汽車電工電子第4章汽車電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)課件

1、交流電動(dòng)機(jī)4.1第四章 汽車電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)直流電動(dòng)機(jī)4.2控制電動(dòng)機(jī)4.3常用低壓電器4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的控制4.5車用發(fā)電機(jī)4.64.1 交流電動(dòng)機(jī) 一、三相交流異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理1、基本組成：定子和轉(zhuǎn)子。三相籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)及符號(hào) 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生 2、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理 3、三相交流異步電動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程 空載運(yùn)行有載運(yùn)行4、三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌 二、三相交流異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速1、三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) （1）直接起動(dòng) （2）降壓起動(dòng) 定子繞組串電阻降壓起動(dòng) 2、調(diào)速 （1）變極調(diào)速 （2）變頻調(diào)速 變頻調(diào)速原理方框圖三、三相交流同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理1、結(jié)構(gòu) (a)

2、凸極式 (b)隱極式 同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 2、工作原理 三相同步電動(dòng)機(jī)工作原理3、同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)分兩個(gè)階段，即異步起動(dòng)和牽入同步。常用的同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法有輔助電動(dòng)機(jī)起動(dòng)法、異步起動(dòng)法和變頻起動(dòng)法。 4.2 直流電動(dòng)機(jī) 一、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理 1、結(jié)構(gòu) 直流電動(dòng)機(jī)剖面圖 2、工作原理 3直流電動(dòng)機(jī)的銘牌銘牌上標(biāo)明了電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、額定數(shù)據(jù)及勵(lì)磁方式 磁極由直流電流勵(lì)磁，產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)。兩磁極之間的轉(zhuǎn)子表面嵌有導(dǎo)體，導(dǎo)體中通入直流電流。由于轉(zhuǎn)子帶電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到電磁力作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。1.主磁極 2.勵(lì)磁繞組 3.電樞鐵心 4.電樞繞組 5.換向磁極 6

3、.換向極繞組二、直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)的使用主要包括起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動(dòng)等。1、起動(dòng)：起動(dòng)電流很大，不允許直接起動(dòng)。 2、反轉(zhuǎn)：改變電樞的電流方向，從而改變電磁轉(zhuǎn)矩方向，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。 3、調(diào)速：在負(fù)載不變的情況下，通過(guò)人為方法改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法稱為調(diào)速。 （1）電樞串電阻：串聯(lián)電阻增大時(shí)，轉(zhuǎn)速下降；反之，轉(zhuǎn)速升高。 （2）改變電樞電壓 ：電樞電壓下降則轉(zhuǎn)速下降；反之，轉(zhuǎn)速升高。（3）改變主磁通：勵(lì)磁電流減小時(shí)，主磁通減小，轉(zhuǎn)速升高。三、汽車起動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介1對(duì)汽車起動(dòng)機(jī)的基本要求（1）必須有足夠的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速（2）轉(zhuǎn)矩應(yīng)能隨轉(zhuǎn)速的升高而降低2汽車起動(dòng)機(jī)的組成與分類（1）汽車起動(dòng)機(jī)的組

4、成：直流串勵(lì)式電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制裝置。（2）起動(dòng)機(jī)的分類：汽車起動(dòng)機(jī)的種類很多，但電動(dòng)機(jī)部分一般沒(méi)有大的差別，主要差異在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制裝置。汽車起動(dòng)機(jī)按傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的不同可分為慣性嚙合式起動(dòng)機(jī)、電樞移動(dòng)式起動(dòng)機(jī)和強(qiáng)制嚙合式起動(dòng)機(jī)。3汽車起動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理（1）啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)：?jiǎn)?dòng)電動(dòng)機(jī)為直流串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)，用永久磁鐵做磁極，沒(méi)有激磁線圈。增加負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)矩大。負(fù)荷減小時(shí)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)減小，轉(zhuǎn)速提高。由于轉(zhuǎn)速隨負(fù)荷的變化有明顯的變化，適用于短時(shí)間內(nèi)要求大轉(zhuǎn)矩 (大負(fù)載)的情況，符合啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。1.端蓋 2.電刷架 3.接線柱 4.電樞 5.磁極固定螺釘 6.磁極鐵芯 7.勵(lì)磁繞組 8.電

5、刷（2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)又稱離合機(jī)構(gòu)或離合器，由單向離合器和傳動(dòng)撥叉等部件構(gòu)成。單向離合器屬于超速保護(hù)裝置，其作用是傳遞電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩以啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后自動(dòng)打滑，保證電樞不致飛散。 a起動(dòng)機(jī)靜止?fàn)顟B(tài) b驅(qū)動(dòng)齒輪與飛輪正在嚙合 c完全嚙合1.飛輪 2.驅(qū)動(dòng)齒輪 3.單向離合器 4.撥叉 5.活動(dòng)鐵芯 6.電磁開(kāi)關(guān) 7.電樞 （3）控制機(jī)構(gòu)控制機(jī)構(gòu)也稱為操縱機(jī)構(gòu)，其作用是控制起動(dòng)機(jī)主電路的通、斷，驅(qū)動(dòng)齒輪的移除和退回。起動(dòng)機(jī)的控制部分分為直接操縱式和電磁操縱式兩種。電磁操縱式控制機(jī)構(gòu)，也稱為電磁開(kāi)關(guān)，目前廣泛使用。電路分析：?jiǎn)?dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，接通總開(kāi)關(guān)，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)置于起動(dòng)檔時(shí)，起動(dòng)繼電器觸點(diǎn)閉合，

6、電磁開(kāi)關(guān)中的吸拉線圈和保持線圈電路被接通，產(chǎn)生磁場(chǎng)從而吸引鐵芯。鐵芯牽引撥叉，使小齒輪與飛輪齒圈嚙合。此時(shí)，流經(jīng)吸拉線圈的電流經(jīng)電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)線圈流入電樞，電動(dòng)機(jī)慢慢旋轉(zhuǎn)起來(lái)，并使小齒輪和飛輪齒圈進(jìn)行圓滑嚙合。4.3 控制電機(jī)一、伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件，執(zhí)行控制指令，將指令信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)軸上的角位移或角速度輸出。伺服電動(dòng)機(jī)的指令信號(hào)通常是電壓信號(hào)，稱為控制電壓。伺服電動(dòng)機(jī)按使用電源類型不同，分為交流伺服電動(dòng)機(jī)和直流伺服電動(dòng)機(jī)兩類。工作原理：交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與單相電容式異步電動(dòng)機(jī)相似。電動(dòng)機(jī)定子上裝有互差90的兩相繞組，一相為勵(lì)磁繞組A1A2，接交流電源 ；另一相控制繞

7、組B1B2，接輸入信號(hào) 。勵(lì)磁繞組上串聯(lián)有電容，起移相作用。當(dāng)交流電壓 和信號(hào)電壓 同時(shí)加在定子繞組上時(shí)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)速的高低與信號(hào)的大小成正比。當(dāng) 為零，即無(wú)控制信號(hào)輸入時(shí)，則不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零，因此，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)。信號(hào)反相時(shí)，轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 定子鐵芯由硅鋼片疊壓而成，其定子上裝有6個(gè)均勻分布的磁極，每對(duì)磁極上都繞有控制繞組，每相繞組首端A1、B1、C1接電源，末端A2、B2、C2相連，構(gòu)成星形聯(lián)結(jié)。轉(zhuǎn)子也由硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子形狀為凸極，稱為齒。當(dāng)向A相繞組輸入電脈沖時(shí)，由于磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，于是產(chǎn)生磁場(chǎng)力使轉(zhuǎn)子鐵芯齒1、3與A相繞組軸

8、線對(duì)齊，若將電脈沖通入到B相繞組中，同理可知，轉(zhuǎn)子鐵芯齒2、4與相繞組軸線對(duì)齊，如定子繞組按的順序重復(fù)輸入電脈沖，轉(zhuǎn)子將按順時(shí)針?lè)较蛞徊揭徊睫D(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入的電脈沖頻率有關(guān)，電脈沖的頻率越高，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越快。需要轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)時(shí)，只需改變輸入電脈沖的順序即可。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與一般電動(dòng)機(jī)不同，不是連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的，而是一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)的，因此稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。4.4 常用低壓電器低壓電器是指額定電壓等級(jí)在交流1200V、直流1500V以下的電器，在電氣線路中起通斷、保護(hù)、控制或調(diào)節(jié)作用。低壓電器是電氣控制中的基本組成元件一、閘刀開(kāi)關(guān) 二、鐵殼開(kāi)關(guān) 閘刀開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)與符號(hào) 鐵殼開(kāi)關(guān) 三、組合開(kāi)關(guān) 組合開(kāi)關(guān) 四、

9、按鈕 按鈕開(kāi)關(guān) 五、熔斷器 熔斷器 六、交流接觸器 七、時(shí)間繼電器時(shí)間繼電器是一種以時(shí)間為參量的繼電器，具有延時(shí)分?jǐn)嗷蚪油ㄓ|點(diǎn)的作用?？諝庾枘嵝蜁r(shí)間繼電器是利用空氣阻尼的原理實(shí)現(xiàn)延時(shí)的，由電磁系統(tǒng)、延時(shí)機(jī)構(gòu)和觸點(diǎn)3部分組成。時(shí)間繼電器的圖形符號(hào)如圖所示，文字符號(hào)為KT。 交流接觸器的外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)空氣阻尼型時(shí)間繼電器的工作原理：當(dāng)線圈得電時(shí)，因鐵芯被吸合，托板瞬時(shí)向下移動(dòng)，推動(dòng)瞬時(shí)動(dòng)作觸點(diǎn)動(dòng)作。此時(shí)，由于活塞桿上端連接氣室中的橡皮膜，向下移動(dòng)受到空氣的阻尼作用，因此，活塞桿和杠桿不會(huì)立即跟隨鐵芯向下移動(dòng)，而是緩慢下降。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，活塞桿下降到一定位置，通過(guò)杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)才能推動(dòng)延時(shí)動(dòng)作觸點(diǎn)動(dòng)

10、作，使動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合。從線圈得電到延時(shí)動(dòng)作觸點(diǎn)動(dòng)作完成的一段時(shí)間即為空氣阻尼型時(shí)間繼電器的延時(shí)時(shí)間。延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短可通過(guò)上氣室進(jìn)氣孔的延時(shí)調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)進(jìn)氣孔的大小來(lái)改變。線圈斷電時(shí)，彈簧恢復(fù)作用，上氣室中的空氣經(jīng)排氣孔（單向閥）迅速排出，瞬時(shí)動(dòng)作觸點(diǎn)和延時(shí)動(dòng)作觸點(diǎn)都瞬時(shí)復(fù)位。八、熱繼電器：熱繼電器是一種過(guò)載保護(hù)電器，它利用電流熱效應(yīng)原理工作，結(jié)構(gòu)主要由發(fā)熱元件、雙金屬片和觸點(diǎn)組成。熱繼電器的發(fā)熱元件串接在被保護(hù)設(shè)備的電路中，當(dāng)電路正常工作時(shí)，對(duì)應(yīng)的負(fù)載電流流過(guò)發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量不足以使雙金屬片產(chǎn)生明顯彎曲變形；當(dāng)設(shè)備過(guò)載時(shí)，負(fù)載電流增大，與它串聯(lián)的發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量使雙金屬片產(chǎn)生彎

11、曲變形，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，當(dāng)彎曲程度達(dá)到一定幅度時(shí)，由導(dǎo)板推動(dòng)杠桿，使熱繼電器的觸點(diǎn)動(dòng)作，其動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開(kāi)，動(dòng)合觸點(diǎn)閉合。 a.外形 b.工作原理 c.符號(hào)九、空氣斷路器：空氣斷路器是一種自動(dòng)切換電路故障的保護(hù)電器，主要由觸點(diǎn)、脫扣機(jī)構(gòu)組成。 塑料外殼式斷路器 DZ15L系列漏電保護(hù)斷路器 符號(hào)4.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的控制 一、三相異步電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制線路 1、單向旋轉(zhuǎn)控制線路起動(dòng)過(guò)程：SBst KM自+M+（起動(dòng)）停止過(guò)程：SBstPKM-M-（停止） 2、正、反轉(zhuǎn)控制線路正轉(zhuǎn)過(guò)程： SBstFKMF自+M+（正轉(zhuǎn)） KMR-（互鎖）停止過(guò)程：SBstPKMF-M-（停止）反轉(zhuǎn)過(guò)程：SBst

12、RKMR自+M+（反轉(zhuǎn)） KMF-（互鎖） 二、三相異步電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)線路 1、三相異步電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng)線路2、延時(shí)控制電路 串聯(lián)電阻降壓起動(dòng) 時(shí)間繼電器控制串聯(lián)電阻降壓起動(dòng)線路降壓起動(dòng)過(guò)程： SBst1 KMF自+ M+（M串起動(dòng)） 4.6 車用發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)是汽車電氣系統(tǒng)兩個(gè)電源之一，與蓄電池并聯(lián)工作。發(fā)電機(jī)是車輛運(yùn)行中的主要電源，在發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能多于汽車電器所消耗的電能時(shí)，它能將多余的電能儲(chǔ)存在蓄電池中；當(dāng)汽車電器用電超過(guò)發(fā)電機(jī)所輸出電能時(shí)，由蓄電池補(bǔ)充不足的電能（發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)起動(dòng)機(jī)消耗的電能也是由蓄電池提供的）。發(fā)電機(jī)分為直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)。交流發(fā)電機(jī)具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

13、、維護(hù)方便、使用壽命長(zhǎng)和低速充電性能好等特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。交流發(fā)電機(jī)分為同步交流發(fā)電機(jī)和異步交流發(fā)電機(jī)。汽車應(yīng)用的硅整流交流發(fā)電機(jī)為三相同步交流發(fā)電機(jī)。汽車發(fā)電機(jī)連接電路圖1交流發(fā)電機(jī)的特點(diǎn) 體積小、質(zhì)量小、功率大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、使用壽命長(zhǎng)。 發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)蓄電池的充電性能好。 蓄電池在起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)消耗的電能可以很快被交流發(fā)電機(jī)充電補(bǔ)充，可相對(duì)減小蓄電池的容量。 交流發(fā)電機(jī)工作時(shí)，不產(chǎn)生明顯的火花，對(duì)無(wú)線電設(shè)備的干擾小。 由于交流發(fā)電機(jī)裝用了體積小的硅整流元件，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，因此外部電路簡(jiǎn)單。2.汽車交流發(fā)電機(jī)工作特點(diǎn) 工作轉(zhuǎn)速范圍寬?，F(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍很寬，汽車交流發(fā)

14、電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速范圍也很寬，一般在1000r/min12000r/min之間，因而對(duì)發(fā)電機(jī)的零部件的要求也較高。 負(fù)載變化范圍大。車輛運(yùn)行過(guò)程中，電器的使用具有隨機(jī)性，從而使發(fā)電機(jī)的負(fù)載變化范圍大。 工作環(huán)境差。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)的振動(dòng)、工作環(huán)境溫度的變化及灰塵等對(duì)發(fā)電機(jī)工作的穩(wěn)定性和可靠性都提出了更高的要求。 與蓄電池并聯(lián)，采用單線制，負(fù)極搭鐵（少數(shù)用于某些特定場(chǎng)合的發(fā)電機(jī)采用雙線制）。3.車用按點(diǎn)擊的分類車用交流發(fā)電機(jī)可按整流器結(jié)構(gòu)、總體結(jié)構(gòu)和搭鐵形式進(jìn)行分類。按整流器結(jié)構(gòu)不同，可分為六管發(fā)電機(jī)、八管發(fā)電機(jī)、九管發(fā)電機(jī)、十一管發(fā)電機(jī)等，這幾種交流發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)相同，所不同的是整流器中的硅整流二極管的數(shù)量分別為6只、8只、9只、11只。4.車用發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)車用三相交流同步發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)子總成、定子總成、傳動(dòng)帶輪、風(fēng)扇、前后端蓋及電刷等部件組成。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)定子結(jié)構(gòu)與三相繞組的星形聯(lián)結(jié)圖電刷及電刷架5.車用發(fā)電機(jī)的工作原理同步發(fā)電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與一般的異步電機(jī)相似，在疊壓而成的鐵芯上開(kāi)槽，裝上定子三相繞組