一、单项选择题
（1）下列电机中实现电能传递功能的是（）
A. 直流发电机
B. 直流电动机
C. 三相异步电动机
D. 变压器
（2）测速发电机属于那种类型的电机（）
A. 直流发电机
B. 控制电机
C. 交流发电机
D. 变压器
（3）永磁式直流电机属于下面的那种类型（）
A. 串励
B. 并励
C. 他励
D. 复励
（4）电动机启动转矩大，适用于牵引和起重，电动机转速随负载大小变化的波动小，且可以调节，可用于定速或调速之用。（）
A. 他励、串励
B. 串励、并励
C. 串励、他励
D. 并励、串励
（5）当电动机在电枢电流的作用下旋转时，其电枢线圈会切割磁力线这一运动会在电枢中产生感生电动势，该电动势产生的电流方向及其大小分别与下列哪些量有关。（）
A. 转向、转速
B. 外加电源方向、转速
C. 转速、外加电源方向
D. 转向、外加电源方向
（6）以下哪个不是直流电机的基本方程（）
A. 电动势平衡
B. 能量系统的功率平衡
C. 机械系统转矩平衡
D. 能量平衡
（7）电力拖动系统拖动生产机械稳定运行时，电动机输出转矩的大小由下面的那个量决定。（）
A. 功率大小
B. 负载大小
C. 转速大小
D. 功率和转速的大小
（8）以下关于直流电动机固有机械特性的描述错误的是（）
A. 电磁转矩T越大，转速越低
B. 当T=0时，为理想空载转速，他励直流电机在一定条件下能超过理想空载转速
C. 斜率β小，特性线较陡，称为硬特性，β大，特性线较平称为软特性
D. 电机启动时n=0，启动转矩比额定转矩大
（9）当电机的电磁转矩和负载转矩满足条件时，以下描述正确的是（）
A. 电机在负载与电磁转矩交点附近处于加速状态
B. 电机在负载与电磁转矩交点附近处于减速状态
C. 电机在负载与电磁转矩交点附近特性曲线具有下降趋势
D. 电机在负载与电磁转矩交点附近特性曲线具有下降趋势
（10）下面关于电机启动时，有关电流的说法错误的是（）
A. 过大的启动电流I st对电网也会有很大冲击
B. 过大的T st会造成冲击易损坏传动机构
C. 过大的起动电流I st可能烧坏电枢
D. 应控制启动电流，使其小于额定电流
（11）下面有关功率的概念从大到小排列的是（）
A. 从电磁功率、机械功率、附加损耗、机械损耗
B. 从电网吸收的功率、电磁功率、机械功率、机械损耗
C. 从电网吸收的功率、电磁功率、空载损耗、机械损耗
D. 机械功率、电磁功率、空载损耗、机械损耗
（12）直流他励电动机稳定运行时，电动机的电磁转矩与负载转矩相平衡指的是什么（）
A. 电磁转矩与负载转矩大小不等、方向相同
B. 电磁转矩与负载转矩大小相同、方向相反
C. 电磁转矩与负载转矩大小相等、方向相反
D. 电磁转矩与负载转矩大小相反、方向相等
（13）调速平滑性指的是相邻两级转速之比，下面关于调速平滑性的说法正确的是（）
A. 当电机在匀速运动时K的值等于1
B. 当K=1时，为无极调速
C. 当K=0时，为无极调速
D. K的值在0~1之间变化
（14）下列关于降压调速的说法不正确的是（）
A. 调速平滑性好，可以达到无级调速
B. 适合于对调速性能要求不高的设备上
C. 低速时能量损耗少，效率高
D. 机械特性硬度不变
（15）电枢串电阻调速的说法不正确的是（）
A. 有级调速，平滑性差
B. 设备简单，初投资少
C. 低速时能量损耗少，效率高
D. 适合于对调速性能要求不高的设备上
（16）下面关于电机调速的说法正确的是（）
A. 弱磁通调速只能使转速从n N提高
B. 采用电枢串电阻只适合于减速，改变电枢电压调速可以用于增速和减速
C. 采用弱磁通调速为恒功率调速
D. 采用电枢串电阻或降低电枢电压调速，为恒转矩调速
（17）下面关于电机中电流的说法不正确的是（）
A. 为防止冲击过大，制动时的电流应<倍额定电流
B. 直流电机根据启动的要求，一般要求I st=（～2）I N
C. 直流电机在工作时的电流为额定电流
D. 电机在工作过程中的电流大小由负载决定
（18）对于型号Y180M-4B的电动机其额定转速可能为下面的哪种（）
A. 950r/h
B. 950rad/min
C. 11r/s
D. 11rad/min
（19）对于型号Y180M-4B的电动机下面说法不正确的是（）
A. 该电机为异步电动机
B. 该电机基座中心高为180cm
C. 该电机的磁极数为4
D. 该电机的转速不可能是950r/s
（20）单相异步电动机常用的启动方法是下面的那两种（）
A. 直接启动和降压启动
B. 分相启动法和罩极法
C. 串电阻启动和分相启动
D. 分相启动和降压启动
（21）下图中关于单相异步电动机的结构示意图中不正确的是（）
A B C D （22）以下是改善绕线转子异步电动机起动特性的方法的是（）
A. 将转子改进成深槽式电动机
B. 将转子设计成双笼型电动机
C. 转子回路串接电阻
D. 降低起动电压
（23）异步电动机在起动时，起动电流大，起动转矩不大的主要原因之一是（）
A. 起动时功率因数低
B. 起动电流大，定子漏阻抗压降大，使定子电动式E1减小，所以磁通Φ减小
C. 交流电机的电流跟其转矩之间没有什么关系
D. 起动时电机电能的转化率小
（24）下面不是笼型异步电动机的起动方法的是（）
A. 定子电路串电阻或电抗器减压起动
B. 定子电路串自耦变压器减压起动
C. Y—△起动
D. 转子串电阻起动
（25）图示为三相异步电动机能耗制动的主电路原理图，下面说法不正确的是（）
A. R1的大小决定制动时的励磁电流的大小
B. R1不变，R ad2增大，最大制动转矩不变，产生最大转矩的转速增加。
C. R ad2不变，R1增加，最大制动转矩增加，产生最大转矩的转速不变。
D. R ad2不变，R1
减小，最大制动转矩增加，产生
最大转矩的转速不变。
（26）下面关于笼型异步电动机直接起动的方法进行起动的表述不正确的是（）
A. 直接起动也称全压起动，适合于小容量电机的起动
B. 在一般电网容量下，以下的电动机可认为是小容量电动机
C. 较大功率的电动机不可以直接起动
D.
通常要求起动电流引起的电网压降＜10%
～15%
线路电压
（27）下图中哪个不属于低压主令电器（）
A B C D （28）下面关于电压电器的图文符号，错误的是（）
A B C D
（29）下面关于电器原理图的说法错误的是（）
A. 电气原理图是用来表达电路工作原理的图纸
B. 需要采用国家统一规定的电气图形符号和文字符号
C. 详细表示电路、设备或成套装置的全部组成和连接关系
D. 电器原理图依据设备的实际位置进行绘制的简图
（30）关于基于时间继电器的电机顺序控制电气原理图，下面说法不正确的是（）
A. 图中采用的是通电延时时间继电器
B. 电机M1首先起动，延时一段时间后M2起动
C. 接触器KM1和KM2不能同时闭合
D. 图中有自锁电路没有互锁电路
（31）下面关于步进电机的说法，不正确的是（）
A. 步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲信号转换为线位移或角位移的电机
B. 每来一个电脉冲，步进电机转动一定角度
C. 控制脉冲频率，可控制电机转速
D. 步进电机只能用于开环控制系统
（32）下面关于舵机的说法，不正确的是（）
A. 舵机是一个闭环控制系统
B. 舵机有三根线，有两根是电源线，一根控制线
C. 舵机是通过脉冲高电平的持续时间来实现的
D. 舵机是一款特殊的电机，可以通过PWM进行控制
（33）下面关于控制电机在控制系统中的作用说法错误的是（）
A. 执行元件
B. 控制元件
C. 检测元件
D. 运算元件
（34）下面关于直线电机与旋转电机相比所具有的特点描述中不正确的是（）
A. 结构简单
B. 定位精度高、反应速度快
C. 负载能力大
D. 工作安全可靠、寿命长（35）下面关于超声波电机的描述中，不正确的是（）
A. 低速大力矩输出
B. 保持力矩大
C. 功率密度高
D. 无电磁干扰但受电磁干扰（36）下面关于伺服电机的说法不正确的是（）
A. 伺服电机可以分为交流伺服电机和直流伺服电机
B. 起停控制特性好，一般采用PWM进行速度控制
C. 额定转速高、过载能力强
D. 速度相应快，控制精度高
（37）下面关于机电一体化系统的组成说法不正确的是（）
A. 机电一体化系统由机械装置、执行装置、能源、传感器、计算机5个要素组成
B. 能源包括电源、液压源、气压源三种
C. 机械装置包括连接部分和机械结构
D. 机电一体化技术的主要目标是实现机械自动化
（38）下面电机中电机本身不带传感器的是（）
A. 直流无刷电机
B. 伺服电机
C. 步进电机
D. 舵机
（39）下面关于传感器的说法不正确的是（）
A. 传感器能够将机械运动参数转换成电流、电压、电阻或者频率信号
B. 传感器的主要指标是分辨率、精度和可靠性
C. 机械运动参数包括位移、速度、加速度、力、角度、角速度、角加速度和距离等
D. 传感器性能发展方向是高精度、智能化、组合式
（40）下面机电一体化技术中不是硬件技术的是（）
A. 机械技术
B. 执行装置技术
C. 传感器技术
D. 控制技术
二、填空题
（1）画出下图中线圈的受力方向。
（2）将图示中标记的各个组成部分填写在相应的位置。
（3）在下图中绘制直流电机的转速特性曲线、转矩特性曲线和功率特性曲线。
（4）注明下列负载特性分别是哪种类型的负载。
（5）假定某一直流电动机的额定转速差为Δn N=，电动机的启动电流I st= I N，启动转矩T st = T N 。
（6）直流电动机比较常用的启动方法有、、。（7）直流电动机常见的制动方法有三种，分别是、、。其中制动又分为和两种形式。
（8）写出下图是哪种类型的电机的何种制动方式的主电路电气原理图。
（9）区别直流电机是电动机还是发电机就是看电枢电动势Ea和端电压U的关系，，则为直流发电机，如果，则为直流电动机。
（10）一台三相50Hz的异步电动机，额定转速为950r/min，其旋转磁场的同步转速为，额定转差率S N= 。
（11）将下图中的三相异步电动机分别接线成Y形接法和Δ形接法。
（12）三相异步电动机的人为机械特性包括、、
、。
（13）笼型异步电动机的是降压起动的一种方式，适用于电机工作于△方式下的情况，适用于轻载或空载的情况以及电压小于500V的电机的起动；适用于容量较大的电动机的起动，一般用于10kw以上的电机起动。
（14）下图中分别是Y/YY变极调速和Δ/YY变极调速的特性曲线，其中是恒功率调速，是恒转矩调速。
（15）写出下面通电延时时间继电器和断电延时时间继电器的触点的名称。（）
通电延时断电延时
（16）图示为三相交流异步电动机制动的电气原理图，根据电路图可以得到以下的信息，图示制动方式属于，电阻R的作用是，在制动刚开始的时候控制电路中的速度继电器的常开触点是，主电路中的QF 是，控制电路中SB1是，控制电路中的和形成自锁，控制电路中的和形成互锁。
（17）有一个最大转角为180°的舵机，当控制信号脉冲的高电平持续时间为时，舵机的转角为。
三、判断题
（1）所有的电机都满足电磁感应定律。（）
（2）直流电动机和直流发电机都是实现电能转换的电机。（）
（3）电是电，磁是磁，两者没有任何关系。（）
（4）磁场对电流的作用力通常称为安培力，其受力方向用右手定则判定。（）
（5）从旋转与否的角度可以将电机分为旋转电机、直线电机和变压器。（）
（6）直流电机包括异步电动机和同步电动机。（）
（7）一台直流电机既可以做电动机运行，也可以做发电机运行，直流电动机用右手定则，直流发电机用左手定则。（）
（8）所有的电机都分为定子和转子两部分。（）
（9）电机在额定电压下进行工作时，流过电枢绕组的电流大小等于额定电流。（）
（10）电枢电势的表达式为，因此对于一台制造好的电机，它的电枢电势正比于磁通φ、转速n和极对数p，并且与并联支路对数成反比。（）
（11）电磁转矩的表达式为，因此对于一台制造好的电机，电磁转矩正比于磁通和电枢电流。（）
（12）直流电机铭牌上的额定功率是指直流电机工作在满负荷的输出功率。（）
（13）直流电动机从电网吸收的功率等于电磁功率、电磁绕组的铜损耗和电刷压降损耗之和，其中电磁功率包括机械功率、空载损耗和附加损耗，空载损耗是机械损耗和铁芯损耗之和。直流电动机的效率为电磁功率与电网输入功率之比。（）
（14）直流他励电动机稳定运行时，电动机的电磁转矩与负载转矩相平衡，即大小相等，方向相反。直流自励电机却相反。（）
（15）由直流电机的运动方程可知，只有在T em>T L或者T em （16）选定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速n的正方向，然后按照下列规则确定转 矩的正负号： 1°电磁转矩T em与转速n的正方向相同时为正，相反时为负；2°负载转矩T L与转速n的正方向相反时为正，相同时为负。（） （17）交流电动机和直流电动机的具有相同的制动方式。（） （18）能耗制动，制动时从电网吸收能量，制动减速平稳可靠，电路简单，制动转矩随n 的降低而降低。（） （19）回馈制动，发出的电可以回馈给电网，当转速等于零时需要切断电源。（） （20）反接制动，制动时从电网吸收能量，n=0时必须切断电源，否则反向加速。（）（21）在额定负载下可能运行的最高转速与最低转速之比为调速的平滑性。（） （22）无论何种调速方式，都不允许切断励磁绕组的电源，因为在励磁磁通很弱的情况下可能造成飞车，发生事故。（） （23）三相交流电动机中，同步电动机和异步电动机都是由定子产生旋转磁场，电源加在定子线圈上。（） （24）三相异步电动机的旋转磁场是在定子上产生的，电动机的转向与磁场方向相反。（）（25）三相异步电动机转子上的铜损P Cu2与电磁功率P M之间的关系满足。（）（26）三相异步电动机输入的总功率P1，首先经历定子的铜损P Cu1和铁损P Fe，得到电磁总功率P M，电磁总功率经历转子铜损P Cu2得到总机械功率P m，总机械功率在输出以前要消耗掉机械损耗p m和附加损耗p a。（） （27）单相异步电动机是日常生活中应用较多的电机，单相交流电机最大的问题是速度控制。（） （28）异步电动机起动时起动电流大，起动转矩不大，说明交流电机的电流和转矩之间没有关系。（） （29）转子串电阻起动和转子串接频敏变阻器起动是三相绕线转子异步电动机的起动方法，只适用于三相绕线转子异步电动机。（） （30）三相异步电动机的调速方法有改变极对数p、改变电源频率f1、改变转差率S和改变电源电压等几种。（） （31）变极调速的特点是操作简单，机械特性硬，效率高，可以获得恒功率或恒转矩，但不能平滑调速。（） （32）常用低压电器按用途分，可以分为低压主令电器、低压控制电器、低压配电电器、低压保护电器和低压执行电器，其中复合开关属于低压控制电器。（） （33）控制电机按其功能和用途可分为信号检测和传递类控制电机及动作执行类控制电机两大类。执行电机包括伺服电机、步进电机和直线电机；信号检测和传递电机包括测速发电机、旋转变压器和自整角机等。（） （34）超声波电机保持力矩大的宏观表现是起停控制性能好。（） （35）机电一体化系统利用传感器检测机械运动，将检测信息输入到计算机，经计算得到能够实现预期运动的控制信号，由此来控制执行装置。（） （36）控制技术是计算机语言及其管理方面的技术。（） 四、改错题15个 （1）直流电机铭牌上的额定功率是指直流电机工作时的输出功率。对直流电动机而言，指的是输出的电功率P = U N I N；对直流发电机而言，指的电动机轴上输 N 出的机械功率P = ηN U N I N。其中，ηN指的是额定效率。 N （2）某直流电动机的额定数据为P N= 200W，额定电压U N= 24V，额定转速n N= 3000r/min，ηN = ，额定电流I N，额定输出转矩T2N，输入功率P IN的计算过程如下： （3）如图所示为异步电动机电源反接制动的主电路电气原理图，假定KM1为正常运转时的电机接线，从图中我们可以得到以下结论： 1°该电机为笼式异步电动机； 2°KM1和KM2的区别是将电源线做了两两互换； 3°KM3可以用于电机的起动控制，串电阻起动； 4°KM2和KM3同时闭合时，电机进入制动状态； 5°要想使电机处于空载状态，可以使KM1和KM2 同时闭合。 （4）图示为变频调速的特性曲线，从图中可以得到以下的结论： 1°曲线中的频率关系f6 < f5 < f N； 2°图示中的调速特性属于恒转矩调速； 3°调速方法属于额定功率向下调速； 4°曲线中与右端的虚线相交的点为额定频率下的 额定工作点； 5°该特性曲线图适用于所有类型的电机。 （5）图示为电机正反转控制的电气原理图，指出其中的错误并改正。 五、简答题 （1）简要表述电机的定义。 （2）简述换向器在直流电机中的作用及其对直流电机的影响。 （3）已知直流电动机的固有机械特性如图所示，画出直流电机的人为机械特性。 （4）已知交流电动机的固有机械特性如图所示，画出交流电机的人为机械特性。 （5）分析说明如图所示的电机是否处于稳定运行状态（以作图和文字的方式），并写出电机稳定运行的充分必要条件。 （6）文字叙述如图所示的电气控制系统（启停控制、正反转控制）的工作过程。 （7）三相异步电动机的额定功率为100kW，电磁功率为106kW，总机械功率为104kW，额定转速为950r/min，计算该电机的电磁转矩T eN、输出转矩T2N。 （8）对比分析下面三个电机控制原理图，分别说明其实现的控制功能。 （9）泵的反复运转控制电气原理图，请叙述其工作过程。 （10）根据下面关于开环控制和闭环控制的结构示意图，论述开环控制和闭环控制的含义和区别。 （11）分析下图中的步进电机的接线图。 六、综合题 （1）画直流电动机带动的小车往返运动控制的电气原理图（画结构示意图、主电路图和控制电路图，要有必要的保护环节）。 （2）论述机电一体化系统所包含的内容以及机电一体化系统设计中需要注意的事项。（3）单级倒立摆系统由哪些部分组成，设计一个单级倒立摆系统应该注意哪些问题 《电机驱动技术》课程标准 一、课程基本信息 二、课程定位与作用 （一）课程定位 《电机驱动技术》课程的开设是通过深入企业调研，与专业指导委员会专家共同论证，根据工作任务与职业能力分析，以必须、够用为度，以掌握知识、强化应用、培养技能为重点，以机电一体化相关工作任务为依据设置本课程。 （二）课程的作用 《电机驱动技术》课程是机电一体化专业必修的一门专业核心课程。是在电工电子、电力拖动等课程基础上，开设的一门综合性较强的核心课程，其任务是使学生掌握常用电动机的结构及其控制方法，培养学生对常用电动机的结构原理分析及控制策略的设计能力；对学生进行职业意识培养和职业道德教育，提高学生的综合素质与职业能力，增强学生适应职业变化的能力，为学生职业生涯的发展奠定基础。 三、课程设计理念 《电机驱动技术》课程的设计以生产实际中的具体案例为主，其服务目标是以就业为导向，以能力为本位，以素质为基础。注重实用性，坚持以实为本，避开高深理论推导和内部电路的过细研究，适当降低理论教学的重心，删除与实际工作关系不大的繁冗计算，注重外部特性及连线技能，同时兼顾对学生素质、能力的培养，做到既为后续课程服务，又能直接服务于工程技术应用能力的培养。 四、课程目标 学生通过学习《电机驱动技术》课程，使学生能掌握机电设备常使用的几种电动机--直流电动机、交流感应电动机、交流永磁电动机和开关磁阻电动机的结构、原理及应用以及驱动电动机的结构及其控制方法。熟悉电机调速、分析及控 制。结合生产生活实际，培养学生对所学专业知识的兴趣和爱好，养成自主学习与探究学习的良好习惯，从而能够解决专业技术实际问题，养成良好的工作方法、工作作风和职业道德。 【知识目标】 掌握驱动电机的结构原理及应用，掌握功率变换器电路及其应用技术，驱动电机控制技术及新型电机的结构特点与选用。 【能力目标】 能对对驱动电机各种控制电路进行选择、应用和设计，能够准确描述各种电机控制技术的控制原理及特点，并针对不同电机选用不同的控制方式。 【素质目标】 能整体把握驱动电机及控制技术的应用及在日后的工作中解决实际问题。培养学生实事求是的作风和创新精神，培养学生综合运用所学知识分析问题和解决问题的能力，培养学生一丝不苟的工作作风和良好的团队协作精神。 五、课程内容设计 根据学院对机电一体化专业人才培养方案的要求，结合就业岗位的技能需求，按照职业教育理念，本课程设计了三个教学项目，具体内容如下： 本科生课程大作业报告 课程名称：题目：姓名：学号：学院：专业：指导教师：特种电机及其驱动技术 电机在空调中的应用 电气工程学院 电气工程及其自动化 目录 1 概述 (2) 1.1 电机简介 (2) 1.2 空调电机的基本要求 (3) 2 空调用电机原理 (3) 2.1 压缩机电机 (3) 2.1.1 异步电动机特点及其控制系统 (4) 2.1.2 单相异步电机 (4) 2.1.3 三相异步电机 (5) 2.2 空调风扇电机 (7) 2.3 其它装置用电机 (9) 2.4 步进电机在空调中的应用 (9) 2.4.1 步进电机简介 (9) 2.4.2 步进电机在空调中的应用 (10) 2.5 永磁同步电机在空调中的应用 (11) 2.5.1 永磁同步电机工作原理及其特点 (11) 2.5.2 永磁同步电机在空调中的应用 (12) 2.6 无刷直流电机在空调中的应用 (13) 2.6.1 无刷直流电机简介 (13) 2.6.2 无刷直流电机在空调中的应用 (14) 3 空调中常用电机性能比较 (14) 4 结论与展望 (15) 电机在空调中的应用 电机（ Electric Machine ），是机械能与电能之间转换装置的统称。转换是双向的，大部 分应用的是电磁感应原理。由机械能转换成电能的电机，通常称做“发电机” ；把电能转换成机械能的电机，被称做“电动机” 。电机在生活中的应用非常广泛，在家庭中一般属于驱 动型电机。驱动用电动机可划分：电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等 工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸 尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机 床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。家用电动机主要是小功率电机，家庭中凡有 转动件的，都是由电机来驱动的，如：空调室内机风扇电机、室外风扇电机、空气 压缩机、室内机转页电机等。家用电器的性能与所匹配的电机有着直接的关系，电机的效率、功率因数、调速范围及噪声与家电的节能环保有着密切的关系。本文着重讨论电机在空调中 的典型应用。 1 概述 空调即空气调节器（Air Conditioner ），是指用人工手段，对建筑/构筑物内环境空气的温度、湿度、洁净度、速度等参数进行调节和控制的过程。一般包括冷源/ 热源设备，冷热介质输配系统，末端装置等几大部分和其他辅助设备。主要包括水泵、风机和管路系统。末端装置则负责利用输配来的冷热量，具体处理空气，使目标环境的空气参数达到要求。 空调的结构包括压缩机、冷凝器、蒸发器、风扇、四通阀、单向阀毛细管组件。空调中 的驱动电机主要有 4 个。一个是在压缩机里做功，起到循环制冷剂的作用；一个是在室外机里，带动风扇给压机、冷凝器降温；一个是在室内机里，带动风扇把蒸发器的“冷”给吹出来；一个是室内机百叶窗的调整电机。 1.1 电机简介 电机是应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械，用于实现电能向机械能的转换。运行时从电系统吸收电功率，向机械系统输出机械功率。电机驱动系统主要由电机、控制器（逆变器）构成，驱动电机和电机控制器所占的成本之比约为1:1，根据设计原理与分类方式的不同，电机的具体构造与成本构成也有所差异。电机的控制系统主要起到调节电机运行状态， 使其满足整车不同运行要求的目的。针对不同类型的电机，控制系统的原理与方式有很大差别。 图 1.1-1电动机驱动系统的基本组成框图 院 年 学期新能源汽车驱动电机技术课程试卷 共 3 页第 1 页题次 一 二 三 四 总分 得分 第一部分.概念辨析模块 请判断下列说法是否正确，正确在括号内画“√”，错误则在括号内画“×” （共25分，每空1分） （ ）1、新能源汽车要求驱动电机体积小、质量轻，具有高可靠性和寿命长。 （ ）2、新能源汽车无需要求驱动电机全速段高效运行。 （ ）3、电机驱动系统一般由电动机、功率变换器、传感器和控制器组成。 （ ）4、直流电机一般具有电刷装置和换向器。 （ ）5、电刷装置的作用是把直流电压、直流电流引入或引出。 （ ）6、磁导率是表示物质导磁性能的参数。 （ ）7、直流电机的工作原理是通电直导线在磁场中受力。 （ ）8、交流异步电机的工作原理是由三相交流电在定子绕组中产生旋转磁场，从而在鼠笼中产生感应电流，从而在磁场中受力。 （ ）9、永磁同步电机的工作原理是通过电子开关电路产生旋转磁场，转子根据磁阻最小的原理进行旋转。 （ ）10、无刷直流电机的工作原理是通过电子开关产生旋转磁场，转子跟随磁场旋转。 （ ）11、开关磁阻电机的工作原理是三相交流电在定子绕组中产生旋转磁场，由永磁铁构成的转子跟随旋转磁场旋转。 （ ）12、直流电机调速性能好，启动转矩大。 （ ）13、直流电机控制复杂，易磨损。 （ ）14、交流异步电机具有高可靠性，制造成本高。 （ ）15、无刷直流电机无换向器和电刷，结构简单牢固，尺寸和质量小，基本免维护。 （ ）16、开关磁阻电机一般定子凸极比转子凸极少两个。 （ ）18、开关磁阻电机的成本相对而言最低。 （ ）19、功率二极管基本结构和工作原理与电子电路中的二极管都是相同的。 （ ）20、占空比指的是电力电子开关的导通时间与开关周期之比。 （ ）21、直流斩波电路只有降压斩波电路。 （ ）22、PWM 整流电路采用脉冲宽度调制控制，能够实现电能双向变换。 （ ）23、轮毂电机结构简单、布置灵活，车辆的空间利用率高，传动系统效率高。 （ ）24、开关磁阻电机的噪音较大。 （ ）25、永磁同步电机和无刷直流电机的转子结构相似，都是由永磁铁组成。 第二部分.基本知识模块 下列题目只有一个正确答案，请选择正确答案并将代码填写在括号里。 （共15分，每题1分） 1.交流异步电机的转速为（ ）r/min 。 A 4000-6000 B 12000-15000 C 4000-10000 D >15000 2.永磁同步电机的转速为（ ）r/min 。 A 4000-6000 B 12000-15000 C 4000-10000 D >15000 3.磁通所通过的路径称为（ ） A 磁感线 B 磁场强度 C 磁路 D 磁阻 4.用于制造永久磁铁和扬声器的磁钢的是（ ）。 A 硬磁材料 B 软磁材料 C 矩磁材料 D 普通材料 5.用于制造计算机中磁存储元件的磁芯、磁棒和磁膜等的是（ ）。 A 硬磁材料 B 软磁材料 C 矩磁材料 D 普通材料 6.用于制造电动机、变压器和继电器的铁芯的是（ ）。 A 硬磁材料 B 软磁材料 C 矩磁材料 D 普通材料 7.右图的电路符号所示为（ ）。 A 功率二极管 B 功率MOSFET C IGBT D GTR 8.功率MOSFET 指的是( )。 系 班 级 姓 名 学 号 命题教师 教研室负责人 系 负责人 试卷类型 A ………………………………………密封线………………………………………密封 H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 课程学术报告 课程名称：电机与电器学科最新发展动态设计题目：电机驱动技术的发展现状及前 景展望 姓名：王胤燊 学号：11S006014 指导教师：梁维燕院士邹继斌教授 杨贵杰教授翟国富教授时间：2012.7.10 哈尔滨工业大学 电机驱动技术的发展现状及前景展望 王胤燊 （哈尔滨工业大学电气工程系，黑龙江哈尔滨150001） 摘要：一个多世纪以前电动机的发明使其成为工业革命以后的主要驱动力之一。它在各种机械运动中的广泛应用使生活变得简单并最终推动了人类的进步。逆变器的出现推动了交流电机速度和转矩控制的发展，这使得电机在仅仅30年就应用到了不可思议的领域。功率半导体元件和数字控制技术的进步使得电机驱动具有了鲁棒性并且能够实现高精度的位置和速度控制。交流驱动技术的应用也带来了能源节约和系统效率的提高。这篇文章回顾了交流电机逆变技术的发展和应用中所起的作用，并介绍了电机驱动技术的发展前景。未来更有效更强劲的电机驱动技术的发展对于实现不污染电网系统和提高生产力这样的节能环保型驱动很重要。 PRESENT STATE AND A FUTURISTIC VISION OF MOTOR DRIVE TECHNOLOGY W ANG Yinshen, (Dept of Electrical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China) Abstract：One of the main driving force behind the industrial revolution was the invention of the electric motor more than a century ago. Its widespread use for all kinds of mechanical motion has made life simple and has ultimately aided the advancement of human kind. The advent of the inverter that facilitated speed and torque control of AC motors has propelled the use of electric motor to new realms that was inconceivable just a mere 30years ago. Advances in power semiconductors along with digital controls have enabled realization of motor drives that are robust and can control position and speed to a high degree of precision. Use of AC motor drives has also resulted in energy savings and improved system efficiency. This paper introduces some futuristic vision for the motor drive technology. The development of more efficient, more powerful electric motor drives to power the demands of the future is important for achieving energy savings, environmentally harmonious drives that do not pollute the electrical power system, and improving productivity. 1引言 电机本体及其控制技术在近几年取得相当大的进步。这要归功于半导体技术的空前发展带来的电力电子学领域的显著进步。电机驱动产业发展的利处已经触及各种各样的设备，从大型工业设备像钢铁制造厂、造纸厂的轧钢机等，到机床和半导体制造机中使用的机电一体化设备。交流电机控制器包括异步电机控制器和永磁电机控制器，这两者在电机驱动业的全过程中起着关键性作用。图1所示为电流逆变器（异步电机控制器）和交 高功率密度盘式轮毂电机集成技术 实能高科 一、轮毂技术国内外现状 轮毂电机技术又称车轮内装电机技术，它的最大特点就是将动力、传动和制动装置都整合到轮毂内，因此将电动车辆的机械部分大大简化。早在1900年，就已经制造出了前轮装备轮毂电机的电动汽车，在20世纪70年代，这一技术在矿山运输车等领域得到应用。作为比较先进的驱动技术,国外有很多研究所和公司都对轮毂电机进行了专项研究,并已经开始将其应用到实际产品中。位于美国加州的通用汽车高级技术研发中心成功地将自行研制的轮毂电机应用到雪弗兰s210皮卡车中。该电机给车轮增加的重量只有约15kg,却可产生约25kW的功率,产生的扭矩比普通的雪弗兰s210四缸皮卡车高出60%,加速性能也有所提高。 通用开发的为150吨的重型卡车设计的轮毂电机（内燃动力电传动） 典型内转子结构的轮毂电机驱动系统结构示意图 日本对轮毂电机研究起步早,技术在世界上处于领先。日本庆应义塾大学清水浩教授领导的电动汽车研究小组在过去10年中,研制的IZA、ECO、KAZ等电动汽车均采用轮毂电机驱动技术。其中后轮驱动电动汽车ECO采用的永磁无刷直流电机,额定功率618kW,峰值功率可达20kW。 本田研发的轮毂电机实物 日本包含丰田在内的各大公司在2003年东京汽车展上纷纷推出自己的轮毂驱动产品,如:普利司通公司的动力阻尼型车轮内装式电机系统、丰田公司的燃料电池概念车FINE2N等等。法国的TM4公司设计的一体化电动轮,采用外转子永磁无刷直流电动机,额定功率为1815kW,额定转矩为950r/min,额定工况下的平均效率可达96.13%,峰值功率可达80kW,峰值扭矩为670N?m,最高转速为1385r/min。 目前国内也有自主品牌汽车厂商开始研发此项技术，在2011年上海车展展出的瑞麒X1增程电动车就采用了轮毂电机技术。 米其林研发的将轮毂电机和电子主动悬挂都整合到轮内的驱动/悬挂系统结构图 轮毂电机驱动系统根据电机的转子型式主要分成两种结构型式：内转子式和外转子式。其中外转子式采用低速外传子电机，电机的最 新能源汽车驱动电机发展趋势【干货】 新能源汽车驱动电机发展趋势 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 随着全球汽车电动化渗透率的不断提高，驱动电机行业将会迎来整体规模的迅速扩张。在这一过程当中，具备规模效应和技术优势的第三方电机制造商将有机会迅速扩大市场份额，收获业绩的大幅增长。 全球驱动电机市场趋势 根据估测，随着全球汽车电动化快速推进，新能源汽车电机系统市场将随之快速扩张，市场规模有望从2015年的$23亿增长到2030年的$318亿。 新能源汽车电机系统主要包括电动机和逆变器两部分，虽然同其他大部分汽车零部件一样，这两部分部件长期都面临降价压力，但是由于新能源汽车总量的上升，行业总体还是具备较大上升空间。我们预期到2030年市场规模年均增速将在18%-20%左右。 系统单价方面，电机系统整体往高功率方向发展的同时也带来了装配价格的提升。 根据估测，在中性假设条件下，2030年电动车销量将达到2000万台，约占当年乘用车总销量的16%-18%。然而，如果放到乐观情景下，即电池价格大幅下滑，且环保政策更加严厉的条件下，电动车销量增长的速度有可能大幅上升，我们预期在乐观情况下新能源汽车年销总量有可能达到3000万台的水平，约占当年汽车销量的25%-27%。 预计单电机混动车的功率需求大约在30kw左右(平均价格约$200-$300)，双电机插电混功率约为50-100kw(平均价格$800-$1000)，纯电动车的电机功率约为200kw(平均价格$1000-$1500)。 电动机市场情况 将“电机固有步距角”细分成若干小步的驱动方法，称为细分驱动，细分是通过驱动器精确控制步进电机的相电流实现的，与电机本身无关。其原理是，让定子通电相电流并不一次升到位，而断电相电流并不一次降为0(绕组电流波形不再是近似方波，而是N级近似阶梯波)，则定子绕组电流所产生的磁场合力，会使转子有N个新的平衡位置(形成N个步距角)。 最新技术发展： 国内外对细分驱动技术的研究十分活跃，高性能的细分驱动电路，可以细分到上千甚至任意细分。目前已经能够做到通过复杂的计算使细分后的步距角均匀一致，大大提高了步进电机的脉冲分辨率，减小或消除了震荡、噪声和转矩波动，使步进电机更具有“类伺服”特性。 采用细分技术与步进电机精度提高的关系：步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术，其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动，提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。 步电机系统解决方案 细分后电机运转时对每一个脉冲的分辨率提高了，但运转精度能 否达到或接近脉冲分辨率还取决于细分驱动器的细分电流控制精度 等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大;细分数越大精度越难控制。 真正的细分对驱动器要有相当高的技术要求和工艺要求，成本亦会较高。国内有一些驱动器采用对电机相电流进行“平滑”处理来取代细分，属于“假细分”，“平滑”并不产生微步，会引起电机力矩的下降。真正的细分控制不但不会引起电机力矩的下降，相反，力矩会有所增加。 对实际步距角的作用：在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己对步距角的要求。如果使用细分驱动器，则用户只需在驱动器上改变细分数，就可以大幅度改变实际步距角，步进电机的‘相数’对改变实际步距角的作用几乎可以忽略不计。 深圳市维科特机电有限公司成立于2005年，是步进电机产品的销售、系统集成和应用方案提供商。我们和全球产品性价比高的生产 厂家合作，结合本公司专家团队多年的客户服务经验，给客户提供有 步电机系统解决方案 交流电机驱动技术 贝加莱工业自动化有限公司 何新峰 1. 目前交流电机一般数字控制系统的构成及各部分的功能介绍 交流电机的一般数字控制系统是指以工业计算机为核心，控制对象为各种交流电机的开环或闭环的控制系统。一般情况下为了提高交流电机的控制精度和动态特性我们均采用闭环控制的方式。 针对交流电机的不同类型，目前已经典型应用的控制系统有以下几种： 同步电机控制系统，异步电机控制系统，开关磁阻电机控制系统等。虽然不同的控制方式控制原理不同，但是系统的构成和各部分的功能基本一致。 1) 电源系统 电源系统是指将输入系统的动力电源转换成用于驱动交流电机的直流或交流电源，根据实际控制方式的不同，一般可以分为“交直交”电压源型逆变电路，“交直交”电流源型逆变电路，“交交”型变频电路以及泵电源电路等。图1是“交直交”电压源型电源系统的典型电路，如果将并联的滤波电容去掉，在直流侧串联一个大滤波电感则为“交直交”电流源型电路。 图1 2) 微处理器板 微处理器是用来实现交流电机各种数字控制算法的硬件平台。主要组成如下： a) CPU，通常根据系统的复杂程度选择通用单片机或专用的DSP芯片 b) RAM，ROM，EPROM，CPU外围驱动芯片组 c) 实时钟，通讯接口 d) 总线系统，用来连接主机板和各种外围系统支持板，接口板等。主要有STD总线， 工业PC总线，VME总线等 e) 在实时内核上运行的各种控制算法（U/F控制，矢量控制，直接转矩控制，无速度 传感器控制等） 3) 功率开关器件 功率开关器件通过根据来自微处理器板的控制信号控制大功率输出器件的关断和导通，来实现对交流电机的输出电流和电压的控制。根据控制方式的不同，其输出方式由方波输出逐渐发展到PWM输出或SPWM输出。开关器件也由原来的GTR，MOSFET，发展到IGBT，IPM等。参见下面的典型IGBT逆变输出电路。 图2 4) 接口和外围设备 接口和外围设备主要用来连接外部的输入装置和数字控制系统的各种数字量，模拟量等被控量的反馈信号。 a) 数字输入输出接口，主要分为并行输入输出接口扩展和串行输入输出接口扩展，主 要用来扩展系统外部存储器和数字量的输入输出。 b) 模拟量输入输出接口，主要分为数/模转换器和模/数转换器。来自微处理器的数字 量控制信号经过D/A转换成模拟量信号输出到外围控制部件，同样系统外部的各 种传感器信号（电压，电流，温度等）也经过A/D转换成数字量信号经过总线系 统传送到CPU中进行相应的控制。 c) 通信接口，主要分为并行通信和同步或异步串行通信。使用通信接口可以将多个处 理器系统连接起来实现故障诊断，软件监控，多台交流电机联动控制等功能。 d) 键盘与显示接口，用来实现人机交互。 5) 信号检测及处理 采用闭环控制的数字控制系统必须实时检测被控对象的各个参变量，然后反馈给主CPU。交流电机的主要检测物理量为，电机电枢温度，定子电流，电子电压，电机转速，电机位置等。 a) 电流检测主要采用采样电阻法，电流互感器法和霍尔元件检测法。 b) 电压检测主要采用电阻分压法，电压互感器法和霍尔传感器法 c) 温度检测主要采用热电阻和热开关继电器等元件 d) 电机位置和速度检测主要采用测速电机和位置编码器等反馈形式。其中位置编码器 可以根据实际使用的要求分别选用旋转编码器，光电编码器等多种类型。 必看2018 年度电机驱动与电力关键技术发展趋势分析 一、中国新能源汽车重大共性关键技术的主攻方向《申报指南》列出2018年中国新能源汽车技术的主攻方向包括:动力电池与电池管理系统,电机驱动与电力,电子、电动汽车智能化,燃料电池动力系统,插电/增程式混合动力系统,纯电动力系统。一共是6个方向,再细分24 个研究任务。笔者理解 ①企业与政府规划要保持一致，企业经营活动(含技术攻关)要在政府的顶层设计下开展。 ②企业2018年具体的新能源汽车研究(开发)项目必须在6个方向下、24个研究任务之中; ③企业具体技术研究和开发项目,理应与中央政府政府年度计划技术攻关项目对应起来。 二、2018 年度电机驱动与电力关键技术研究任务 1、商用车高可靠性车载电力电子集成系统开发 ①研究内容: 研究基于功率器件级集成的多变流器拓扑结构和绝缘栅双极型晶体管(ⅠGBT)芯片集成封装技术;研究机-电-热集成设计技术及电磁兼容技术;研究硬件安全冗余、软件容错等系统功能安全技术;研究集成电力电子控制器产品(简称PCU)的可靠性及测试方法。开发出适用于10~12 米纯电动、插电 式、增程式客车的PCU 产品。 ②考核指标:商用车电力电子集成控制器产品比功率≥ 10.0kV A/kg;控制器最高效率≥98%,效率大于90%的高效区≥80%,集成控制器电磁兼容性能(EMC)(带载)、可靠性和产品设计寿命满足整车要求,PCU 产品寿命≥8 年(以关键器件寿命设计文件与加速寿命验证测试报告作为验收依据);配套整车产品完成公告,并批量装车。 笔者解读 Ⅰ)功率器件级集成的多变流器拓扑结构和绝缘栅双极型晶体管(ⅠGBT)是核心竞争力技术和产品,是中国发展新能源汽车的短板。Ⅱ)适用于10~12 米纯电动、插电式、增程式客车的PCU 产品,是主攻方向。 Ⅲ)集成控制器电磁兼容性能(EMC)(带载)、可靠性和产品设计寿命满足整车要求,目前公交车整车生产企业急需这样的产品。 Ⅳ)中国发展新能源汽车必须要能自己研发和生产功率器件【绝缘栅双极型晶体管(ⅠGBT)】,否则,弯道超车就只是一个口号而已。 2、轿车高可靠性车载电力电子集成系统开发 ①研究内容:研究基于功率器件级集成的多变流器拓扑结构,开发机-电-热集成设计技术及电磁兼容技术;研发芯片集成封装技术及硬件安全冗余、软件容错等系统功能安全技术;研究 一、单项选择题 （1）下列电机中实现电能传递功能的是（） A. 直流发电机 B. 直流电动机 C. 三相异步电动机 D. 变压器 （2）测速发电机属于那种类型的电机（） A. 直流发电机 B. 控制电机 C. 交流发电机 D. 变压器 （3）永磁式直流电机属于下面的那种类型（） A. 串励 B. 并励 C. 他励 D. 复励 （4）电动机启动转矩大，适用于牵引和起重，电动机转速随负载大小变化的波动小，且可以调节，可用于定速或调速之用。（） A. 他励、串励 B. 串励、并励 C. 串励、他励 D. 并励、串励 （5）当电动机在电枢电流的作用下旋转时，其电枢线圈会切割磁力线这一运动会在电枢中产生感生电动势，该电动势产生的电流方向及其大小分别与下列哪些量有关。（） A. 转向、转速 B. 外加电源方向、转速 C. 转速、外加电源方向 D. 转向、外加电源方向 （6）以下哪个不是直流电机的基本方程（） A. 电动势平衡 B. 能量系统的功率平衡 C. 机械系统转矩平衡 D. 能量平衡 （7）电力拖动系统拖动生产机械稳定运行时，电动机输出转矩的大小由下面的那个量决定。（） A. 功率大小 B. 负载大小 C. 转速大小 D. 功率和转速的大小 （8）以下关于直流电动机固有机械特性的描述错误的是（） A. 电磁转矩T越大，转速越低 B. 当T=0时，为理想空载转速，他励直流电机在一定条件下能超过理想空载转速 C. 斜率β小，特性线较陡，称为硬特性，β大，特性线较平称为软特性 D. 电机启动时n=0，启动转矩比额定转矩大 （9）当电机的电磁转矩和负载转矩满足条件时，以下描述正确的是（） A. 电机在负载与电磁转矩交点附近处于加速状态 B. 电机在负载与电磁转矩交点附近处于减速状态 C. 电机在负载与电磁转矩交点附近特性曲线具有下降趋势 D. 电机在负载与电磁转矩交点附近特性曲线具有下降趋势 （10）下面关于电机启动时，有关电流的说法错误的是（） A. 过大的启动电流I st对电网也会有很大冲击 B. 过大的T st会造成冲击易损坏传动机构 C. 过大的起动电流I st可能烧坏电枢 D. 应控制启动电流，使其小于额定电流 （11）下面有关功率的概念从大到小排列的是（） A. 从电磁功率、机械功率、附加损耗、机械损耗 B. 从电网吸收的功率、电磁功率、机械功率、机械损耗 C. 从电网吸收的功率、电磁功率、空载损耗、机械损耗 D. 机械功率、电磁功率、空载损耗、机械损耗 （12）直流他励电动机稳定运行时，电动机的电磁转矩与负载转矩相平衡指的是什么（） A. 电磁转矩与负载转矩大小不等、方向相同 B. 电磁转矩与负载转矩大小相同、方向相反 C. 电磁转矩与负载转矩大小相等、方向相反 电动车驱动电机及其控制技术综述 摘要：简述了电动车驱动系统及特点，在此基础上详细分析并比较了电动车主要电气驱动系统，着重介绍了一种深埋式永磁同步电动机及其控制系统，最后简要概述了电动车电气驱动系统的发展方向。 1 概述 电动车是一种安全、经济、清洁的绿色交通工具，不仅在能源、环境方面有其独特的优越性和竞争力，而且能够更方便地采用现代控制技术实现其机电一体化的目标，因而具有广阔的发展前景。 现有电动车大致可以分为以下几个主要部分：蓄电池、电池管理、充电系统、驱动系统、整车管理系统及车体等。驱动系统为电动车提供所需的动力，负责将电能转换成机械能。无论何种电动车的驱动系统，均具有基本相同的结构，都可以分成能源供给子系统、电气驱动子系统、机械传动子系统三部分，其中电气驱动子系统是电动车的心脏，主要包括电动机、功率电子元器件及控制部分。如图1所示。 其中，电动车驱动系统均具有相同或相似的功能模块，如图2所示。 2 电动车电气驱动系统比较 电动机的类型对电气驱动系统以及电动车整体性能影响非常大，评价电动车的电气驱动系统实质上主要就是对不同电动机及其控制方式进行比较和分析。目前正在应用或开发的电动车电动机主要有直流电动机、感应电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机四类。由这四类电动机所组成的驱动系统，其总体比较如下表所示。 电动车电气驱动系统用电动机比较表 下面分别对这几种电气驱动系统进行较为详细地分析和阐述。 2.1 直流驱动系统 直流电动机结构简单，具有优良的电磁转矩控制特性，所以直到20世纪80年代中期，它仍是国内外的主要研发对象。而且，目前国内用于电动车的绝大多数是直流驱动系统。 但普通直流电动机的机械换向结构易产生电火花，不宜在多尘、潮湿、易燃易爆环境中使用，其换向器维护困难，很难向大容量、高速度发展。此外，电火花产生的电磁干扰，对高度电子化的电动汽车来说将是致命的。此外，直流电动机价格高、体积和重量大。随着控制理论和电力电子技术的发展，直流驱动系统与其它驱动系统相比，已大大处于劣势。因此，目前国外各大公司研制的电动车电气驱动系统已逐渐淘汰了直流驱动系统。 2.2 感应电动机驱动系统 2.2.1 感应电动机 电动车感应电动机与一般感应电动机相比较具有以下特征： （1）稳定运行时，与一般感应电动机工况相似。 （2）驱动电动机没有一般感应电动机的起动过程，转差率小，转子上的集肤效应不明显。 （3）运行频率不是50hz，而是远远在此之上。 （4）采用变频调速方式时，转速与极数之间没有严格对应关系。 为此，电动车感应电动机设计方面如下特点： （1）尽力扩大恒转矩区，使电动机在高速运转时也能有较高转矩。而要提高转矩，则需尽量减小定转子之间的气隙，同时减小漏抗。 （2）更注重电动机的电磁优化设计，使转矩、功率和效率等因素达到综合最优。 （3）减少重量、体积，以增加与车体的适配性。 2.2.2 控制技术 应用于感应电动机的变频控制技术主要有三种：v/f控制、转差频率控制、矢量控制。20世纪90年代以前主要以pwm方式实现v/f控制和转差频率控制，但这两种控制技术因转速控制范围小，转矩特性不理想，而对于需频繁起动、加减速的电动车不太适宜。近几年 编号：35 《电动汽车》课程论文 电动车电机驱动控制技术的研究现状及 其发展趋势 Study Status and DeveIopment Trend of EIectric VehicIe ControI TechnoIogy of Motor Driving 班级：车辆1103 姓名（及手机）：李朗 学号：1101504321 任课教师：郑建祥 2013年5月14号 电动车电机驱动控制技术的研究现状及其发 展趋势 摘要：当今世界上节能和环保日益受到重视，因此电动车技术的发展步伐正在加快。本文综合评述了电动车的关键技术—电机驱动技术，并对未来的发展趋势作了展望。 关键词：电动汽车；电机；驱动系统 Study Status and DeveIopment Trend of EIectric VehicIe ControI TechnoIogy of Motor Driving Abstract：The development of the technology for electric vehicle is speeding up，as more attentions have been paid to the world energy saving and environment protection.This article described the key technology to electric vehicle———the motor driving control system，and made a prospect for the future technology. Key words：electric vehicle；motor；driving V1.0 目录 一、电机 (2) 二、PWM (2) 三、电机驱动 (3) 1、原理介绍 (3) 2、H桥 (3) 3、电机驱动保护 (4) 四、场效应管 (4) 五、集成驱动芯片及应用电路 (5) 1、L298 (5) 2、MC33886 (6) 3、BTS/BTN系列 (6) 4、集成驱动芯片的问题 (7) 六、分立元件驱动电路 (8) 1、2PMOS+2NMOS (8) 2、4NMOS (9) 七、PCB注意事项 (11) 一、电机 电机（马达）是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置（电能转化为机械能）。在电路中用字母M表示。按工作电源种类划分可分为直流电机和交流电机。直流电动机按结构及工作原理可划分无刷直流电动机和有刷直流电动机……等等。分类巨多，用处各不同。智能车用的电机是比较简单的永磁直流电机。对于这样的电机，给其正负端加上正电压，向前转，加上负电压，向后转。 这就像从前玩过的四驱车，打开开关，车就开了，但是问题是这样没法实现调速。智能车控制中加速减速是必须的，所以我们需要一个模块对电机进行加减速甚至正反转的控制，这个模块就是电机驱动。 二、PWM 1、原理介绍(本文档原理全部为帮助理解，并不是准确的电路理论) 由以上的说明我们可以得到这样一个直观认识：电机驱动可以视为一个可以由电路控制的开关。所以理论上一切有开关特性的电子元器件皆可用来构成电机驱动（但是要考虑功率等的问题）。比如继电器、三极管、场效应管等。但其中继电器的控制频率受很大限制，一般三极管的功率达不到要求，所以现在的智能车电机驱动多采用场效应管（不管是分立元件还是集成芯片）。 再回到电机操作上，你可以发现，有一个可控开关（现在姑且这么称呼）的电机驱动的却可以实现对电机速度的控制，但是有时候在急弯前需要刹车，即给车一个反向加速度，制动力让车迅速减速，这时候上述方案就不行了，因为上面的电路电机对车的力反向只是从0到最大，而如果希望倒转，则需要从负值最大到正值最大。实现这个想法的电路叫做H桥，又称为全桥驱动。 2、H桥 状态1 状态2 桥是如何实现控制电机的正转倒转调速的请看表2的状态1与状态2 中，左上角和右下角的可控开关导通，左下角和右上角的开关断开，此时电机正端（规定此图中左端为正）加上正电压，负端接地，电流正向流过，电机正转。 中，左下角和右上角的可控开关导通，左上角和右下角 此时电机正端接地，负端加上正电压，电流负向流过， 这样就实现了控制电机正转倒转。调速的方式和之前一样，输 信号，使之每周期导通的时间受控，实现速度调节。 桥的四个控制臂可以输入多种状态的信号，状态1和状态2 只是其中两种，而有一种特殊的状态需要特别注意：某一边的控制 端同时让开关导通（右图）。这时，很明显，相当于正负极短路了， 《驱动电机及控制技术》教学大纲 一、授课对象 本课程适用于汽车服务系新能源汽车制造与装配专业（中、高级）班三年制 二、课程学时 总学时108课时，6课时/周，1学期授完。 三、课程的任务和目的 本课程是中等职业学校电子技术应用与维修专业教材，是一门机电类专业课程。其任务是：使学生掌握常用电动机的结构及其控制方法，培养学生对常用电动机的维护、保养与检修的技能和解决实际问题的能力；对学生进行职业意识培养和职业道德教育，提高学生的综合素质与职业能力，增强学生适应职业变化的能力，为学生职业生涯的发展奠定基础。 本课程目的是：使学生能掌握电动类、制冷类日用电器中主要使用的三种电动机——单相异步电动机、直流电动机和单相串励电动机的结构、原理及应用，以及电动类、制冷空调类电器专用电动机的结构及其控制方法。熟悉对上述电动机进行维护、保养与检修。结合生产生活实际，培养学生对所学专业知识的兴趣和爱好，养成自主学习与探究学习的良好习惯，从而能够解决专业技术实际问题，养成良好的工作方法、工作作风和职业道德。 四、课程内容和要求 第一章：直流电动机 8课时 1．教学内容： 第一节：直流电动机的结构和分类 第二节：直流电动机的工作原理与运行特性 第三节：直流电动机的起动、反转和调速。 2．教学要求与建议：了解直流电动机的基本结构和分类，掌握直流电动机 的基本工作原理，理解直流电动机的起动、反转、调速的原理和方法，初步了解 直流电动机常见故障的检修方法。 第二章：单相异步电动机 10课时 1.教学内容： 第一节：异步电动机的结构和工作原理 第二节：单相异步电动机的分类 第三节：单相异步电动机的反转和调速 2．教学要求与建议：了解单相异步电动机的基本结构，掌握单相异步电动 机的基本工作原理，理解异步电动机的分类和起动方式，了解单相异步电动机的 反转、调速的原理和方法，初步了解单相异步电动机常见故障及其检修方法。 电动汽车驱动电机与电机控制器国内外发展现状 1、国外驱动电机在新能源汽车上的应用 电机方面： 全球范围看，有刷直流电机、一般同步电机、感应电机与有刷磁铁电机商品化历史最长，产品更新换代不断，迄今还在应用。上世纪80 年代开始进入商品化的表面永磁同步电机与1990 年代以来研制开发的开关磁阻电机、内置式永磁同步电机以及最新的同步磁阻电机相继进入市场，并在电动汽车与混合动力汽车上获得应用。 根据电动汽车、混合动力车车型的开发应用年代，日本的产业水平与市场偏好，成本核算等方面考虑，先采用感应电机，而近几年来在批量生产的日本电动汽车车型上以采用永磁同步电机为主流。 近年来美、欧开发的电动汽车多采用交流感应电机。其主要优点是价格较低，性能可靠；缺点是起动转矩小。日本近年来问世的电动汽车与新型混合动力车大多采用永磁电机。其主要优点是效率比交流感应电机高，但价格较贵。永磁材料耐热温度低于120℃，而开关磁阻电机(SRM：Switched Reluctance Motor)结构新型、简单、起动性能好，无大的冲击电流，但噪声大。 驱动电机系统的驱动方式与控制方面： 车辆的电机驱动系统的驱动方式可分为集中驱动与车轮独立驱动。集中驱动结构简单，可以沿用内燃机汽车的部分传动装置，是目前应用最多的电驱动方式，容易处理电机冷却、防振以及电磁干扰等问题。但是集中驱动传动系统复杂、传动效率低，不能对两侧驱动轮转矩进行单独控制，影响车辆的操纵稳定性。 车轮独立驱动的范例是三菱汽车公司应用开发的轮毂电机电动汽车，和日产汽车公司开发的轮毂电机电动汽车。 车轮独立驱动的优点是简化传动系统，布置方便；由于每个电机可以单独控制，能实现车轮驱动力的单独调节和施加横摆力矩控制，容易实现车辆底盘系统的电子控制，改善车辆驱动性能和行驶性能。但轮毂电机驱动系统会使车轮质量过大，对于整车动力性能造成影响，还可能带来其它问题，如电机散热、防水、防尘难度大等。 正因为上述问题，三菱在推出新一代电动汽车“iMiEV”时，不再采用轮毂电机，仍采用集中驱动系统，驱动电机采用永磁电机。 至于电机驱动系统的控制，涉及到电压波形与调制率控制、矩形波电压相位控制、直流电流失调反馈(DC offset feedback)控制，与可变电压系统控制。此外，在电机控制的硬件方面，例如混合动力车用电机控制在100us 程度的抽样周期中必须进行多项控制计算，再加上保险失效处理功能(fail safe)，其编制程序极其繁复。 从驱动系统的实际应用中，因为仍以传统的集中驱动方式作为主流，而永磁电机由于其优点突出，在日本纯电动汽车与混合动力车上得到更多应用。而从成本角度来看，采用集中驱动可以尽可能沿用基型车的车身和悬架而降低成本，往往比采用轮毂电机驱动系统成本低。而iMiEV 纯电动车采用传统的集中驱动系统，即驱动方式通过减速器、差速器、驱动轴把电机输出扭矩传递到左右车轮，驱动车辆行驶。 2、国内驱动电机行业现状 电机业中的小行业、但制造门槛高 作为电机行业的细分领域，电动汽车驱动电机是一个小行业。主要是由于市场处于起步 电机驱动及控制模块 3.3电机驱动及控制模块 331 电机特性 —小车前进的动力是通过直流电机来驱动的，直流电机是最早出现的电动机, 也是最早能实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的 统治地位。它具有良 图7主、从单片机小系统应用电路 好的线性调速特性，简单的控制性能， 较高的效率，优异的动态特性。系统 选用的大谷基础车的260马达作为驱动电机。其额定电压为 3-12V ，额定功率 0.02KW 额定转速 3000r/min 。 近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化， 随着计算机进入 控制领域，以及新型的电力电子功率元件的不断出现，使采用全控制型的开关 功率元件进行脉冲调制（Pulse Width Modulation 简称PWM 控制方式已经成 为主流，这种控制方式容易在单片机控制中实现。 BE yr CAPCAP 2+ CAP + CiP I * EP Z CAP b HT-OVTl rr-xrr: T-m TDU rae.-[tfi E-C'UTL 化UT2 H 山习4 F21TF 匸曲 ~IF P22 vcc P22 m 酯T KX1WXI Pi - ? TTCZ'JPJL Pl? YT 11 T m 電 XTALi P14 nffo/pss F13 D1TLJP3J P12 JP34 P1J PLD PA 回■! P 討TCAO PM 时 ow P 禹 PIO Vcc P]1 FOCUADQ P32 POL/ADL E>JJ ! Plfl Pt3(AD3 P]5 P 】6 f ：^AD5 P17 P0*'AD6 PB7/AD7 RST Tmjpsi EX LVD^ fiZRST2 AL&FI 5 曲朗 卜⑷PJ 4 wwu TflrP34 ri 郴 PIT PM 廻p 北 F35 FiZiiP]! F24 F33 xrAi.3 P]3 j^TALL P.3L Pin tr 空【 时 LED T 级, 厂：1巧处4打"卜单怜机 VCC 鱼T Z? 1. P ■ ■ ?一 ■■ ■ ■ b w 1 ? 3 *?!>rr ? .1 L I I I I r —PF p p Lp《驱动电机及控制技术》课程标准-电气自动化专业
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