《实用汽车电工电子技术》模块6-LM

1、模块六模块六 变压器与电机变压器与电机 【学习目标学习目标】了解变压器的用途和结构了解变压器的用途和结构理解单相变压器的工作原理和用途理解单相变压器的工作原理和用途了解直流电机的构造与工作原理了解直流电机的构造与工作原理理解汽车用直流电机的结构特点和具体应用理解汽车用直流电机的结构特点和具体应用了解交流发电机的构造了解交流发电机的构造理解交流发电机的工作原理、过程及工作特性理解交流发电机的工作原理、过程及工作特性掌握交流发电机的检查与测试方法掌握交流发电机的检查与测试方法掌握汽车用电压调节器的测试与试验方法掌握汽车用电压调节器的测试与试验方法2【主要内容主要内容】6.1 变压器变压器6.2 直

2、流电机直流电机6.3 交流发电机及调节器交流发电机及调节器模块六模块六 变压器与电机变压器与电机 36.1 变压器变压器【本节目标本节目标】了解电磁转换和磁电转换理论。了解电磁转换和磁电转换理论。了解变压器的基本结构和各部分的作用。了解变压器的基本结构和各部分的作用。掌握变压器的工作原理和电压转换关系。掌握变压器的工作原理和电压转换关系。电源变压器电力变压器控制变压器调压器三相干式变压器 变压器是一种静止静止的交流交流电气设备，它利用电磁感应原理，将一种等级的交流电压和电流转变成同频同频率率的另一种等级的交流电压和电流。它对电能的经济传输、灵活分配和安全使用具有重要的意义；同时，它在电气的测试

3、、控制和特殊用电设备上也有广泛的应用。变压器的基本工作原理和结构变压器的基本工作原理和结构 一次绕组N1二次绕组N2互相绝缘且匝数不同只有互相绝缘且匝数不同只有磁的耦合而没有电的联系磁的耦合而没有电的联系 e2u1i0F0e1可向负载供电 u2根据电磁感应原理根据电磁感应原理dtdNe11dtdNe22改变改变N1、N2，就可达，就可达到改变电压的目的。到改变电压的目的。 一、变压器一、变压器的基本工作原理的基本工作原理 电力变压器：输送电功率及功率因数cos一定，越高时，则线路电流越小，输电线的截面积 ，节省材料，达到减小投资和降低运行费用的目的。 升压变压器升压变压器将电压升高后送入输电线

4、路。 降压变压器降压变压器将输电线路上的高电压降低为配电系统的配电电压，然后再经过降压变压器降压后供电给用户。1、变压器的应用、变压器的应用二、变压器二、变压器的应用和分类的应用和分类测量系统中使用的仪用互感器仪用互感器（可将高电压变换成低电压，或将大电流变换成小电流，以隔离高压和便于测量）；自耦调压器自耦调压器（可任意调节输出电压的大小，以适应负载对电压的要求）；电源变压器电源变压器作为焊接电源的电焊变压器电焊变压器；专供大功率电炉使用的电炉变压器电炉变压器；将交流电整流成直流电时使用的整流变压器整流变压器等。（1）按用途分类）按用途分类2、变压器的分类、变压器的分类（2）按绕组构成分类）按

5、绕组构成分类（3 3）按相数分类）按相数分类有单相变压器、三相变压器、多相变压器。有单相变压器、三相变压器、多相变压器。双绕组、三绕组、多绕组、自耦变压器。双绕组、三绕组、多绕组、自耦变压器。 干式变压器、油浸自冷变压器、油浸风冷变压器、强干式变压器、油浸自冷变压器、油浸风冷变压器、强迫油循环变压器、充气式变压器等。迫油循环变压器、充气式变压器等。（4 4）按冷却方式分类）按冷却方式分类三、变压器的基本结构三、变压器的基本结构 储油柜安全气道线圈铁心油箱放油阀门储油柜式油浸电力变压器储油柜式油浸电力变压器分接开关信号式温度计吸湿器油表高压套管低压套管变压器的主要组成主要组成是铁心铁心和绕组绕组

6、（俗称为器身器身）。为了改善散热条件，大、中容量的电力变压器的铁心和绕组浸入盛满变压器油的封闭油箱中，各绕组对外线路的联接由绝缘套管引出。为了使变压器安全、可靠地运行，还设有储油柜、安全气道和气体继电器等附件。 三、变压器的基本结构三、变压器的基本结构 1.1.铁心铁心构成变压器磁路系统，并作为变压器的支撑骨架构成变压器磁路系统，并作为变压器的支撑骨架 铁心柱铁心柱 磁轭磁轭0.35 mm0.35 mm厚的硅钢片，减小铁耗。厚的硅钢片，减小铁耗。 国产硅钢片国产硅钢片 有热轧硅钢有热轧硅钢 片、冷轧无片、冷轧无 取向硅钢片、取向硅钢片、 冷轧晶粒取冷轧晶粒取 向硅钢片向硅钢片 大、中型变压器的

7、铁心，一般先将硅钢片裁大、中型变压器的铁心，一般先将硅钢片裁成条形，然后采用交错叠片的方式叠装而成。成条形，然后采用交错叠片的方式叠装而成。交错叠片的目的是使各层磁路的接缝互相错开，交错叠片的目的是使各层磁路的接缝互相错开，以减小接缝处的气隙和磁路的磁阻，从而减小以减小接缝处的气隙和磁路的磁阻，从而减小励磁电流。励磁电流。1.铁心铁心2.2.绕组绕组 变压器中的电路部分，小型变压器一般用具有变压器中的电路部分，小型变压器一般用具有 绝缘的漆包圆铜线绕制而成，对容量稍大的变绝缘的漆包圆铜线绕制而成，对容量稍大的变 压器则用扁铜线绕制。压器则用扁铜线绕制。 同心式绕组同心式绕组高、低压绕组同心地套

8、高、低压绕组同心地套装在铁心柱上。为了便装在铁心柱上。为了便于与铁心绝缘，把低压于与铁心绝缘，把低压绕组套装在里面，高压绕组套装在里面，高压绕组套装在外面。绕组套装在外面。 （）油箱（）油箱 油浸式变压器的外壳就是油箱，它起着机械支油浸式变压器的外壳就是油箱，它起着机械支撑、冷却散热和保护的作用。变压器的器身放在装有变压撑、冷却散热和保护的作用。变压器的器身放在装有变压器油的油箱内。变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质，器油的油箱内。变压器油既是绝缘介质，又是冷却介质，它使铁心和绕组不被潮湿所侵蚀，同时通过变压器油的对它使铁心和绕组不被潮湿所侵蚀，同时通过变压器油的对流，将铁心和绕组所产生的热量

9、传递给油箱和散热管，再流，将铁心和绕组所产生的热量传递给油箱和散热管，再往空气中散发热量往空气中散发热量。3.其他结构附件其他结构附件（2）储油柜）储油柜 亦称油枕，保证器身始终浸在变压器油中。亦称油枕，保证器身始终浸在变压器油中。 （3）分接开关）分接开关 变压器运行时，为了使输出电压控制在允许变压器运行时，为了使输出电压控制在允许的变化范围内，通过的变化范围内，通过分接开关改变一次绕组匝数分接开关改变一次绕组匝数，从而达，从而达到调节输出电压的目的。通常输出电压的调节范围是额定到调节输出电压的目的。通常输出电压的调节范围是额定电压的电压的 （1 1）额定电压）额定电压U U1N1N和和U

10、U2N2N U1N：加在一次绕组上的正常工作电压值（加在一次绕组上的正常工作电压值（kV)kV)。根据。根据 变压器的绝缘强度和允许发热等条件规定变压器的绝缘强度和允许发热等条件规定U2N：一次绕组加上额定电压后，额定分接，二次一次绕组加上额定电压后，额定分接，二次绕组的绕组的空载空载电压值（电压值（kV)kV)。 注意：注意：U U2N2N不等于额定负载时的负载电压不等于额定负载时的负载电压额定电压在三相变压器中是指线电压。额定电压在三相变压器中是指线电压。2 . 变压器的额定值变压器的额定值（2 2）额定电流）额定电流I I1N1N和和I I2N2N 根据变压器允许发热的条件而规定的满载电

11、流根据变压器允许发热的条件而规定的满载电流 值（值（A A）。在三相变压器中额定电流是指线电流。）。在三相变压器中额定电流是指线电流。 （3 3）额定容量）额定容量S SN N变压器在额定工作条件下变压器输出能力即视在变压器在额定工作条件下变压器输出能力即视在 功率（功率（kVAkVA）。）。 1N1N2N2NNIUIUS单相变压器的额定容量单相变压器的额定容量 三相变压器的额定容量三相变压器的额定容量 NNNNNIUIUS112233（1）变压器的电压变换原理）变压器的电压变换原理 1 1）电压变换）电压变换2 2）变压器的电压变比）变压器的电压变比 2N1N2e1e2U1U2121UNNU

12、UK 当当K KU U11时，变压器为降压变压器时，变压器为降压变压器当当K KU U11时，变压器为升压变压时，变压器为升压变压器器根据电磁感应原理根据电磁感应原理dtdNe11dtdNe22变压器的变换原理变压器的变换原理（2）变压器的电流变换原理）变压器的电流变换原理 1 1）电流变换）电流变换2 2）变压器的电流变比）变压器的电流变比 121221NNUUII1221NNIIKI（3 3）变压器的阻抗变换原理）变压器的阻抗变换原理 ZKZZKIUNNINNUNNIUZINNINNIIUNNUNNUUUU22112121211122212121221112221211结论：结论： 同样的

13、负载，接到变压器的副边与直接接同样的负载，接到变压器的副边与直接接到变压器的原边，其阻抗差倍。到变压器的原边，其阻抗差倍。216.2 直流电机直流电机【本节目标本节目标】了解直流电机的作用。了解直流电机的作用。理解直流电动机的结构和原理。理解直流电动机的结构和原理。了解直流电机在汽车上的应用。了解直流电机在汽车上的应用。直流电机直流电机l直流电机是电能和机械能相互转换的旋转电机之一直流电机是电能和机械能相互转换的旋转电机之一 直流发电机：机械能直流发电机：机械能直流电能直流电能 直流电动机：直流电能直流电动机：直流电能机械能机械能l直流电动机具有直流电动机具有良好的调速性能、较大的起动转矩良好

14、的调速性能、较大的起动转矩和过载能力和过载能力等很多优点，但等很多优点，但结构复杂，成本高，运结构复杂，成本高，运行维护较困难行维护较困难。主要应用于起动和调速要求较高的。主要应用于起动和调速要求较高的生产机械中，如金属切削机床，轧钢机、电力机车生产机械中，如金属切削机床，轧钢机、电力机车、起重机、造纸及纺织行业等机械中。、起重机、造纸及纺织行业等机械中。直流电机的基本工作原理与结构直流电机的基本工作原理与结构一、直流电机的基本工作原理一、直流电机的基本工作原理1 1、直流发电机的基本工作原理、直流发电机的基本工作原理基于电磁感应原理：右手定则基于电磁感应原理：右手定则产生磁场：（产生磁场：（

15、N、S极）极）运动导线运动导线ab、cd切割磁场切割磁场线圈感应电动势线圈感应电动势交变交变换向整流换向整流电刷间输出直流电动势电刷间输出直流电动势直流发电机的工作原理模型直流发电机的工作原理模型例例1-1 1-1 如果前图中的直流发电机顺时针旋转，电刷两端如果前图中的直流发电机顺时针旋转，电刷两端的电动势极性有何变化？还有什么因素会引起同样的的电动势极性有何变化？还有什么因素会引起同样的变化？变化？解：直流发电机顺时针旋转时，由右手定则，图示解：直流发电机顺时针旋转时，由右手定则，图示线圈中感应电动势方向为线圈中感应电动势方向为a-b-c-d,a-b-c-d,通过换向片与电刷通过换向片与电刷

16、的滑动接触，则电刷的滑动接触，则电刷B B极性为正，电刷极性为正，电刷A A极性为负。极性为负。所以改变电枢转向，可改变电刷间输出电动势极性。所以改变电枢转向，可改变电刷间输出电动势极性。由右手定则可知：由右手定则可知：决定感应电动决定感应电动势极性的因素有两个，一是改变势极性的因素有两个，一是改变电枢转向，二是磁场极性电枢转向，二是磁场极性，因此，因此改变磁场的极性也可使直流发电改变磁场的极性也可使直流发电机的输出电动势极性改变。机的输出电动势极性改变。+-NS注意：注意：电枢转向和磁场极性只能改变其一。电枢转向和磁场极性只能改变其一。2 2、直流电动机的基本工作原理、直流电动机的基本工作原

17、理基于电磁力定律：左手定则基于电磁力定律：左手定则载流导体ab、cd在磁场中产生电磁力f形成电磁转矩带动转子旋转换向器作用：换向器作用：在发电机发电机中起整流整流作用，使线圈中的交变电动势电刷间的直流电动势。在电动机电动机中起逆变逆变作用，使电刷间的直流电线圈内的交变电，保证电动机的转向恒定。直流电动机工作原理模型直流电动机工作原理模型例例1-2 1-2 电动机拖动的生产设备常需要作正转或反转运动，电动机拖动的生产设备常需要作正转或反转运动，如电力机车的前行和倒退，就要求牵引电动机能正、反如电力机车的前行和倒退，就要求牵引电动机能正、反转。分析前图中的直流电动机如何能反转转。分析前图中的直流电

18、动机如何能反转( (顺时针旋转顺时针旋转)? )?解：图中的电动机模型要顺时针旋解：图中的电动机模型要顺时针旋转需获得一个顺时针方向的电磁转转需获得一个顺时针方向的电磁转矩，由左手定则可知：电磁力的方矩，由左手定则可知：电磁力的方向取决于磁场极性或导体中电流的向取决于磁场极性或导体中电流的方向，所以直流电动机获得反转的方向，所以直流电动机获得反转的方法有两个：一是改变磁场极性，方法有两个：一是改变磁场极性，二是改变电源电压极性使流过导体二是改变电源电压极性使流过导体的电流方向改变。的电流方向改变。注意：注意：两者只能改变其一，否两者只能改变其一，否则，直流电动机的转向不变。则，直流电动机的转向

19、不变。-+ffn改变电源极性（导体电改变电源极性（导体电流方向）而反转示意图流方向）而反转示意图二、直流电机的基本结构二、直流电机的基本结构1-电枢铁心电枢铁心 2-主磁极主磁极 3-励磁绕组励磁绕组 4-电枢齿电枢齿 5-换向极绕组换向极绕组 6-换向极铁心换向极铁心 7-电枢槽电枢槽 8-底座底座 9-电枢绕组电枢绕组 10-极极掌掌(极靴）极靴） 11-磁轭（机座）磁轭（机座）直流电机的结构图直流电机的结构图直流电机的径向剖面示意图直流电机的径向剖面示意图二、直流电机的基本结构二、直流电机的基本结构静止部分静止部分:定子定子旋转部分旋转部分:转子转子中间有气隙中间有气隙电磁方面：产生磁场

20、和构成磁路。电磁方面：产生磁场和构成磁路。 机械方面：整个电机的支撑。机械方面：整个电机的支撑。作用主要部件：磁极、机座、换向极、电刷、轴承、端盖等作用感应电动势和产生电磁转矩，感应电动势和产生电磁转矩，从而实现能量的转换从而实现能量的转换主要部件：电枢铁心、电枢绕组、换向器、轴承和风扇等主磁极主磁极1 1、定子部分、定子部分产生磁场，产生磁场，N N、S S 相隔，用相隔，用p p表示极对数表示极对数导磁和机械支撑导磁和机械支撑机座机座由磁极铁心和励磁绕组构成由磁极铁心和励磁绕组构成, ,磁极铁心由极身和极靴组成磁极铁心由极身和极靴组成. .作用作用: :改善直流电机的换向，改善直流电机的换

21、向，一般电机容量超过一般电机容量超过1kW1kW时均时均应安装换向极。应安装换向极。 安装在相邻两主磁极之间，安装在相邻两主磁极之间，用螺钉固定在机座上。用螺钉固定在机座上。用整块钢制成，也可用厚用整块钢制成，也可用厚11.5mm厚钢板或硅钢厚钢板或硅钢片叠成片叠成1-刷握 2-铜丝辫 3-压紧弹簧 4-电刷块（石墨材料）换换向向极极电电刷刷作用：作用：将旋转的电枢与固将旋转的电枢与固定不动的外电路相连，把定不动的外电路相连，把直流电压和直流电流引入直流电压和直流电流引入或引出或引出 2 2、转子部分、转子部分材料材料：为减小磁滞损耗和涡流损耗，电枢铁心为减小磁滞损耗和涡流损耗，电枢铁心 用用

22、0.35mm0.35mm或或0.5mm0.5mm厚的硅钢片叠成，表面有绝厚的硅钢片叠成，表面有绝缘层。缘层。 作用：作用：通过磁通和嵌放通过磁通和嵌放电枢绕组。电枢绕组。电电枢枢铁铁心心铁心冲片铁心冲片上层有效边上层有效边端接部分端接部分端接部分端接部分下层有效边下层有效边线圈首端线圈首端线圈尾端线圈尾端作用：作用：用于产生感应电用于产生感应电动势和通过电流，实现动势和通过电流，实现机电能量的转换。机电能量的转换。电电枢枢线线圈圈电枢绕组：电枢绕组：电枢线圈按一电枢线圈按一定规律连接形成。其并定规律连接形成。其并联支路对数用联支路对数用a a表示。表示。单叠绕组：单叠绕组：a=pa=p单波绕组

23、：单波绕组：a=1a=1单波、单叠绕组联接示意图单波、单叠绕组联接示意图换向器换向器材料：材料：采用导电性能好、硬度大、耐磨性能好采用导电性能好、硬度大、耐磨性能好的紫铜或铜合金制成。的紫铜或铜合金制成。 作用：作用：实现电刷内外实现电刷内外 交直流的转换。交直流的转换。由许多燕尾状的铜片间由许多燕尾状的铜片间隔绝缘云母片而成隔绝缘云母片而成主极极靴和电枢间主极极靴和电枢间的间隙。不均匀。的间隙。不均匀。3 3、气隙、气隙作用：作用：保证了电机保证了电机的转子的正常旋转，的转子的正常旋转，又是磁路的重要组又是磁路的重要组成部分成部分。小型电机气隙约为小型电机气隙约为0.70.75 5mmmm；

24、大型电；大型电机气隙可达机气隙可达5 51010mm mm 。额定值额定值(1)额定功率额定功率PN：在规定的工作条件下，长期运行允许输出的在规定的工作条件下，长期运行允许输出的功率。对于发电机来说，是指正负电刷之间输出的电功率；功率。对于发电机来说，是指正负电刷之间输出的电功率；对于电动机，则是指轴上输出的机械功率。对于电动机，则是指轴上输出的机械功率。(2)额定电压额定电压N：对发电机来说，是指在额定电流下输出额定对发电机来说，是指在额定电流下输出额定功率时的端电压；对电动机来说，是指所规定的正常工作时，功率时的端电压；对电动机来说，是指所规定的正常工作时，加在电动机两端的直流电源电压加在

25、电动机两端的直流电源电压(V) 。(3)额定电流额定电流I IN：直流电机正常工作时输出或输入的最大电流直流电机正常工作时输出或输入的最大电流值。值。对于发电机，三个额定值之间的关系为 PN=UNIN 对于电动机，三个额定值之间的关系为 PN=UNINN (4)额定转速额定转速nN： 电机额定运行时的转速电机额定运行时的转速(r/min) (r/min) 。额定效率；额定效率； N =（PN/P1）*%例例1-3 一台直流发电机，一台直流发电机， PN=10KW，UN=230V，nN=2850r/min， N=85%。求其额定电流和额定负。求其额定电流和额定负载时的输入功率。载时的输入功率。

26、。AAUPINNN48.4323010103kWWWPPNN76.111176085. 0101031解解 例例1-4 一台直流电动机，一台直流电动机，PN=17KW，UN=220V，nN=1500r/min， N=83%。求其额定电流和额定负。求其额定电流和额定负载时的输入功率。载时的输入功率。 解解 AAUPINNNN1 .9383. 022010173kWWWPPNN48.202048283. 01017313 3、励磁方式、励磁方式 直流电机运行性能与励磁方式密切相关，因此直流电机运行性能与励磁方式密切相关，因此直流电机的分类以励磁方式分类直流电机的分类以励磁方式分类 电枢绕组与励磁绕

27、组并联电枢绕组与励磁绕组串联励磁绕组单独供电有并励又有串励绕组396.3 交流发电机及调节器交流发电机及调节器【本节目标本节目标】掌握交流发电机的结构掌握交流发电机的结构正确理解发电机的工作原理及工作特性正确理解发电机的工作原理及工作特性理解汽车电压调节器的工作原理理解汽车电压调节器的工作原理1汽车发电机的结构汽车发电机的结构6.3 交流发电机及调节器交流发电机及调节器图中：图中：1 1连接螺栓连接螺栓 2 2后端盖后端盖 3 3整流板整流板4 4防干扰电容器防干扰电容器 5 5集流环集流环 6 6全封闭高速轴承全封闭高速轴承 7 7转子轴转子轴 8 8电刷电刷9 9“D+”D+”端子端子 1

28、010“B+”B+”端子端子 1111ICIC调节器调节器 1212电刷架电刷架 1313磁极磁极 1414定子绕组定子绕组 1515定子铁芯定子铁芯 1616风扇叶轮风扇叶轮 1717传动带轮传动带轮 1818紧固紧固螺母螺母1919全封闭高速轴承全封闭高速轴承 2020磁场绕组磁场绕组2121前端盖前端盖 2222定子槽楔子定子槽楔子41（1 1）转子的作用、结构与组成）转子的作用、结构与组成1集电环集电环 2转子轴转子轴 3爪极爪极 4磁场绕组与铁芯磁场绕组与铁芯 42（2 2）定子的作用、结构与组成）定子的作用、结构与组成1、2、3、4绕组引线绕组引线 5定子铁芯定子铁芯43（3 3）

29、整流器）整流器44（4 4）端盖和电刷组件）端盖和电刷组件1、电刷架 2、4、“磁场端子” 3、电刷与电刷弹簧 45（4 4）端盖和电刷组件）端盖和电刷组件(a)内搭铁形交流发电机内搭铁形交流发电机 (b)外搭铁形交流发电机外搭铁形交流发电机462 2、交流发电机的工作原理、交流发电机的工作原理汽车交流发电机电路汽车交流发电机电路 47当转子旋转时，磁场便随着转子在空间旋转。当转子旋转时，磁场便随着转子在空间旋转。此时，三相定子绕组与磁力线之间会产生相对运此时，三相定子绕组与磁力线之间会产生相对运动，定子绕组就会切割磁力线，每相绕组都会产动，定子绕组就会切割磁力线，每相绕组都会产生按照正弦规律

30、变化的交流电。因为各相绕组相生按照正弦规律变化的交流电。因为各相绕组相对与磁场的运动速度相同、结构相同，所以在三对与磁场的运动速度相同、结构相同，所以在三相绕组中就会产生频率相同、幅值相等、相位互相绕组中就会产生频率相同、幅值相等、相位互差差120120电角度的电角度的正弦交流电动势正弦交流电动势e eU U、e eV V、e eWW，其波形如下图：其波形如下图： 483 3汽车交流发电机的整流汽车交流发电机的整流（1 1）整流的目的）整流的目的 为了获得直流电，给汽车蓄电池充电。为了获得直流电，给汽车蓄电池充电。（2 2）整流元件）整流元件 整流器是主要由二极管构成的整流电路，所以，整流器是主要由二极管构成的整流电路，所以，整流二极管是交流发电机的关键部件。整流二极管是交流发电机的关键部件。（3 3）整流电路）整流电路 在交流发电机中，六只型号相同的二极管组成三在交流发电机中，六只型号相同的二极管组成三相桥式整流电路如下图所示，正极接三相绕组始端相桥式整流电路如下图所示，正极接三相绕组始端U U、V V、WW的二极管的二极管VD1VD1、VD3VD3、VD5VD5叫做正极管；叫做正极管；负极接三相绕组始端