《汽车嵌入式系统开发方法》第三讲 汽车起动系统.ppt

第二讲 汽车起动系统 一.起动机 汽车发动机是靠外力起动的，常用的起 动方式有人力起动和电力起动。 由于电力起动操作方便，起动迅速，安 全可靠，所以现代汽车均采用电力起动。 电力启动系统由电动机、传动机构和控 制装置三部分组成。下面分别介绍。 由于汽车采用14V直流电源供电，因此 直流电动机在汽车上被大量采用。汽车用起 动电动机，都是串激式直流电机。它由电枢 、 一.起动机 磁极和换向器等主要部分组成。 直流电动机工作原理 直流电动机是将电能转变为机械能的设 备。它根据带电导体在磁场中受电磁力作用 这一原理（左手定则）工作。由于换向器作 用，使在N极和S极下面导体中的电流方向 保持不变，电磁力形成的转矩方向也就不变 ，使电枢仍按原来的逆时针方向转动。 由于一个线圈所产生的转矩不够大，且转速 不稳定，因此，实际上电动机的电枢上绕有很多 线圈，换向片数也随线圈的增多而相应增加。有 电工学知，电动机转矩为 式中Cm电机常数，与电机结构有关； Is电枢电流； 磁极磁通。 当直流电动机接入直流电源时，产生电磁转 矩使电枢旋转。而电枢旋转，其绕组又切割磁力 线而产生感应电动势，其方向按右手定则判断， 恰与电 一.起动机 电枢的电流方向相反，故称为反电动势。其大小为 式中 n电动机的转速。 这样，外加电压U除一部分降落在电枢绕组和激 磁绕组的电阻Rs和RL上外，另一部分则用来平衡电 动机的反电动势Ef，即 上式称为电动机的电压平衡方程式。由上式得 一.起动机 由此可知，当电动机轴上阻力增大时，电枢 转速就会降低，故Ef减小，电枢电流Is增大，电 磁转矩也随之增大，一直到电动机产生得电磁转 矩与阻力矩达到新的平衡为止。反之，电动机负 载减小时，电枢转速升高，Is减小，电枢转矩M 也随之减小，一直到电磁转矩与阻力矩达到新的 平衡为止。可见，串激直流电动机，当负载发生 变化时，其转速、电流和转矩，将会自动发生相 应变化，以满足负载变化需要。 一.起动机 串激直流电动机的特性 1）转矩特性 电动机电磁转矩随电枢电流变化的关系，称转 矩特性。 串激直流电动机电枢与激磁电流是相等的，故 在磁路未饱和时，它与电流成正比，即 。 故电磁转矩 一.起动机 即在磁路未饱和时，电磁转矩随电流的平方而增 加；在磁路饱和后，电流增大，磁通保持不变。 此时，电磁转矩才与电流成线性关系，如图1。 2）机械特性 电动机的转速，随转矩而变化的关系称为机 械特性。 由电压平衡式可得 一.起动机 图1 串激直流电动机的特性曲线 一.起动机 在磁路未饱和时，Is增大时， 也增大，故其转 速n随电枢电流Is的增加而迅速下降。如图1所 示中n曲线所示。由于M正比于IS平方，所以串 激直流电动机的转速随转矩的增加而迅速下降 ，即具有软的机械特性，如图2所示。 3）功率特性 一.起动机 图2 串激直流电动机的机械特性 一.起动机 式中 M扭矩(N.m)； N转速(r/min)。 因此，完全制动（n0）和空载（M0）时 ，起动机的功率均等于零。 可以证明，在 时，起动机功率达到最 大值，如图1的P曲线所示。 因为起动机的运行时间很短，允许以它的最 大功率运转，所以通常起动机的最大功率作为起 动机的额定功率。工厂也经常通过空转和完全制 动两项 一.起动机 实验来检验起动机的工作是否正常。 由上述可知，串激直流电动机有软的机 械特性，即当负载增加时，它的转速迅速下 降，电磁转矩迅速增大。这个特性特别适合 于做起动电动机。 需要指出的是，直流电动机还有别的激 励形式，如他激、并激、永磁等。如图3示 ： 一.起动机 图3 直流电动机的几种激励形式 一.起动机 4）影响起动机功率和转矩的因素 接触电阻和导线电阻的影响； 蓄电池内阻的影响； 温度的影响。 二.啮合方式 起动电机一般都是串激直流电动机，但 对于传动机构和控制装置而言，各种起动机 却差别较大，所以在介绍起动机时，同时也 要阐明控制装置和传动机构