电机驱动控制系统1
电机驱动系统名词解释
电机驱动系统名词解释
电机驱动系统名词解释
1.启动控制：启动控制又称为启动器控制或启动调节，它是电动机启动过程中所需的电器设备，是控制电动机转速的重要部件。
2.变频器：变频器是一种电机驱动系统，它使用电子元件将内部输入电源的频率及电压调节为固定频率，以控制和调整电机的转速及功率，从而控制电机的输出功率。
3.数字化控制装置：数字化控制装置是一种用于对电机驱动系统及其他控制设备进行数字化控制的装置，通常用于更精确地控制电机的转速及功率。
4.自动化控制器：自动化控制器是一种具有定时和定压功能的控制装置，用于自动控制电机的转速及功率，从而实现按指定要求控制电机。
5.传感器：传感器是一种装置，它可以感测到电机的运行状态，具有检测电机转速、功率、温度、负载和电流等功能。
使用传感器进行反馈可以精确地控制电机的输出功率。
6.驱动箱：驱动箱是电机驱动系统中主要的元件，由电机、变频器、启动装置及控制装置等组成，为整个驱动系统提供动力源。
新能源汽车驱动电机与控制系统 第一章 电机基础知识
任务1：电机基础知识
信息交互
规划决策
16
（三）电磁学基础知识
励磁绕组：根据其供电方式可以分为直流励磁绕组和交流励磁绕组。直流励磁绕组的优点在于其 可靠性高，但需要使用整流器，转子上也存在集电环与刷子摩擦产生火花等安全隐患。而交流励 磁绕组相对来说更为简单，不需要整流器，且不存在集电环和刷子的问题。但其缺点在于其输出 磁通较弱，需要使用铁心轴，增加铁损
B
磁滞损耗 由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗Ph
10 任务1：电机基础知识
（一）新能源汽车驱动系统概述
传动机构 传动机构指的是将电机输出的扭矩和转 速传递到汽车的主轴上，从而驱动汽车 行驶的机构，主要包含减速器和差速器 的两个部件。
11 任务1：电机基础知识
（一）新能源汽车驱动系统概述
电机的分类
12 任务1：电机基础知识
（二）新能源汽车对驱动电机的性能要求
任务1：电机基础知识
信息交互
规划决策
17
（三）电磁学基础知识
电枢绕组：由一定数目的电枢线圈按一定的规律连接组成，他是直流电机的电路部分，也是感 生电动势，产生电磁转矩进行机电能量转换的部分。 电枢绕组分直流电枢绕组和交流电枢绕组两大类。它们分别用于直流电机和交流电机。
任务1：电机基础知识
信息交互
规划决策
(1)电机结构紧凑、尺寸小，封装尺寸有限，必须根据具体产品进行特殊设计。
(2)重量轻，以减轻车辆的整体重量。应尽量采用铝合金外壳，同时转速要高，以减轻整车的质
量，增加电机与车体的适配性，扩大车体可利用空间，从而提高乘坐的舒适性。
(3)可靠性高、失效模式可控，以保证乘车者的安全。
(4)提供精确的力矩控制，动态性能较好。
电机控制系统的工作原理及应用
电机控制系统的工作原理及应用一、引言电机控制系统是现代工业中广泛应用的一种自动化系统。
它通过对电机的控制，实现对机械设备的精确控制和调节。
本文将介绍电机控制系统的工作原理及其在各个领域的应用。
二、电机控制系统的工作原理电机控制系统主要由以下几个组成部分组成：1.电机：电机是电机控制系统的核心部件，负责转换电能为机械能。
电机的类型可以是直流电机、交流电机或步进电机等。
2.电源：电源为电机提供所需的电能。
3.传感器：传感器用于感知电机的工作状态和环境参数，如转速、温度等。
4.控制器：控制器是电机控制系统的大脑，负责对电机进行控制和调节，根据传感器的反馈信号进行判断和决策。
5.执行器：执行器将控制器发出的控制信号转换为电机所需的驱动力，驱动电机正常工作。
电机控制系统的工作原理可以概括为以下几个步骤：1.接收信号：控制器接收传感器传来的电机状态信号和环境参数信号。
2.判断和决策：控制器根据接收到的信号进行判断和决策，确定电机应该采取的工作模式和参数。
3.发出控制信号：控制器根据决策结果发出相应的控制信号。
4.控制电机：执行器接收控制器发出的控制信号，将其转换为电机所需的驱动力，控制电机正常工作。
5.监测与反馈：控制器持续监测电机的工作状态，并根据传感器的反馈信号进行实时调节和控制。
三、电机控制系统的应用电机控制系统广泛应用于各种工业领域和生活场景。
以下列举了几个常见的应用领域：1.机械制造：电机控制系统在机械制造中起到关键作用。
它可以控制机床、输送设备、装配线等机械设备的运行，实现精确的加工和组装。
2.自动化生产线：电机控制系统被广泛应用于自动化生产线。
它可以实现对生产线上的各种机械设备的自动控制和调节，提高生产效率和产品质量。
3.物流仓储：电机控制系统在物流仓储领域也有重要应用。
它可以控制货物的输送、分拣和储存，实现高效的物流管理。
4.汽车制造：电机控制系统在汽车制造中扮演重要角色。
它可以控制汽车的发动机、制动系统、转向系统等关键部件，实现对汽车性能和安全的控制和调节。
混合动力汽车电机驱动系统
混合动力汽车电机驱动系统一、混合动力汽车电机驱动系统的特点混合动力汽车以电机驱动为辅助动力，来降低燃料消耗，实现低污染、低燃油消耗。
相较于纯电动汽车，混合动力汽车使用的电驱动系统一般有以下特点：1、混合动力汽车使用的电机的响应要求更高，混合动力汽车上的电机往往要求频繁启停、频繁加速以及频繁切换工作模式。
2、混合动力汽车的电驱动系统具有体积小、质量轻、功率密度和工作效率高等性能，这是因为汽车内部空间有限。
3、相较于纯电动汽车上的电动机，混合动力汽车的电机具有更高的可靠性、抗震性和抗干扰性。
混合动力汽车的电驱动系统的工作环境更为恶劣，干扰更大。
4、传统电动机一般工作在额定功率附近，而混合动力汽车的电机的工作范围相对宽泛。
二、混合动力汽车对驱动电机的要求汽车行驶时需要频繁地启动、加速、减速、停车等，在低速行驶和爬坡时需要大转矩，在高速行驶时需要降低转矩和功率。
为了满足汽车行驶动力性的需要，获得好的经济性和环境指标等，就对电机提出了十分严格的要求。
1. 电压高。
采用高电压可以减少电机和导线等装备的尺寸、降低逆变器的成本和提高能量转换效率等。
2. 高转速。
电机的功率 P 与其转矩 M 和转速 n 成正比，即 P ∝M.n，因此，在 M 一定的情况下，提高 n 则可以提高 P；而在 P 一定的情况下，提高 n 则可降低电动机的 M，采用小质量和小体积的电机。
因此采用高速电机是电动汽车发展的趋势之一。
现代电动汽车的高转速电机的转速可以达到 8000-12000r/ min，由于体积和质量都小，有利于降低整车的装备质量。
3. 转矩密度、功率密度大，质量轻，体积小。
转矩密度、功率密度大指最大转矩体积比和最大功率体积比。
转矩密度、功率密度越大，HEV 电机驱动系统占用的空间越小。
采用铝合金外壳等降低电动机的质量。
各种控制装置和冷却系统的材料等也应尽可能选用轻质材料。
4. 具有较大的启动转矩和较大范围的调速性能，以满足启动、加速、行驶、减速、制动等所需的功率与转矩；应具有自动调速功能，减轻操纵强度，提高舒适性，能达到与内燃机汽车同样的控制响应。
电机驱动工作原理
电机驱动工作原理电机驱动是指通过输入电能，将电能转化为机械能来驱动电机运行的过程。
电机驱动广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输、家用电器等，其工作原理非常重要。
本文将介绍电机驱动的工作原理，从电机的基本构造和工作原理、电机驱动主要分类、电机驱动原理和控制方法等方面进行论述。
一、电机的基本构造和工作原理电机是将电能转换为机械能的装置，其基本构造包括定子和转子两部分。
定子是由电磁线圈组成的固定零件，其上通有电流，产生静磁场。
转子是由导磁材料制成的中空圆筒，其内部安装有永磁体或电磁绕组，通过与定子产生的磁场相互作用，实现相对于定子的转动。
工作原理是基于洛伦兹力和倒转力的相互作用。
当电流通过定子线圈时，产生磁场，磁场与转子上导磁材料内部的永磁体或电流相互作用，产生力矩使转子转动。
根据不同的电机类型，工作原理还包括电磁感应、霍尔效应等。
二、电机驱动的主要分类根据不同的应用场景和工作原理，电机驱动可以分为直流电机驱动和交流电机驱动两大类。
1. 直流电机驱动直流电机驱动是指采用直流电作为输入能源的电机驱动系统。
直流电机驱动根据不同的电流类型和控制方式，可以分为直流励磁电机驱动、直流刷擦电机驱动、直流变频电机驱动等。
直流励磁电机驱动是通过控制定子电流的大小和方向来控制电机的转速和转矩。
直流刷擦电机驱动则是借助刷擦装置将直流电能转化为机械能。
而直流变频电机驱动则是通过变频器将交流电源转换为直流电源，并控制直流电机的转速和转矩。
2. 交流电机驱动交流电机驱动是指采用交流电作为输入能源的电机驱动系统。
交流电机驱动常见的类型有感应电机驱动和同步电机驱动。
感应电机驱动是最常见的交流电机驱动方式，其基本工作原理是根据电磁感应产生转矩。
根据定子绕组接入电源的方式和控制方式，可以分为三相感应电机驱动、单相感应电机驱动、变频感应电机驱动等。
同步电机驱动是通过外加磁场与电机产生的磁场进行同步，实现转子的旋转。
常用的同步电机驱动有永磁同步电机驱动和异步电机驱动。
一种基于有感FOC控制的闸机电机驱动系统
一种基于有感FOC 控制的闸机电机驱动系统一、简介电动闸机是一种常见的安全设施，被广泛应用于停车场、小区、工业园区等场所。
电动闸机通常由马达、变速器、减速器、齿轮、滑轨、控制系统等组成。
在控制系统方面，传统的开关控制已经不能满足技术要求，而Field Oriented Control (FOC)则成为控制系统一种更为先进的方案。
此文就介绍一种基于有感FOC 控制的闸机电机驱动系统，该控制系统在电机启动、运行和停止过程中表现出较好的控制性能。
二、闸机电机系统结构闸机电机系统是由电机、驱动器、红外感应器、机械限位等组成。
1、电机闸机电机是系统的动力来源，其选择直接影响到驱动系统的质量。
因此，选用高性能高速电机非常重要。
本控制系统采用的是3 相异步感应电机。
2、驱动器驱动器是将控制信号转换为电机电源信号的设备。
通常采用的是PWM 变频器。
在本控制系统中，控制板采用了TI 32 位DSPTMS320F2808，该处理器具有高速运算，可实现实时控制算法，满足高速闸机电机的要求。
3、红外感应器红外感应器的作用是检测车辆是否接近，从而启动和停止闸机。
在传统控制系统中，这一功能通常由开关控制完成。
但在FOC 控制系统中，由于系统响应速度较快，因此需要高速响应的传感器来感应车辆。
4、机械限位机械限位是一种保护装置，如果闸机在开启或关闭时不能到达所需位置，将停止闸机动作，以防止故障和损坏。
机械限位通常由开关触点、电磁开关、机械结构等组成。
三、FOC 控制系统FOC 是一种由Matsumiya 与Ishida 在20 世纪70 年代初提出的逆变器控制技术。
它通过将三相电流向量分解成两个独立的分量，即磁场分量和转动分量，从而在次要轴上控制电机电流。
FOC 控制技术的目的是使电机的磁通与主轴同步，从而使得控制器可以将电机的运动状态与作用力相应地做出调整。
有感FOC 控制技术是FOC 的一种变形，在常规电机控制中，传感器需要测量电机中的位置附加到控制算法中。
机器人机电驱动系统
4
随着机器人技术的不断发展，机电驱动系统也在不断 进步和完善
x
未来，机电驱动系统的发展趋势主要包括以下几个方 面
高效节能：随着环保意识的不断 提高，高效节能成为了机电驱动 系统的一个重要发展方向。通过 优化电机和控制算法，提高机电 驱动系统的能源利用效率，降低
能耗，减少对环境的影响
模块化和可定制化：随着机器人 应用场景的不断变化，对机电驱 动系统的模块化和可定制化的需 求也越来越高。通过标准化设计 和模块化组合，实现不同规格、 不同用途的机电驱动系统，满足
型包括编码器、霍尔传感器、光栅尺等
3
1
机电驱动系统的控制方式主要包括 开环控制和闭环控制
开环控制是指控制器只根据电机的输 入参数进行控制，不对电机的输出进 行监测和反馈。这种控制方式的优点 是结构简单、成本低，但缺点是精度 和稳定性较差，适用于一些简单的运
动控制场合
2
3
闭环控制是指控制器根据电机的输出进 行监测和反馈，并根据反馈信息进行控 制。这种控制方式的优点是精度和稳定 性高，但缺点是结构复杂、成本高，适 用于一些高精度、高稳定性的运动控制
机电驱动系统主要由电机、控制器和传感器等组成。其中， 电机是实现运动的关键部件，控制器则是实现电机控制的核
心部件，传感器则用于实时监测机器人的运动状态
பைடு நூலகம்
02
机电驱动系统可以根据电机的类型、控制方式、传感器类型
等进行分类。其中，电机的类型包括直流电机、交流电机、
步进电机等；控制方式包括开环控制和闭环控制；传感器类
5
机电驱动系统是机器人运动控制的核心部 分，其性能和可靠性直接影响到机器人的
性能和精度
随着技术的不断发展，机电驱动系统也在 不断进步和完善，高效节能、高精度和高 稳定性、模块化和可定制化、智能化等将
驱动电机系统的组成
驱动电机系统的组成使用驱动电机系统的组成：一、控制器：1. 电源-采用直流电源以驱动所需的电机；2. 伺服控制器-伺服控制器用于控制驱动电机的输出，并根据实时传感器输入更新驱动电机参数以适应环境变化；3. 步进控制器-步进控制器用于控制步进电机，实现定位移动功能；4. 放大器-放大器可以提高电机的输出功率，以达到较快的实现电机运转的速度和响应能力；5. 监控系统-与伺服控制系统配合使用，可以通过对电源的控制实时监控电机的运动状态，实现电机的负载自动调节等功能；二、电机：1. 直流电机-采用直流电机可以实现高速、高精度、低耗能，使用安全可靠；2. 步进电机-步进电机可实现低速、高精度、高耗能的电动控制，实现精细化定位移动；3. 驱动器-可以与电机相配合实现对动作控制和位置控制，例如恒定速度运行，定小范围位移。
三、元件：1. 传感器-可以通过实时监控电机的转速和加速度，精准控制电机的运行状态；2. 接口器-可以与控制器连接，如接收和传递电源、数据信号等；3. 线缆-用于连接传感器和控制器及电机之间，一般采用铜线或光纤缆进行配置；4. 保护装置-可以在出现错误时，及时关断电源，保护驱动电机的安全运行。
四、零件：1. 轴承-用于支撑、支持电机运行，有滚动轴承和滑动轴承等；2. 止动装置-用于控制电机的定位运动，消除电机的抖动，如液压减速机、机械、刹车及齿轮等；3. 接头-用于连接电机、控制器和电源等固定结构配件；4. 防护罩-用于防止异物入侵，保证安全运行，如传感器防护罩、驱动器防护罩等；5. 锁具-用于防止操作人员误操作的固定结构配件。
五、外围设备：1. 气动开关-控制电机的运行速度和起动，保护电路和设备的安全；2. 冷却系统-用于驱动电机过热时冷却电机，保护电动机系统正常运行；3. 变频器-通过变频器可以改变电机的转速，使电机在规定转速以内运行，以达到节能的效果；4. 传动系统-可以实现电动机动作的传动，如皮带传动、蜗杆传动等；5. 定位系统-用于判断电动机的实际位置，并可进行位置的实时跟踪；6. 气动装置-采用气动装置可以实现电机的快速响应及启动，达到快速定位的效果。
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单极型—如MOSFET 双极型—如GTR 复合型—如IGBT
根据器件的控制信号 分类
电流控制器型件 电压控制型器件
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北京信息职业技术学院 交通工程系
电动汽车电机系统检测与维修
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北京信息职业技术学院 交通工程系
PN结的形成及特点
电动汽车电机系统检测与维修
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二极管
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导电北模京信式息工2职5作业波技术形学院 交通工程系
《电动汽车电机控制系统检测与维修》
教学目标 主要内容 学习小结 学习检测
学
习
小 结
本次课我们主要学习了以下内容：
一、学习了电机控制器的组成；
二、学习了电机绝缘栅双极型晶体管 IGBT ；
三、学习了逆变电路。
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北京信息职业技术学院 汽车工程系
教
学 目
教学重点：电机控制器的组成
标
教学难点：绝缘栅双极型晶体管IGBT 作用。
4
北京信息职业技术学院 汽车工程系
《电动汽车电机控制系统检测与维修》
主
学习任务
要 1.电机控制器的组成；
内
容 2.电机绝缘栅双极型晶体管
IGBT ；
3.逆变电路。
教学目标 主要内容 学习小结 学习检测
5
北京信息职业技术学院 汽车工程系
通过控制MOSFET来控制PNP三极管， 从而控制IGBT的开通与关断。
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电动汽车电机系统检测与维修
• 目前IGBT的最高栅极电压通常为20V， • 最高容许结温为150℃。 • IGBT的栅极驱动电压通常为12~15V • 目前商用IGBT的集电极电流最大可做到3600A， • 集射极电压可达到4500V以上 • 中小容量IGBT的开关工作频率在20 kHz~40 kHz, • 大容量IGBT的开关工作频率通常在5 kHz左右 • IGBT是目前应用最为广泛的电力电子器件, • 使用功率范围从几百瓦到数百千瓦。
《电动汽车电机控制系统检测与维修》
主讲：张永新
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《电动汽车电机控制系统检测与维修》
电机驱动控制系统（一）
教学目标
主要内容
学习小结
学习检测
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目录
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《电动汽车电机控制系统检测与维修》
教学目标 主要内容 学习小结 学习检测
➢ 知识目标：
教
学
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电动汽车电机系统检测与维修
4、三相电压型逆变电路
+
N'
-
V 1 U d 2 U
U d 2
V
4
V 3
VD
1
V
VD
4
V
6
V 5
VD
3
W VD
6
V
2
VD
5
VD
2
三相电压型桥式逆变电路
三个单相逆变电路可组合成一个 三相逆变电路，它可看成由三个半 桥逆变电路组成。
电压型三相桥式逆变电路也是 180°导电方式
每桥臂导电角度180°，同一相 上下两臂交替导电，
N
每次换流都是在同一相上下两 臂之间进行，也称为纵向换流。
“先断后通”、死区时间
各相开始导电的角度依次相差 120 °
在任一瞬间将有三个桥臂同时 导通
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电动汽车电机系统检测与维修
4、三相电压型逆变电路 uUN'
北京信息职业技术学院 交通工程系
1、1、逆变概念
电动汽车电机系统检测与维修
Si
S
1
o 负载 3
Ud S2
uo S4
逆变电路原理图
电阻性负载
阻感性负载
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• 2、半桥逆变电路
电动汽车电机系统检测与维修
单相半桥电压型逆变电路
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电动汽车电机系统检测与维修
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北京信息职业技术学院 交通工程系
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二、电机绝缘栅双极型晶体管IGBT
一
电力电子器件的种类
电动汽车电机系统检测与维修
根据器件开关控制能 力分类
不可控器件—二极管 半控型器件—晶闸管 全控型器件—如IGBT
根据器件参与导电的 载流子类型分类
电动汽车电机系统检测与维修源自14北京信息职业技术学院 交通工程系
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电动汽车电机系统检测与维修
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电动汽车电机系统检测与维修
MOSFET关断时， PNP管也关断，IGBT处于阻断状态
MOSFET导通时 PNP管随之导通，IGBT处于导通状态。
《电动汽车电机控制系统检测与维修》
电机控制器控制视频
6
一、电机控制器组成
电动汽车电机系统检测与维修
• 电机的速度控制---频率、电压。
• 驱动和制动的控制----异步电机：转差率的正负
•
同步电机：ɵ的正负
正反转的控制----相序
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电动汽车电机系统检测与维修
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北京信息职业技术学院 交通工程系
+
V 1
V 3
U
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VD
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1
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V
U d
VD
2
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V
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u W N'
c)
O
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Ud O
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O
三相电压型桥式逆变电路
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O
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t
t
t
t
U d 6 t
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t
t
电压型三相图 桥5式-逆10变电路180°
掌握电机驱动控制系统的组成。
目
标
➢ 能力目标：
能正确说出绝缘栅双极型晶体管IGBT 作用。
➢ 素质目标：
1、培养学生自主学习、查找资料、制定计划的能力；
2、培养学生具备从事汽车行业工作的职业素养。
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教学目标 主要内容 学习小结 学习检测
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三、逆变电路
电动汽车电机系统检测与维修
电力电子电路基本形式: 交流-直流变换（AC/DC变换）：整流
直流-交流变换（DC/AC变换）：逆变
直流-直流变换（DC/DC变换）：斩波
交流-交流变换（AC/AC变换）：变频
交流-直流-交流变换（AC/DC/AC变换）
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负载电感将其吸收的无功能量反馈回直流侧，反馈回的能量暂时储 存在直流侧电容器中，直流侧电容器起着缓冲这种无功能量的作用。
是负载向直流侧反馈能量的通道
反馈二极管
二极管
使负载电流连续
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续流二极管
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3．全桥逆变电路
电动汽车电机系统检测与维修
电压型全桥逆变电路
电压型全桥逆变电路工作波形