汽车电工电子 单元四

1、单元四单元四 电动机在汽车中的应用电动机在汽车中的应用 任务任务4. 1直流电动机直流电动机 任务任务4. 2 步进电动机步进电动机 任务任务4. 3三相异步电动机三相异步电动机 任务任务4. 4技能训练技能训练返回4. 1直流电动机直流电动机4.1.1直流电动机的认识直流电动机的认识 直流电动机在人们日常生活中是比较常用的，如男士们使用的电动直流电动机在人们日常生活中是比较常用的，如男士们使用的电动剃刀、孩子们的电动玩具，在现代汽车中，普遍采用电力起动，它以剃刀、孩子们的电动玩具，在现代汽车中，普遍采用电力起动，它以蓄电池为电源，以直流电动机为动力，通过传动装置和控制机构进行蓄电池为电源，以

2、直流电动机为动力，通过传动装置和控制机构进行工作。它在工作时有两个显著特点工作。它在工作时有两个显著特点:一是扭矩大一是扭矩大;二是工作时间短。直二是工作时间短。直流电动机与交流电动机相比，它具有宽广的调速范围，平滑的无级调流电动机与交流电动机相比，它具有宽广的调速范围，平滑的无级调速特性，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转速特性，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;过载能力大，能过载能力大，能承受频繁的冲击负载，满足自动化生产系统中各种特殊运行的要求。承受频繁的冲击负载，满足自动化生产系统中各种特殊运行的要求。直流电动机也有它明显的缺点直流电动机也有它明显的缺点:一是制造工艺复杂，消耗有

3、色金属较一是制造工艺复杂，消耗有色金属较多，生产成本高多，生产成本高;二是运行时由于电刷与换向器之间容易产生火花，二是运行时由于电刷与换向器之间容易产生火花，可靠性较差，且维护比较困难。可靠性较差，且维护比较困难。下一页返回4. 1直流电动机直流电动机但是在某些要求调速范围大、快速性高、精密度好、控制性能优异的但是在某些要求调速范围大、快速性高、精密度好、控制性能优异的场合，直流电动机的应用日前仍占有较大的比重，就因为它具有优良场合，直流电动机的应用日前仍占有较大的比重，就因为它具有优良的调速性能和起动性能。的调速性能和起动性能。 以汽车为例，就有许多直流电动机在工作以汽车为例，就有许多直流电

4、动机在工作:如风扇电动机、起动机、如风扇电动机、起动机、风窗玻璃刮水器电动机、风窗玻璃冲洗器电动机、新鲜空气鼓风机电风窗玻璃刮水器电动机、风窗玻璃冲洗器电动机、新鲜空气鼓风机电动机、用于车窗、滑动天窗、座椅等伺服电动机等等。动机、用于车窗、滑动天窗、座椅等伺服电动机等等。4. 1. 2直流电动机的组成直流电动机的组成 组成组成直流电动机由固定不动的定子直流电动机由固定不动的定子(主磁极主磁极)和旋转的转子和旋转的转子(电枢电枢)两两部分组成，在这两部分之间有一个极小的空隙。如部分组成，在这两部分之间有一个极小的空隙。如图图4-1(a)和和(b)所示。所示。上一页 下一页返回4. 1直流电动机直

5、流电动机 【定义】将直流电能转换为机械能的转动装置。电动机定子提供磁【定义】将直流电能转换为机械能的转动装置。电动机定子提供磁场，直流电源向转子的绕组提供电流，换向器使转子电流与磁场产生场，直流电源向转子的绕组提供电流，换向器使转子电流与磁场产生的转矩保持方向不变。的转矩保持方向不变。 4.1.2.1定子定子 定子包括主磁极、换向磁极、机座、端盖和电刷装置等组成，如定子包括主磁极、换向磁极、机座、端盖和电刷装置等组成，如 图图4-1(b)所示。主磁极由铁芯和励磁绕组组成，励磁绕组通以励磁电所示。主磁极由铁芯和励磁绕组组成，励磁绕组通以励磁电流产生主磁场，它可以是一对、两对或多对磁极。换向磁极由

6、换向磁流产生主磁场，它可以是一对、两对或多对磁极。换向磁极由换向磁极铁芯和绕组组成，位于两主磁极之间，并与电枢串联，通以电枢电极铁芯和绕组组成，位于两主磁极之间，并与电枢串联，通以电枢电流，产生附加磁场，以改善电动机的换向条件，减小换向器上的火花。流，产生附加磁场，以改善电动机的换向条件，减小换向器上的火花。在小功率直流电动机中不装换向磁极。机座由铸钢或原钢板制成，用在小功率直流电动机中不装换向磁极。机座由铸钢或原钢板制成，用以安装主磁极和换向器等部件，并保护电动机，它既是电动机的外壳以安装主磁极和换向器等部件，并保护电动机，它既是电动机的外壳又是电动机磁路的一部分。又是电动机磁路的一部分。上

7、一页 下一页返回4. 1直流电动机直流电动机 4.1.2.2转子转子 直流电动机的转子与其连接部件统称电枢，如直流电动机的转子与其连接部件统称电枢，如图图4-2所示。它主要所示。它主要由电枢铁芯、电枢绕组、换向器转轴和风扇等部件组成。由电枢铁芯、电枢绕组、换向器转轴和风扇等部件组成。 电枢铁芯由硅钢片叠压而成，如电枢铁芯由硅钢片叠压而成，如图图4-3所示，其表面有许多均匀分所示，其表面有许多均匀分布的槽，用来嵌入电枢绕组，电枢绕组由许多相同的线圈组成，按一布的槽，用来嵌入电枢绕组，电枢绕组由许多相同的线圈组成，按一定规律嵌入电枢铁芯的槽内并与换向器的两片相连。通以电流时在主定规律嵌入电枢铁芯的

8、槽内并与换向器的两片相连。通以电流时在主磁场的作用下产生电磁转矩。磁场的作用下产生电磁转矩。 4.1.2.3换向器又称整流子换向器又称整流子 换向器是直流电动机的特有装置。它由许多楔形钢片组成，各片间换向器是直流电动机的特有装置。它由许多楔形钢片组成，各片间用云母或其他垫片绝缘，外表呈圆柱形，装在转轴上，在换向器表面用云母或其他垫片绝缘，外表呈圆柱形，装在转轴上，在换向器表面压着电刷。压着电刷。上一页 下一页返回4. 1直流电动机直流电动机换向器通过与电刷的摩擦接触，将两个电刷之间固定极性的直流电流换向器通过与电刷的摩擦接触，将两个电刷之间固定极性的直流电流变换成为绕组内部的交流电流，以便形成

9、固定方向的电磁转矩。或者变换成为绕组内部的交流电流，以便形成固定方向的电磁转矩。或者说旋转的电枢绕组与静止的外电路一直相通，以引入直流电。说旋转的电枢绕组与静止的外电路一直相通，以引入直流电。4. 1. 3直流电动机的分类直流电动机的分类 直流电动机的定子分永磁式和励磁式两种。其中，永磁式是由永久直流电动机的定子分永磁式和励磁式两种。其中，永磁式是由永久磁铁做成磁铁做成;而励磁式是指磁极上绕线圈，然后在线圈中通过直流电，而励磁式是指磁极上绕线圈，然后在线圈中通过直流电，形成电磁铁。形成电磁铁。 直流电动机的励磁方式是指电机励磁电流的供给方式，根据励磁线直流电动机的励磁方式是指电机励磁电流的供给

10、方式，根据励磁线圈圈(电枢电枢)和转子绕组的连接关系分为不同直流电动机，即串励式电动和转子绕组的连接关系分为不同直流电动机，即串励式电动机、并励式电动机、复励式电动机和他励式电动机四种类型，如机、并励式电动机、复励式电动机和他励式电动机四种类型，如 表表4-1所示这四种励磁电动机比较。所示这四种励磁电动机比较。上一页 下一页返回4. 1直流电动机直流电动机4. 1. 4直流电机的铭牌直流电机的铭牌 4.1.4.1直流电机铭牌直流电机铭牌 为了使电机安全可靠地工作，且保持优良的运行性能，电机生产企为了使电机安全可靠地工作，且保持优良的运行性能，电机生产企业根据国家标准及电机的设计数据，对每台电机

11、在运行中的电压、电业根据国家标准及电机的设计数据，对每台电机在运行中的电压、电流、功率、转速等规定了额定值。凡表征电机额定运行情况的各种数流、功率、转速等规定了额定值。凡表征电机额定运行情况的各种数据，称为额定值。额定值一般都标注在电机的铭牌上，所以一也称为据，称为额定值。额定值一般都标注在电机的铭牌上，所以一也称为铭牌数据，它是正确合理使用电机的依据。如铭牌数据，它是正确合理使用电机的依据。如表表4-2所示。所示。 4.1.4.2我国目前生产的直流电机我国目前生产的直流电机 主要有以下系列主要有以下系列:Z2系列系列:该系列为一般用途的小型直流电机系列。该系列为一般用途的小型直流电机系列。Z

12、”表示直流，表示直流，2”表示第二次改进设计。系列容量为表示第二次改进设计。系列容量为0. 4-200 kW ,电动机电压有电动机电压有110 V, 220 V两种，发电机电压两种，发电机电压115 V, 230 V两种，属两种，属防护式。防护式。上一页 下一页返回4. 1直流电动机直流电动机 ZF和和ZD系列系列:这两个系列为一般用途的中型直流电机系列。这两个系列为一般用途的中型直流电机系列。F”表表示发电机，示发电机，D”表示电动机。系列容量为表示电动机。系列容量为55- 145 kW。 zzJ系列系列:该系列为起重、冶金用直流电机系列。电压有该系列为起重、冶金用直流电机系列。电压有220

13、 V, 440 V两种。工作方式有连续、短时和断续三种。该系列电机起动快速，两种。工作方式有连续、短时和断续三种。该系列电机起动快速，过载能力大过载能力大 4.1.4.3直流电机接线端直流电机接线端 直流电机有四个出线端子，电枢绕组及励磁绕组各两个，可通过标直流电机有四个出线端子，电枢绕组及励磁绕组各两个，可通过标出的字符和绕组电阻的大小区别，如出的字符和绕组电阻的大小区别，如表表4-3所示。直流电机电枢绕组所示。直流电机电枢绕组的阻值都在零点几欧姆到的阻值都在零点几欧姆到1一一2欧姆之间，他励欧姆之间，他励/并励电机的励磁绕组并励电机的励磁绕组的阻值有几百欧姆，串励电机的励磁绕组的阻值与电枢

14、绕组的相当。的阻值有几百欧姆，串励电机的励磁绕组的阻值与电枢绕组的相当。上一页 下一页返回4. 1直流电动机直流电动机4. 1. 5直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理 在中学物理电磁学部分中这样描述在中学物理电磁学部分中这样描述:通电导体在磁场中的运动方向通电导体在磁场中的运动方向可根据左手定则判断可根据左手定则判断将左手伸入磁场中，让手心面对将左手伸入磁场中，让手心面对N极，四指的极，四指的方向是电流的方向，那么，大拇指的方向是通电导体运动的方向。方向是电流的方向，那么，大拇指的方向是通电导体运动的方向。 直流电机是实现直流电能和电机转动的机械能相互转换的机械装置，直流电机是实现直流电

15、能和电机转动的机械能相互转换的机械装置，它是直流发电机和直流电动机的总称。直流电机有可逆性，当它用作它是直流发电机和直流电动机的总称。直流电机有可逆性，当它用作把机械能变为直流电能时，称为直流发电机把机械能变为直流电能时，称为直流发电机;当它用作把直流电能变当它用作把直流电能变换为机械能时，称为直流电动机。两者在结构上没有什么区别。由于换为机械能时，称为直流电动机。两者在结构上没有什么区别。由于直流发电机已逐步被晶闸管整流设备所广泛代替，因此本书主要对直直流发电机已逐步被晶闸管整流设备所广泛代替，因此本书主要对直流电动机进行分析。流电动机进行分析。上一页 下一页返回4. 1直流电动机直流电动机

16、4.1.6电磁转矩与反电动势电磁转矩与反电动势 电磁转矩和反电动势是直流电动机运行中两个同时出现的重要物理电磁转矩和反电动势是直流电动机运行中两个同时出现的重要物理量。量。 4.1.6.1电磁转矩电磁转矩M 根据安培定律，可以推导出直流电动机通电后所产生的电磁转矩根据安培定律，可以推导出直流电动机通电后所产生的电磁转矩M与磁极的磁通量少及电枢电流与磁极的磁通量少及电枢电流I、之间的关系、之间的关系: M=C. GIs (4-1) 式中，式中，M电磁转矩电磁转矩;C ,电机常数电机常数;少少磁极磁通磁极磁通;IS电枢电流。电枢电流。(其其中，中，C与电动机磁极对数尸、电枢绕组导线总根数与电动机磁

17、极对数尸、电枢绕组导线总根数Z及电枢绕组电路的支及电枢绕组电路的支路对数路对数a有关。有关。上一页 下一页返回4. 1直流电动机直流电动机 4.1.6.2转矩平衡关系转矩平衡关系 电动机的电磁转矩电动机的电磁转矩M为驱动转矩，它使电枢转动。在电机运行时，为驱动转矩，它使电枢转动。在电机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空载损耗转矩相平衡，即电磁转矩必须和机械负载转矩及空载损耗转矩相平衡，即 M=M,+Mo 其中其中:M2:机载负载转矩机载负载转矩;Mo空载转矩空载转矩 4.1.6.3转矩平衡过程转矩平衡过程 当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动机转速、电动势、当电动机轴上的机械负载发生

18、变化时，通过电动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将自动调整，以适应负载的变化，保持新电枢电流的变化，电磁转矩将自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。的平衡。上一页 下一页返回4. 1直流电动机直流电动机 4.1.6.4反电动势瓦反电动势瓦 线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势。由右乎定则，感线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势。由右乎定则，感应电动势的方向与电流的方向相反。故称为反电动势应电动势的方向与电流的方向相反。故称为反电动势E 1.电枢感应电动势电枢感应电动势 反电动势反电动势E。与磁极的磁通量少和电枢的转速。与磁极的磁通量少和电枢的转速n成正比，即成正比，即

19、Ei= C ,$n (4-2) 式中式中:n电动机的转速电动机的转速 2.电枢回路电压平衡式电枢回路电压平衡式 由式由式(4-2)可推出电枢回路的电压平衡方程式，即可推出电枢回路的电压平衡方程式，即 U= Ei +Is Rs (4-3)上一页 下一页返回4. 1直流电动机直流电动机4.1.7直流电动机在汽车中的应用直流电动机在汽车中的应用 4.1.7.1汽车鼓风电动机电路检查汽车鼓风电动机电路检查 举一实际案例分析汽车电动机的应用与电路检查。举一实际案例分析汽车电动机的应用与电路检查。 【例例4 -2一辆车上的新鲜空气鼓风机只能在一种速度挡位上运转。一辆车上的新鲜空气鼓风机只能在一种速度挡位上

20、运转。其原因是串联电阻有故障。检查串联电阻上是否有电压，通过电阻测其原因是串联电阻有故障。检查串联电阻上是否有电压，通过电阻测量来检查串联电阻。量来检查串联电阻。 电路分析步骤如下电路分析步骤如下: 第一步，认识电路图，如第一步，认识电路图，如图图4-4所示。所示。 15电源线电源线 F8保险丝保险丝(熔丝熔丝)上一页 下一页返回4. 1直流电动机直流电动机 S8风扇开关风扇开关 R电阻电阻 M3鼓风机电动机鼓风机电动机 31搭铁搭铁(负极负极) 第二步，工作过程分析。第二步，工作过程分析。 说出鼓风机开关在两个挡位时是什么转速说出鼓风机开关在两个挡位时是什么转速?并说出工作流程。并说出工作流

21、程。第三步，检查和测量电动机第三步，检查和测量电动机 发生故障时先要明确是电动机故障还是电源的故障。发生故障时先要明确是电动机故障还是电源的故障。(1)检查电源检查电源(2)检查电动机功能检查电动机功能(3)检查与检测流程图检查与检测流程图鼓风机电路故障检测流程图如鼓风机电路故障检测流程图如图图4-5所示。所示。上一页 下一页返回4. 1直流电动机直流电动机 4.1.7.2直流电动机在汽车电动车窗中的应用直流电动机在汽车电动车窗中的应用 由电动机驱动的玻璃升降器称为电动车窗。电动车窗可使坐在座位由电动机驱动的玻璃升降器称为电动车窗。电动车窗可使坐在座位上的驾驶员或乘员利用开关使车门玻璃自动升降

22、，操作简便并有利于上的驾驶员或乘员利用开关使车门玻璃自动升降，操作简便并有利于行车安全。行车安全。 电动车窗系统由车窗、车窗玻璃升降器、电动机、继电器、开关等电动车窗系统由车窗、车窗玻璃升降器、电动机、继电器、开关等装置组成，如装置组成，如图图4 -6所示。所示。 1.永磁型直流电动机永磁型直流电动机 永磁型直流电动机是通过改变电枢电流的方向来改变电动机的旋转永磁型直流电动机是通过改变电枢电流的方向来改变电动机的旋转方向，从而使车窗玻璃升或降的。方向，从而使车窗玻璃升或降的。上一页 下一页返回4. 1直流电动机直流电动机 2.双绕组串励式直流电动机双绕组串励式直流电动机 双绕组串励式直流电动机

23、有两个绕向相反的磁场绕组，一个称为双绕组串励式直流电动机有两个绕向相反的磁场绕组，一个称为“上升上升”绕组，一个称为绕组，一个称为“下降下降”绕组，通电后会产生相反方向的磁绕组，通电后会产生相反方向的磁场，改变电动机的旋转方向，从而实现车窗玻璃上升或下降场，改变电动机的旋转方向，从而实现车窗玻璃上升或下降.4.1.8直流伺服电动机直流伺服电动机 直流伺服电动机，又叫直流调整电动机，与直流电动机原理一样。直流伺服电动机，又叫直流调整电动机，与直流电动机原理一样。车窗刮水器采用此类电动机。改变电动机动转速车窗刮水器采用此类电动机。改变电动机动转速n，只是在并励电流，只是在并励电流电动机上，通过改变

24、主磁极电流电动机上，通过改变主磁极电流I、和电枢供电电压、和电枢供电电压Un来改变电动机来改变电动机转速。如转速。如图图4-7所示。所示。上一页 下一页返回4. 1直流电动机直流电动机4.1.9直流电动机常见故障直流电动机常见故障 在运行中，直流电动机的故障是多种多样的，产生故障的原因较为在运行中，直流电动机的故障是多种多样的，产生故障的原因较为复杂，并且互相影响。当直流电动机发生故障时，首先要对电动机的复杂，并且互相影响。当直流电动机发生故障时，首先要对电动机的电源、线路、辅助设备和电动机所带负载进行仔细的检查，看他们是电源、线路、辅助设备和电动机所带负载进行仔细的检查，看他们是否正常，然后

25、再从电动机机械方面加以检查，如检查电刷架是否有松否正常，然后再从电动机机械方面加以检查，如检查电刷架是否有松动、电刷接触是否良好、轴承转动是否灵活等。就直流电动机的内部动、电刷接触是否良好、轴承转动是否灵活等。就直流电动机的内部故障来说，多数故障会从换向火花增大和运行性能异常反映出来，所故障来说，多数故障会从换向火花增大和运行性能异常反映出来，所以要分析故障产生的原因，就必须仔细观察换向火花的显现情况和运以要分析故障产生的原因，就必须仔细观察换向火花的显现情况和运行时出现的其他异常情况，通过认真地分析，根据直流电动机内部的行时出现的其他异常情况，通过认真地分析，根据直流电动机内部的基本规律和积

26、累的经验来判断，找到原因。基本规律和积累的经验来判断，找到原因。上一页 下一页返回4. 1直流电动机直流电动机 4.1.9.1直流电动机修理后的检查项目直流电动机修理后的检查项目 检查出线是否正确，接线是否与端子的标号一致，电动机内部的检查出线是否正确，接线是否与端子的标号一致，电动机内部的接线是否有碰触转动的部件。接线是否有碰触转动的部件。 检查换向器的表面。检查换向器的表面。 检查刷握。检查刷握。 检查刷握的下边缘与换向器表面的距离、电刷在刷握中装配的尺检查刷握的下边缘与换向器表面的距离、电刷在刷握中装配的尺寸要求、电刷与换向片的吻合接触面积。寸要求、电刷与换向片的吻合接触面积。 检查电刷

27、压力弹簧的压力。检查电刷压力弹簧的压力。 检查电动机气隙的不均匀度。检查电动机气隙的不均匀度。上一页 下一页返回4. 1直流电动机直流电动机 4.1.9.2直流电动机修理后的试验项目直流电动机修理后的试验项目 绝缘电阻测试。绝缘电阻测试。 绕组流电阻的测量。绕组流电阻的测量。 确定电刷中性线。常采用的方法有以下三种确定电刷中性线。常采用的方法有以下三种:感应法、正反转发感应法、正反转发电机法、正反转电动机法。电机法、正反转电动机法。 实验项目主要有实验项目主要有:耐压实验、空载实验、负载实验、超速实验耐压实验、空载实验、负载实验、超速实验.上一页返回任务任务4. 2 步进电动机步进电动机4.

28、2. 1步进电动机的组成步进电动机的组成 步进电动机是由定子、定子绕组、永磁转子及控制电路组成。如步进电动机是由定子、定子绕组、永磁转子及控制电路组成。如 图图4 -8所示。所示。4. 2. 2步进电动机的工作原理步进电动机的工作原理 4. 2. 2. 1永磁转子式步进电动机永磁转子式步进电动机 永磁转子式步进电动机的转子是一个具有永磁转子式步进电动机的转子是一个具有N极和极和S极的永久磁铁，极的永久磁铁，定子有两相独立的绕组，如图定子有两相独立的绕组，如图4-9(a)所示。当从所示。当从V，到，到V向绕组输入一向绕组输入一个电脉冲信号时，绕组产生一个磁场，在磁力同性相斥、异性相吸的个电脉冲信

29、号时，绕组产生一个磁场，在磁力同性相斥、异性相吸的原理作用下，使转子原理作用下，使转子S极在右、极在右、N极在左。极在左。下一页返回任务任务4. 2 步进电动机步进电动机 当从当从V，到，到V输入的脉冲信号消失后，再从输入的脉冲信号消失后，再从U到到U,，向绕组输入另一，向绕组输入另一个脉冲信号时，绕组产生一个磁场，个脉冲信号时，绕组产生一个磁场，N极在上、极在上、S极在下，如图极在下，如图4-9(b)所示。在同性相斥、异性相吸原理作用下，转子就会沿逆时针方向转所示。在同性相斥、异性相吸原理作用下，转子就会沿逆时针方向转动动90，如图，如图4-9(c)所示。所示。可以看出，步进电动机具有结构简

30、单、维护方便、精确度高、起动灵可以看出，步进电动机具有结构简单、维护方便、精确度高、起动灵敏、停车准确等性能。此外，步进电动机的转速决定于脉冲频率，并敏、停车准确等性能。此外，步进电动机的转速决定于脉冲频率，并与频率同步。需要指出的是，电脉冲不能直接用来控制步进电动机，与频率同步。需要指出的是，电脉冲不能直接用来控制步进电动机，必须采用脉冲分配器先将电脉冲按通电工作方式进行分配而后经脉冲必须采用脉冲分配器先将电脉冲按通电工作方式进行分配而后经脉冲放大器放大到具有足够的功率，才能驱动电动机工作，步进电动机的放大器放大到具有足够的功率，才能驱动电动机工作，步进电动机的工作过程如工作过程如图图4-1

31、1所示。所示。上一页 下一页返回任务任务4. 2 步进电动机步进电动机 步进电动机是把电脉冲转换成角位移的电动机。需要专用的驱动电步进电动机是把电脉冲转换成角位移的电动机。需要专用的驱动电源供给有规律的电脉冲信号，输入一个电脉冲，步进电动机就前进一源供给有规律的电脉冲信号，输入一个电脉冲，步进电动机就前进一步，其转速和转向与各绕组的通电方式有关。三相硬件环形分配的驱步，其转速和转向与各绕组的通电方式有关。三相硬件环形分配的驱动控制如动控制如图图4-12所示。所示。 4. 2. 2. 2脉冲分配控制脉冲分配控制环形分配器环形分配器 当当DIPS =1”时，每来一个脉冲时，每来一个脉冲(CLK)则

32、电动机正转一步则电动机正转一步;当当DIPS =0”时，每来一个脉冲时，每来一个脉冲(CLK)则电动机反转一步。则电动机反转一步。 4. 2. 2. 3脉冲放大电路脉冲放大电路 【脉冲放大电路的作用【脉冲放大电路的作用将环形分配器发出的将环形分配器发出的TTL电平信号放大至电平信号放大至几安培到十几安培的电流，送至步进电动机各绕组几安培到十几安培的电流，送至步进电动机各绕组 4. 2. 2. 4软件脉冲分配的控制软件脉冲分配的控制查表法查表法 软件脉冲分配真值表见软件脉冲分配真值表见表表4-5所列。所列。上一页 下一页返回任务任务4. 2 步进电动机步进电动机4. 2. 3步进电动机的分类步进

33、电动机的分类步进电动机按构造上的差异可分为三大类步进电动机按构造上的差异可分为三大类:可变磁阻式可变磁阻式(VR型型)、永久、永久磁铁式磁铁式(PM型型)混合式混合式(HB型型)三大类。三大类。表表4 -6为步进电动机三大类型性为步进电动机三大类型性能比较。能比较。 按照工作方式分类按照工作方式分类:通电顺序不同，其运行方式就有三种通电顺序不同，其运行方式就有三种:单三拍、单三拍、三相双三拍、三相单双六拍。三相双三拍、三相单双六拍。(假定转子具有均匀分布的假定转子具有均匀分布的4个齿个齿)。 1.单三拍单三拍 设设U相首先通电相首先通电(V, W两相不通电两相不通电)，产生，产生U一一U轴线方

34、向的磁通，轴线方向的磁通，并通过转子形成闭合回路。这时并通过转子形成闭合回路。这时U, U极就成为电磁铁的极就成为电磁铁的N, S极。在极。在磁场的作用下，转子总是力图转到磁阻最小的位置，一也就是要转到磁场的作用下，转子总是力图转到磁阻最小的位置，一也就是要转到转子的齿对齐转子的齿对齐U, U极的位置，如极的位置，如图图4-13(a)所示。所示。上一页 下一页返回任务任务4. 2 步进电动机步进电动机 2.六拍六拍 设设U相首先通电，转子齿和定子相首先通电，转子齿和定子U, U极对齐，如极对齐，如图图4-14(a)所示所示;然后然后U相继续通电的情况下接相继续通电的情况下接V相，这时定子相，这

35、时定子V, V极对转子齿极对转子齿2, 4有磁拉力，使转子顺时针方向转动，但是有磁拉力，使转子顺时针方向转动，但是U, U极继续拉住齿极继续拉住齿1, 3。 3.双三拍双三拍 如果每次都是两相通电，即按如果每次都是两相通电，即按U, V-V, W-W, U-U,V-的顺序的顺序通电，则称为双三拍方式。从图通电，则称为双三拍方式。从图4-14(b)和图和图4-14 (d)可见，步距角也可见，步距角也是是30。定子上除了。定子上除了6个极以外，在每个极面上还有个极以外，在每个极面上还有5个和转子齿一样个和转子齿一样的小齿，步进电动机转子的结构如的小齿，步进电动机转子的结构如图图4-15所示。所示。

36、4. 2. 4步进电动机的特征步进电动机的特征 1.高精度的定位。高精度的定位。 2.位置及速度控制。位置及速度控制。上一页 下一页返回任务任务4. 2 步进电动机步进电动机 3.具定位保持力。具定位保持力。 4.动作灵敏。动作灵敏。 5.开回路控制、不必依赖传感器定位。开回路控制、不必依赖传感器定位。 6.中低速时具备高转矩。中低速时具备高转矩。 7.高信赖性。高信赖性。 8.小型、高功率。小型、高功率。4. 2. 5步进电动机在汽车中的应用步进电动机在汽车中的应用 当发动机怠速运转时，由于空调压缩机、动力转向助力泵、发电机当发动机怠速运转时，由于空调压缩机、动力转向助力泵、发电机等负载的变

37、化会引起怠速转速发生波动，因此需要对发动机怠速转速等负载的变化会引起怠速转速发生波动，因此需要对发动机怠速转速进行调整。燃油喷射系统的怠速控制阀分为步进电动机式、脉冲电磁进行调整。燃油喷射系统的怠速控制阀分为步进电动机式、脉冲电磁阀式和真空阀式三种。目前大多采用步进电动机式怠速控制阀，怠速阀式和真空阀式三种。目前大多采用步进电动机式怠速控制阀，怠速控制阀安装在发动机节气门体上或节气门体附近，安装位置，如控制阀安装在发动机节气门体上或节气门体附近，安装位置，如 图图4-16所示。所示。上一页返回任务任务4. 3三相异步电动机三相异步电动机4. 3. 1三相交流异步电动机的组成三相交流异步电动机的

38、组成 异步电动机主要由定子异步电动机主要由定子(固定部分固定部分)和转子和转子(转动部分转动部分)两部分组成，两部分组成，如如图图4-17所示。所示。 三相异步电动机的定子部分包括机座、定子铁芯和定子绕组。机座三相异步电动机的定子部分包括机座、定子铁芯和定子绕组。机座用铸铁或铸钢制成，它支承着定子铁芯。定子铁芯由互相绝缘的硅钢用铸铁或铸钢制成，它支承着定子铁芯。定子铁芯由互相绝缘的硅钢片叠成。铁芯的表面上分布有与轴平行的槽如图片叠成。铁芯的表面上分布有与轴平行的槽如图4-17(a)和图和图4-17(b)所示，槽内嵌有三相对称绕组。绕组是根据电动机的磁极对数和槽数所示，槽内嵌有三相对称绕组。绕组

39、是根据电动机的磁极对数和槽数按照一定规则排列与连接的。按照一定规则排列与连接的。 4.3.1.1定子定子 定子绕组可以接成星形或三角形。为了便于改变接线，三相绕组的定子绕组可以接成星形或三角形。为了便于改变接线，三相绕组的六根端线都接到定子外面的接线盒内。盒中接线柱的布置如六根端线都接到定子外面的接线盒内。盒中接线柱的布置如图图4-18(a)所示为定子绕组星形接法，图所示为定子绕组星形接法，图4-18(b)所示为定子绕组三角形接法。所示为定子绕组三角形接法。下一页返回任务任务4. 3三相异步电动机三相异步电动机 4.3.1.2转子转子 异步电动机的转子是由转子铁芯、转子绕组和转轴等部分组成的。

40、异步电动机的转子是由转子铁芯、转子绕组和转轴等部分组成的。转子铁芯由外圆有槽孔的相互绝缘的硅钢片叠制而成。转子有两种形转子铁芯由外圆有槽孔的相互绝缘的硅钢片叠制而成。转子有两种形式式:笼型转子和绕线型转子。笼型转子的绕组由安放在槽内的铜条笼型转子和绕线型转子。笼型转子的绕组由安放在槽内的铜条(或或铸铝铸铝)构成，这些导体的两端分别焊接在两个端环上。因为它的形状构成，这些导体的两端分别焊接在两个端环上。因为它的形状像个松鼠笼子，如像个松鼠笼子，如图图4-19(a)所示，所以称为笼型转子。具有笼型转所示，所以称为笼型转子。具有笼型转子的异步电动机称为笼式异步电动机。子的异步电动机称为笼式异步电动机

41、。 线绕型转子的绕组与定子绕组相似，也是三相对称绕组。通常接成线绕型转子的绕组与定子绕组相似，也是三相对称绕组。通常接成星形，三根端线分别与三个铜制滑环连接。环与环以及环与轴之间都星形，三根端线分别与三个铜制滑环连接。环与环以及环与轴之间都彼此绝缘，如图彼此绝缘，如图4-19(b)所示为绕线型转子。具有这种转子的异步电所示为绕线型转子。具有这种转子的异步电动机称为绕线转子异步电动机。动机称为绕线转子异步电动机。上一页 下一页返回任务任务4. 3三相异步电动机三相异步电动机4. 3. 2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 下面通过一个例子来说明异步电动机的运转原理。如下面通过一个例

42、子来说明异步电动机的运转原理。如图图4 - 20所示所示是一个装有手柄的蹄形磁铁，在磁极中间放置一个可以自由转动的导是一个装有手柄的蹄形磁铁，在磁极中间放置一个可以自由转动的导电的鼠笼型转子。转子和磁极之间没有机械联系。当摇动手柄使蹄形电的鼠笼型转子。转子和磁极之间没有机械联系。当摇动手柄使蹄形磁铁旋转时，会看到鼠笼型转子跟着磁铁转动。手柄摇得快，转子也磁铁旋转时，会看到鼠笼型转子跟着磁铁转动。手柄摇得快，转子也转得快转得快;手柄摇得慢，转子也转得慢。若改变磁铁的转向，鼠笼型转手柄摇得慢，转子也转得慢。若改变磁铁的转向，鼠笼型转子的转向也随之改变。由此可见，转子转动的必要条件是要有一个旋子的转

43、向也随之改变。由此可见，转子转动的必要条件是要有一个旋转的磁场。异步电动机就是利用三相交流电通入三相对称绕组所产生转的磁场。异步电动机就是利用三相交流电通入三相对称绕组所产生的旋转磁场来使转子旋转的。的旋转磁场来使转子旋转的。上一页 下一页返回任务任务4. 3三相异步电动机三相异步电动机 4.3.3三相异步电动机的转速三相异步电动机的转速 在三相异步电动机内，旋转磁场是由定子铁芯中放置的三相绕组产在三相异步电动机内，旋转磁场是由定子铁芯中放置的三相绕组产生的。当定子绕组中通入三相电流后，它们产生的合成磁场是随着三生的。当定子绕组中通入三相电流后，它们产生的合成磁场是随着三相电流时序的变化在空间

44、不断地旋转着。旋转磁场的方向与三相电流相电流时序的变化在空间不断地旋转着。旋转磁场的方向与三相电流的顺序有关，也称相序。改变相序可以改变三相异步电动机的转向。的顺序有关，也称相序。改变相序可以改变三相异步电动机的转向。如如图图4 -21所示为一对磁极的旋转磁场旋转磁场的转速称为同步转速所示为一对磁极的旋转磁场旋转磁场的转速称为同步转速n0, n0与定子的磁极数有关。与定子的磁极数有关。 按照国家标准规定，工频按照国家标准规定，工频f=50 Hz，由式，由式(4-5)可得出对应于不同磁可得出对应于不同磁极对数极对数P的旋转磁场转速的旋转磁场转速n不同磁极对数不同磁极对数P的旋转磁场转速的旋转磁场

45、转速n的数值，的数值，见见表表4-7。上一页 下一页返回任务任务4. 3三相异步电动机三相异步电动机4. 3. 4三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的铭牌4. 3. 4. 1型号型号三相异步电动机的型号如三相异步电动机的型号如图图4-22所示。所示。4.3.4.2额定值额定值(1额定功率额定功率Pn电动机在额定负载运行时，轴上所输出的机械功率，电动机在额定负载运行时，轴上所输出的机械功率，单位单位(2)额定电压额定电压Un-电动机正常工作时，定子绕组所加的线电压，单位电动机正常工作时，定子绕组所加的线电压，单位V(3)额定电压额定电压In-电动机输出功率时，定子绕组允许长期通过的线电流，电动机

46、输出功率时，定子绕组允许长期通过的线电流，(4)额定频率额定频率fn-我国的电网频率为我国的电网频率为50 Hz(5)额定转速额定转速n-电动机在额定状态下，转子的转速，单位电动机在额定状态下，转子的转速，单位r/min上一页 下一页返回任务任务4. 3三相异步电动机三相异步电动机(6)绝缘等级绝缘等级电动机所用绝缘材料的等级。电动机所用绝缘材料的等级。4. 3. 4. 3工作方式工作方式工作方式分为连续、短时、断续周期工作制三种。工作方式分为连续、短时、断续周期工作制三种。如一台三相异步电动机的铭牌图，如如一台三相异步电动机的铭牌图，如图图4-23所示。所示。4. 3. 5三相异步电动机的转

47、动原理三相异步电动机的转动原理 当三相异步电动机的三相定子绕组接通三相交流电源，流过三相对当三相异步电动机的三相定子绕组接通三相交流电源，流过三相对称电流后，就能在电动机的气隙中产生转速为称电流后，就能在电动机的气隙中产生转速为n0旋转磁场。电动机转旋转磁场。电动机转子转动方向与磁场旋转的方向相同，但转子的转速子转动方向与磁场旋转的方向相同，但转子的转速n不可能达到与旋不可能达到与旋转磁场的转速转磁场的转速n0相等，否则，转子与旋转磁场之间就没有相对运动，相等，否则，转子与旋转磁场之间就没有相对运动，因而磁力线就不切割转子导体，转子电动势、转子电流以及转矩也就因而磁力线就不切割转子导体，转子电动势、转子电流以及转矩也就都不存在。都不存在。上一页 下一页返回任务任务4. 3三相异步电动机三相异步电动机也就是说旋转磁场与转子之间存在转速差，因此，我们把这种电动机也就是说旋转磁场与转子之间存在转速差，因此，我们把这种电动机称为异步电动机，又因为这种电动机的转动原理是建立在电磁感应基称为异步电动机，又因为这种电动机的转动原理是建立在电磁感应基础上的，故又称为感应电动机。础上的，故又称为感应电动机。4. 3. 6三相异步电动机的转矩和机械特性三相异步电动机的转矩和机械特性 4.