用化的三相交流異步電機(jī)直流電機(jī)能量密度成本……輸電效率高壓交流電機(jī)80%*（

60%*電能利用=電機(jī)消耗）=交流異步電消耗機(jī)交流輸電電動模型車（1935）電機(jī)技術(shù)的發(fā)展-第三階段電網(wǎng)交流電動機(jī)交流發(fā)電機(jī)50/60Hz供電頻率供電相角電力電子技術(shù)（變頻技術(shù)）利用功率半導(dǎo)體實現(xiàn)高性能的電能變換電機(jī)技術(shù)的發(fā)展-第三階段電機(jī)變頻器電源2023.3電機(jī)的特點(diǎn)功率、轉(zhuǎn)速范圍廣：從毫瓦級到百萬瓦級；響應(yīng)速度快：是內(nèi)燃機(jī)和汽輪機(jī)的10倍以上；設(shè)計靈活：可以被設(shè)計成各種形式：蝶形、筒形、直線形等；環(huán)境友好：無排放污染，振動噪聲小；控制靈活：可以實現(xiàn)扭矩（力）和轉(zhuǎn)速（速度）大小方向的靈活控制；運(yùn)行效率高：效率特性均勻，空載和待機(jī)模式下?lián)p耗小；課程安排上課時間：1-12,星期五第3,4節(jié)南嶺-逸夫樓-B314;答疑時間：星期五中午12：30-1：30能動樓413考核方式課堂考勤(50%)+大作業(yè)(50%)電力電子PWM技術(shù)原理（第5章）電力電子電路的實現(xiàn)（6.2-6.3）整流與逆變電路（6.4）電力電子電路的散熱設(shè)計（6.5）直流電機(jī)直流電機(jī)的工作原理（第2章）直流電機(jī)的建模（3.1-3.2）直流電機(jī)的控制（3.3-3.4）交流電機(jī)交流電機(jī)的工作原理及分類（第7章）永磁同步電機(jī)的建模（第9章）永磁同步電機(jī)矢量控制（10.1）三相交流逆變電路的原理及應(yīng)用（10.3-10.4）永磁同步電機(jī)的效率特性與外特性（8.4）感應(yīng)電機(jī)的原理與矢量控制（第11章）袁新枚等.車用電機(jī)原理及應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016或袁新枚等.車用電機(jī)原理及應(yīng)用（第二版）北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2023參考資料李永東.交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012Seung-KiSul.ControlofElectricMachineDriveSystems張永昌等譯電機(jī)傳動系統(tǒng)控制.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014電機(jī)的分類根據(jù)電源性質(zhì)直流電機(jī)交流電機(jī)___交流同步電機(jī)|_交流異步電機(jī)根據(jù)能量傳遞轉(zhuǎn)換的功能發(fā)電機(jī)電動機(jī)根據(jù)運(yùn)動的形式旋轉(zhuǎn)電機(jī)直線電機(jī)電機(jī)的應(yīng)用轉(zhuǎn)矩輸出（牽引負(fù)載）汽車驅(qū)動轉(zhuǎn)向助力高鐵電力航母……轉(zhuǎn)速控制（流體負(fù)載）CPU風(fēng)扇發(fā)動機(jī)油泵，水泵……位置控制（位能負(fù)載）電梯機(jī)器人手臂數(shù)控機(jī)床……B.Sarlioglu,C.T.Morris,D.Han,andS.Li,"DrivingTowardAccessibility:AReviewofTechnologicalImprovementsforElectricMachines,PowerElectronics,andBatteriesforElectricandHybridVehicles,"IEEEIndustryApplicationsMagazine,vol.23,pp.14-25,2017.電機(jī)的應(yīng)用電機(jī)的分類Tasla——inductionmotor

直流電機(jī)異步感應(yīng)電機(jī)永磁同步電機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)功率密度2.54.553.5效率2.54.553.5可控性554.53可靠性3545技術(shù)成熟度554.54成本444.54Pruis——PMSMmotorPruis——PMSMmotor電機(jī)的應(yīng)用起動機(jī)48V系統(tǒng)電子節(jié)氣門發(fā)電機(jī)電控噴嘴電動助力轉(zhuǎn)向（EPS）電驅(qū)動懸架大電機(jī)與小電機(jī)大電機(jī)額定功率700MW額定電壓

20kV額定電流

22.5kA小電機(jī)謝謝！

歡迎提問直流電機(jī)原理與建模車用電機(jī)原理及應(yīng)用PrinciplesandApplicationsofAutomotiveElectricMotorsOUTLINE理解直流電機(jī)換向器的工作原理掌握直流電機(jī)的等效電路與建模了解直流電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)理解電機(jī)發(fā)電和電動的物理過程電磁學(xué)復(fù)習(xí)電磁感應(yīng)定律感應(yīng)電動勢的大小與其交鏈的磁通的變化率成正比

電磁學(xué)復(fù)習(xí)洛倫茲力磁場對運(yùn)動電荷的作用力

洛倫茲力在電路中的宏觀描述

電機(jī)能量轉(zhuǎn)換背后的電磁原理電磁感應(yīng)定律

洛倫茲力

右手定則左手定則

電能

機(jī)械能

直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)定子stator轉(zhuǎn)子rotor換向器commutator電樞繞組Armaturewinding車用直流電機(jī)——起動機(jī)定子stator轉(zhuǎn)子rotor電樞繞組Armaturewinding換向器commutator勵磁繞組Excitingwinding直流電機(jī)的勵磁形式直流電機(jī)換向器的工作原理電樞繞組Armaturewinding換向器commutator

問題：如果直流電機(jī)只有一個線圈，在電動狀態(tài)下會有什么問題？如果直流電機(jī)有多個線圈，可以解決以上問題么？直流電機(jī)換向器的工作原理換向器commutator直流電機(jī)的建模建模的目的？模型的形式？代數(shù)方程和微分方程的區(qū)別？模型的求解？通過對自動控制原理的學(xué)習(xí)，是否可以回答一下問題直流電機(jī)的建模

電能

機(jī)械能

電壓方程轉(zhuǎn)矩方程反電勢方程直流電機(jī)的建模機(jī)械運(yùn)動方程

問題：當(dāng)上式導(dǎo)數(shù)為0時，物理意義是什么？若假設(shè)傳動軸阻尼與轉(zhuǎn)速成正比，則以上運(yùn)動方程變?yōu)椋?/p>

直流電機(jī)的建模直流電機(jī)穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)計算

大作業(yè)1微分方程求解（大作業(yè)使用）

前向歐拉法ForwardEulerMethods后向歐拉法BackwardEulerMethods龍格庫塔法Runge-KuttaMethods……大作業(yè)編程示例狀態(tài)變量電機(jī)參數(shù)求解步長輸入電壓謝謝！

歡迎提問直流電機(jī)的控制車用電機(jī)原理及應(yīng)用PrinciplesandApplicationsofAutomotiveElectricMotorsOUTLINE直流電機(jī)電流控制直流電機(jī)速度/位置控制直流電機(jī)狀態(tài)反饋控制的物理意義直流電機(jī)模型的狀態(tài)框圖表示直流電機(jī)模型的狀態(tài)框圖表示

主動阻尼控制典型的電機(jī)電流閉環(huán)控制速度/位置梯級控制

Cascadedcontrol速度/位置梯級控制

Cascadedcontrol問題：位置環(huán)控制和轉(zhuǎn)速環(huán)控制的區(qū)別？謝謝！

歡迎提問電機(jī)的外特性與效率特性車用電機(jī)原理及應(yīng)用PrinciplesandApplicationsofAutomotiveElectricMotorsOUTLINE了解電機(jī)效率分布特性了解電機(jī)損耗的主要構(gòu)成了解電機(jī)外特性的形狀和物理背景直流電機(jī)的外特性外特性-------

電氣限制電流限制：電壓限制：

勵磁限制：

轉(zhuǎn)矩限制

轉(zhuǎn)速限制

？最大轉(zhuǎn)矩：

最大轉(zhuǎn)速：

？

問題：是否能達(dá)到更高的轉(zhuǎn)速弱磁控制

當(dāng)R足夠小

直流電機(jī)的峰值轉(zhuǎn)矩與峰值功率直流電機(jī)的損耗電能損耗磁場能損耗

機(jī)械能損耗

繞組：焦耳熱損耗

鐵心/永磁體：磁損耗（渦流損耗/磁滯損耗）

軸承：摩擦損耗從能量角度分析電機(jī)的損耗來源電能損耗（銅耗）

電樞繞組勵磁繞組直流電機(jī)的損耗磁場能損耗渦流損耗磁滯損耗直流電機(jī)的損耗磁滯損耗進(jìn)一步理解在交流磁場的作用下，由于導(dǎo)磁物質(zhì)的磁滯現(xiàn)象會引起磁場能量的損耗，稱為磁滯損耗設(shè)有一環(huán)形鐵芯，周長為L，截面積為A，在其上纏繞N匝線圈，求當(dāng)線圈中通入交流電流I時，分析此時能量的流動情況。麥克斯韋方程組：安培環(huán)路定理麥克斯韋方程組：電磁感應(yīng)定理電功率的計算：

直流電機(jī)的損耗總損耗

鐵耗機(jī)械損耗

銅耗

輸入功率

電機(jī)效率

永磁電機(jī)可近似為：交流電機(jī)的損耗分布實例銅耗分布鐵耗分布效率分布Puris實測效率分布謝謝！

歡迎提問PWM技術(shù)與直流變換電路車用電機(jī)原理及應(yīng)用PrinciplesandApplicationsofAutomotiveElectricMotorsOUTLINE掌握占空比的計算和PWM算法實現(xiàn)過程掌握單極雙擲開關(guān)的基本概念理解PWM調(diào)制的原理理解調(diào)制的需求和難度掌握Buck電路的工作原理調(diào)制的需求電動汽車家用電器恒定電源變化需求調(diào)制生活中的PWM調(diào)制如何將倒啤酒的過程用數(shù)學(xué)的方式表達(dá)出來？用同樣的思路表達(dá)倒飲料的過程？從PAM到PWMPAM（pulseamplitudemodulation）數(shù)字信號模擬信號PAM（pulseamplitudemodulation）PWM（pulsewidthmodulation）脈沖寬度調(diào)制技術(shù)簡稱脈寬調(diào)制，是將模擬信號轉(zhuǎn)換為脈沖波的一種技術(shù)。一般脈沖持續(xù)時間是根據(jù)模擬信號的幅值來決定的。24pulses240pulsesPWM的描述周期（頻率）:周期性重復(fù)的脈沖序列中，兩個相鄰的脈沖之間的時間間隔占空比:周期電信號中有電信號輸出的時間與整個信號周期之比，即：占空比=TD/T即電信號不為“0”的時間D=A*/A離散化數(shù)字化問題：嘗試?yán)靡韵履K在SIMULINK軟件中產(chǎn)生正弦PWM波，并通過濾波驗證PWM的控制效果：正弦PWM的調(diào)制正弦PWM的調(diào)制SIMULINK仿真單極雙擲開關(guān)與Buck電路throwpolePWM應(yīng)用舉例——LED調(diào)光LED調(diào)光電路PWM應(yīng)用舉例——車載充電器Thanks!QuestionsandComments電力電子技術(shù)基礎(chǔ)車用電機(jī)原理及應(yīng)用PrinciplesandApplicationsofAutomotiveElectricMotorsOUTLINE了解電力電子器件散熱計算的基本方法了解典型的電力電子器件理解電力電子的基本概念和應(yīng)用場景掌握單極雙擲開關(guān)四象限的實現(xiàn)原理電力電子技術(shù)概述利用功率開關(guān)器件，實現(xiàn)弱電信號對強(qiáng)電功率流動的控制常見的電力電子技術(shù)常見的電力電子技術(shù)常見的電力電子技術(shù)電力電子器件電力電子器件電力電子器件電力電子器件電力電子器件HybridPACK?DriveAutomotiveCoolSiC?MOSFETInfineon（Video）電力電子技術(shù)在電動汽車中的應(yīng)用電力電子技術(shù)在電動汽車中的應(yīng)用Maininverter電力電子技術(shù)在電動汽車中的應(yīng)用High-voltagetolow-voltageDC-DCconverter電力電子技術(shù)在電動汽車中的應(yīng)用On-boardcharger電力電子技術(shù)在電動汽車中的應(yīng)用High-voltageheater電力電子技術(shù)在電動汽車中的應(yīng)用電流可以雙向流動電流自上向下方向唯一電流自上向下方向唯一MOSFET/SiCMOSFETMOSFET一般應(yīng)用電壓較低Buck電路中單極雙擲開關(guān)的實現(xiàn)MOSFET 開通二極管

關(guān)斷MOSFET電壓 0二極管電壓

負(fù)壓二極管電流 0MOSFET 關(guān)斷二極管

開通MOSFET電壓

正壓MOSFET電流 0 二極管電流

正向單極雙擲開關(guān)的四象限實現(xiàn)方式整流電路不控全橋整流電路

在整流電路輸出端并聯(lián)電容的影響

直交逆變電路電力電子器件的損耗應(yīng)用熱路法進(jìn)行散熱系統(tǒng)匹配計算Thanks!QuestionsandComments從直流到交流——無刷直流電機(jī)車用電機(jī)原理及應(yīng)用PrinciplesandApplicationsofAutomotiveElectricMotorsOUTLINE無刷直流電機(jī)的工作原理從直流電機(jī)到無刷直流電機(jī)的技術(shù)邏輯無刷直流電機(jī)與直流電機(jī)的區(qū)別無刷直流電機(jī)廣泛應(yīng)用海爾（Haier)滾筒洗衣機(jī)全自動10公斤大容量BLDC變頻電機(jī)EG100MATE2S（京東100萬+評價）九號（Ninebot）九號電動車遠(yuǎn)行者F90（京東2萬+評價）無刷直流電機(jī)的工作原理轉(zhuǎn)子位置檢測開關(guān)通斷無刷直流電機(jī)控制實現(xiàn)PIC18Fxx31無刷直流與直流電機(jī)對比分析直流電機(jī)無刷直流電機(jī)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子電樞繞組機(jī)械換向器定子電樞繞組電力電子換向,位置傳感器*控制可直接驅(qū)動需控制器驅(qū)動轉(zhuǎn)矩密度低高定轉(zhuǎn)子磁場近似靜止旋轉(zhuǎn)共同點(diǎn)系統(tǒng)成本低、控制算法簡單、轉(zhuǎn)矩波動相對明顯Thanks!QuestionsandComments交流電機(jī)原理概述車用電機(jī)原理及應(yīng)用PrinciplesandApplicationsofAutomotiveElectricMotorsOUTLINE交流電機(jī)的分類交流電與旋轉(zhuǎn)磁場的關(guān)系基于磁路的電機(jī)磁場計算補(bǔ)充知識——磁路計算原理概述磁通（Magneticflux）磁動勢（Magnetomotiveforce-MMF）磁阻（Magneticreluctance/magneticresistance）電動勢（Electromotiveforce-EMF）單位：ampere-turn安培環(huán)路定律單位：weber(volt-seconds)電流（Current）單位：ampere-turnsperweber（均勻介質(zhì)）電阻（resistance）歐姆定律霍普金斯定律補(bǔ)充知識——磁路計算原理概述繼電器磁路計算交流電樞繞組的磁動勢XA+A

補(bǔ)充知識——頻域分解JeanBaptisteJosephFourier電樞繞組磁動勢的頻域分解XA+A矩形波關(guān)于縱軸和橫軸都對稱，所以分解后只有奇數(shù)次的余弦項電樞繞組磁動勢的頻域分解

基波磁動勢：三次諧波磁動勢：五次諧波磁動勢：

電流交變時的基波磁動勢

電流交變時的基波磁動勢

三相單層集中整距繞組的磁動勢三相繞組空間上互差120°電角度三相電流時間上互差120電角度

三相單層集中整距繞組的磁動勢三相繞組基波磁動勢：

解析推導(dǎo)三相單層集中整距繞組的磁動勢三相繞組三次諧波磁動勢：？

三相單層集中整距繞組的磁動勢三相繞組基波磁動勢的分解

三相單層集中整距繞組的磁動勢三相繞組基波磁動勢的向量表示方法如何應(yīng)用向量表示法計算三相繞組基波磁動勢？交流電機(jī)的分類異步電機(jī)同步電機(jī)交流電機(jī)的分類同步電機(jī)異步電機(jī)勵磁形式外部電勵磁永磁外部電勵磁磁場感應(yīng)常見應(yīng)用交流發(fā)電機(jī)伺服、牽引等風(fēng)力發(fā)電風(fēng)機(jī)、水泵等

一般Thanks!QuestionsandComments交流電機(jī)建模車用電機(jī)原理及應(yīng)用PrinciplesandApplicationsofAutomotiveElectricMotorsOUTLINE理解旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下永磁同步電機(jī)的數(shù)學(xué)模型了解不同坐標(biāo)系下交流電機(jī)建模的基本原理和結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式電機(jī)數(shù)學(xué)模型的基本結(jié)構(gòu)回顧直流電機(jī)模型輸入輸出映射關(guān)系表達(dá)式1.電壓*、反電動勢 1.電流2.電流 2.轉(zhuǎn)矩3.轉(zhuǎn)矩、負(fù)載* 3.轉(zhuǎn)速4.轉(zhuǎn)速 4.反電動勢1.電壓方程2.轉(zhuǎn)矩方程3.機(jī)械運(yùn)動方程4.反電動勢方程交流電機(jī)相比直流電機(jī)，哪些方程有變化？自然坐標(biāo)系下交流電機(jī)的電壓方程回顧：直流電機(jī)電壓方程

自然坐標(biāo)系下交流電機(jī)的磁鏈方程

自然坐標(biāo)系下交流電機(jī)的電壓方程的哪部分計算最麻煩？從空間矢量角度理解自然坐標(biāo)系下交流電機(jī)中的物理量

三相兩相正交坐標(biāo)系變換（Clark變換）定子坐標(biāo)系->靜止正交坐標(biāo)系

正交坐標(biāo)系下交流電機(jī)的電壓方程

正交坐標(biāo)系下交流電機(jī)的磁鏈方程

正交坐標(biāo)系下的方程還有哪里比較麻煩，能進(jìn)一步簡化么?旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系變換（PARK變換）

旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下交流電機(jī)