习
F BlI
电机的基本原理
eI l B = F v B l
Pe ei 电能
机械能 Pm T
直流电机的结构
定子
stator
电枢绕组
Armature winding
换向器
commutator
转子
rotor
发动机起动机
励磁绕组
Exciting winding
定子
stator
电枢绕组
Armature winding
控制灵活：
可以实现扭矩（力）和转速（速 度）大小方向的灵活控制；
根据电源性质
直流电机 交流电机___交流同步电机
|_交流异步电机
根据能量传递转换的功能
发电机 电动机
根据运动的形式
旋转电机 直线电机
电机分类
电动汽车与混合动力汽车
功率密度 效率 可控性 可靠性 技术成熟度 成本
直流电机
2.5 2.5 5 3 5 4
转速控制（流体负载）
CPU风扇 发动机油泵，水泵 ……
位置控制（位能负载）
电梯 机器人手臂 数控机床 ……
B. Sarlioglu, C. T. Morris, D. Han, and S. Li, "Driving Toward Accessibility: A Review of Technological Improvements for Electric Machines, Power Electronics, and Batteries for Electric and Hybrid Vehicles," IEEE Industry Applications Magazine, vol. 23, pp. 14-25, 2017.
转子
rotor
换向器
commutator
直流电机的励磁形式
电枢绕组
Armature winding
换向器
commutator
直流电机的基本原理
直
流
电
机
的
T IBS
基
T BSI sin
本
原
理
起动问题？ 转矩波动？
直 流 电 机 的 转 矩 波 动
直流电机的控制
讲师：XXX 车用电机原理及应用
Байду номын сангаас
异步感应电机
4.5 4.5 5 5 5 4
永磁同步电机
5 5 4.5 4 4.5 4.5
开关磁阻电机
3.5 3.5 3 5 4 4
Tasla——induction motor
Pruis——PMSM motor
Pruis——PMSM motor
其他车用电机
起动机
发电机
电子节气门
电控喷嘴
48V系统
电
驱
机械能
机械能
俄籍物理学家 楞次（1804-1865）
《电动机与发电机的可逆性》
电能
电机的发展
电池
➢ 能量密度 ➢ 成本 ➢ ……
输电
效率
直流电机 高压
电动模型车（1935）
交流输电
交流电机
十九世纪八十年代，特斯拉发明了交流电以克服直流发电 不适用于远距离传输的问题，交流输电开始逐步被接受。 1888年，俄国电工科学家多利沃-多布罗沃利斯基制成了一 台功率为 2.2千瓦的交流发电机，这是世界上第一台可实 用化的三相交流异步电机
交流电机 • 交流电机的工作原理及分类（第7章） • 永磁同步电机的建模（第9章） • 永磁同步电机矢量控制（10.1） • 三相交流逆变电路的原理及应用（10.3-10.4） • 永磁同步电机的效率特性与外特性（8.4） • 感应电机的原理与矢量控制（第11章）
参 考 资 料
讲师：XXX等. 车用电机原理及应用. 北京：机械工业出版社，2016
绪论
讲师：XXX 车用电机原理及应用
电能的利用
电机的发展
英国物理学家、化学家 法拉第（1791-1867）
“电磁转动” 他将导线放置于内嵌磁铁的汞池之中，利用 化学电池在导线中通入持续电流，此时导线 绕着磁铁旋转。
电能
“法拉第盘” 1831年，法拉第利用电磁感应现象，发明了 法拉第圆盘发电机。法拉第盘的主体是一导 电圆盘，当该导电圆盘在垂直于磁场的平面 内旋转时，其半径切割磁场的磁力线，在圆 心与圆周之间产生感应电动势。
讲师：XXX 车用电机原理及应用
电磁感应定律
电 磁
感应电动势的大小与其交链的磁 通的变化率成正比
u d Bds Blv dt dt
学
复 习
motional EMF 导体切割磁力线 transformer EMF 有磁场变化引起.
洛伦兹
电
力
磁
磁场对运动电 荷的作用力
学
F Bqv
复
电路中的宏观描述
动
悬
电动助力转向（EPS）
架
本 课 程 的 主 要 内 容
直流电机 • 直流电机的工作原理（第2章） • 直流电机的建模（3.1-3.2） • 直流电机的控制（3.3-3.4）
电力电子 • PWM技术原理（第5章） • 电力电子电路的实现（6.2-6.3） • 整流与逆变电路（6.4） • 电力电子电路的散热设计（6.5）
直流电机模型
e=Ke f ke T =KT f i kTi
La
dia dt
= ua ia Ra ke
J
d
dt
kTi TL
转矩控制
PI转矩控制
速度/位置 梯级控制
梯级PI控制器设计
s s s s * s TL s * s TL s
状态反馈控制
直流电机建模
讲师：XXX 车用电机原理及应用
美籍物理学家 特斯拉 （1856-1943）
80% *（ 60% * 电能利用=电机消耗）=交流异步电消耗机
电机的发展
交流发电机
电网 50/60Hz
➢ 供电频率 ➢ 供电相角
交流电动机
电力电子技术 （变频技术）
电源
变频器
电机
电机在交通系统中的应用
电机的用途
转矩输出（牵引负载）
汽车驱动 转向助力 高铁 电力航母 ……
三峡电机 大 电 额定功率 700MW
额定电压 20kV
机 额定电流 22.5kA 与 小 电 机
电机的特点
功率、转速范围广： 从毫瓦级到百万瓦级；
响应速度快： 是内燃机和汽轮机的10倍以上；
环境友好： 无排放污染，振动噪声小；
设计灵活： 可以被设计成各种形式：蝶形、 筒形、直线形等；
运行效率高： 效率特性均匀，空载和待机模 式下损耗小；
李永东.交流电机数字控制系统（第2版）. 北京：机械工业出版社，2012
Seung-Ki Sul. Control of Electric Machine Drive Systems
张永昌等 译 电机传动系统控制. 北京：机械工业出版社，2014

直流电机原理