实用汽车电工电子技术资源(5)《实用汽车电工电子技术 》杨屏主编

1、实用汽车实用汽车电工电子电工电子技术技术杨屏杨屏 李刚李刚 制作制作实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术2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

2、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具备计算变压器、直、交流发电机及电动机的重要具备计算变压器、直、交流发电机及电动机的重要参数的能力参数的能力实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术3【主要内容【主要内容】6.1 变压器变压器6.2 直流电机直流电机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 实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术46.1 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

3、换关系。掌握变压器的工作原理和电压转换关系。能够进行变压器的相关计算和故障诊断。能够进行变压器的相关计算和故障诊断。实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术56.1 变压器变压器【基本理论知识基本理论知识 】1 1变压器变压器 变压器是利用电磁感应原理，把一种电压变压器是利用电磁感应原理，把一种电压等级等级( (大小大小) )的交流电能变换成相同频率的另一的交流电能变换成相同频率的另一种电压等级种电压等级( (大小大小) )的交流电能的一种静止的电的交流电能的一种静止的电气设备。气设备。2 2变压器的作用变压器的作用(1)(1)电压变换电压变换(2)(2)电压变换电压变换(3)(3)阻抗变换阻

4、抗变换实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术63 3变压器的分类变压器的分类（1 1）按用途可分为：电力变压器、仪器用变压）按用途可分为：电力变压器、仪器用变压器、特种变压器。器、特种变压器。（2 2）按绕组数目可分为：双绕组变压器、三绕）按绕组数目可分为：双绕组变压器、三绕组变压器、多绕组变压器和自耦变压器等。组变压器、多绕组变压器和自耦变压器等。（3 3）按磁路系统可分为：心式变压器和壳式变）按磁路系统可分为：心式变压器和壳式变压器等。压器等。（4 4）按相数可分为：单相变压器、三相变压器）按相数可分为：单相变压器、三相变压器和多相变相器等。和多相变相器等。实用汽车电工电子技术实用汽车电

5、工电子技术74 4变压器的结构组成变压器的结构组成（1 1）电力变压器的结构）电力变压器的结构变压器最主要的部件是铁心和绕组，铁心变压器最主要的部件是铁心和绕组，铁心和绕组装在一起称为器身。和绕组装在一起称为器身。油浸式电力变压器的油浸式电力变压器的器身放在油箱里。器身放在油箱里。实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术8（2 2）变压器的基本结构）变压器的基本结构 变压器的基本结构分为四部分：变压器的基本结构分为四部分： 1 1）铁心，该部分构成变压器的磁路）铁心，该部分构成变压器的磁路 2 2）绕组，该部分构成变压器的电路）绕组，该部分构成变压器的电路 3 3）绝缘结构）绝缘结构 4 4）

6、油箱等其他部分（电力变压器）油箱等其他部分（电力变压器） 构成变压器主体（器身）。构成变压器主体（器身）。实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术9（3 3）心式变压器的器身）心式变压器的器身特点：结构简单、装配及绝缘容易，我国电力特点：结构简单、装配及绝缘容易，我国电力变压器广泛采用心式结构。变压器广泛采用心式结构。 实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术10（4 4）壳式变压器的器身）壳式变压器的器身 特点：机械强度高、特点：机械强度高、用材教多、工艺复杂，用材教多、工艺复杂，常用于低压、大电流或常用于低压、大电流或小容量的电信变压器。小容量的电信变压器。实用汽车电工电子技术实用汽车电工

7、电子技术111 1）绕组的作用：）绕组的作用： 构成传递交流电能的电路部分。构成传递交流电能的电路部分。2 2）绕组的材料：）绕组的材料： 绕组常用包有绝缘材料的铜线或铝线绕制绕组常用包有绝缘材料的铜线或铝线绕制而成。而成。3 3）绕组的绕制方式：）绕组的绕制方式： 同心式同心式交叠式交叠式 （5 5）变压器绕组的结构）变压器绕组的结构实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术126 6）高压绕组和低压绕组的结构特点：）高压绕组和低压绕组的结构特点：高压绕组的匝数多、导体细；低压绕组的高压绕组的匝数多、导体细；低压绕组的匝数少、导体粗。匝数少、导体粗。为了使套在铁心柱上的绕组具有良好的机为了使套

8、在铁心柱上的绕组具有良好的机械性能，其外形一般为圆筒形状，如图械性能，其外形一般为圆筒形状，如图6-26-2所所示。示。同心式绕组的高、低压绕组同心地套在铁同心式绕组的高、低压绕组同心地套在铁心柱上。一般低压绕组靠近铁心柱，高压绕心柱上。一般低压绕组靠近铁心柱，高压绕组套在低压绕组外面；交叠式绕组的高、低组套在低压绕组外面；交叠式绕组的高、低压绕组沿铁心柱高度方向交替放置，为减小压绕组沿铁心柱高度方向交替放置，为减小绝缘距离，通常低压绕组靠近铁轭。绝缘距离，通常低压绕组靠近铁轭。实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术135 5变压器的铁心材料和叠装方式变压器的铁心材料和叠装方式实用汽车电工电

9、子技术实用汽车电工电子技术146 6变压器的工作原理变压器的工作原理dtdNedtdNe2211实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术15（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 2N1N2e1e2U1U2121UNNUUK 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，变压器为升压变压器时，变压器为升压变压器实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术16（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 1

10、21221NNUUII1221NNIIKI实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术17（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。实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术18(1) (1) 额定容量额定容量S SNN：额定容量是指变压器额定运行时的视在功率，由于变额定容量是指变压器额定运行时的视在功率，由于变压

11、器的效率很高，通常一、二次侧的额定容量设计成相压器的效率很高，通常一、二次侧的额定容量设计成相等。对于三相变压器而言是指三相的总功率。等。对于三相变压器而言是指三相的总功率。(2) (2) 一、二次侧额定电压一、二次侧额定电压U U1N1N和和U U2N2N：正常运行时加在一次侧的端电压的允许值称为变压器正常运行时加在一次侧的端电压的允许值称为变压器一次侧的额定电压一次侧的额定电压U U1N1N。二次侧的额定电压。二次侧的额定电压U U2N2N是指变是指变压器一次侧加额定电压时二次侧的空载电压。对三相变压器一次侧加额定电压时二次侧的空载电压。对三相变压器而言，额定电压是指线电压。压器而言，额定

12、电压是指线电压。7 7变压器的额定值变压器的额定值实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术19 (3) (3) 额定电流额定电流I I1N1N和和I I2N2N： 变压器一、二次的额定电流，是根据额定容变压器一、二次的额定电流，是根据额定容量和计算出来的电流。量和计算出来的电流。对三相变压器而言，额定电流是指线电流。对三相变压器而言，额定电流是指线电流。对单相变压器：对单相变压器：S SNN=U=U1N1NI I1N1N= U= U2N2NI I2N2N对三相变压器：对三相变压器： (4) (4) 额定频率额定频率f fNN 我国的标准规定工业频率我国的标准规定工业频率f fNN=50Hz=5

13、0Hz。2N2N1N1NNI UIU3S实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术20 8 8变压器的外特性变压器的外特性 （1 1）变压器的外特性曲线。）变压器的外特性曲线。（2 2）电压调整率）电压调整率U%U%电压调整率是变压器空载电压减去实际工作电压调整率是变压器空载电压减去实际工作电压（即电压降）与空载电压比值的百分比。电压（即电压降）与空载电压比值的百分比。 用公式描述为：用公式描述为：%100U%222NNUUU实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术216.2 直流电机直流电机【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

14、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。能够进行变压器的相关计算和故障诊断。能够进行变压器的相关计算和故障诊断。实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术22【基本理论知识基本理论知识 】1 1直流电机的分类直流电机的分类（1 1）直流发电机，是把机械能转换成为直流电）直流发电机，是把机械能转换成为直流电能的旋转机械。能的旋转机械。（2 2）直流电动机，是把直流电能转换成为机）直流电动机，是把直流电能转换成为机械能的旋转机械。械能的旋转机械。 一台直流电机，即可以用作电动机，又可一台直流电机，即可以用作电动机，又可以用

15、作发电机，其直流电能与旋转的机械能之以用作发电机，其直流电能与旋转的机械能之间具有可逆性。通常说的电机指的是电动机。间具有可逆性。通常说的电机指的是电动机。6.2 直流电机直流电机实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术232 2直流发电机的用途及特点直流发电机的用途及特点（1 1）用途：）用途： 直流发电机可用作蓄电池充电、电解电直流发电机可用作蓄电池充电、电解电镀、汽车、直流电焊、同步电动机励磁、直流镀、汽车、直流电焊、同步电动机励磁、直流电动机等的直流电源。电动机等的直流电源。（2 2）特点：）特点： 直流发电机的构造复杂，价格昂贵，工直流发电机的构造复杂，价格昂贵，工作可靠性较差，维护

16、较困难。随着电力电子技作可靠性较差，维护较困难。随着电力电子技术的迅速发展，作为直流电源已逐渐被半导体术的迅速发展，作为直流电源已逐渐被半导体直流稳压电源所取代。直流稳压电源所取代。实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术243 3直流电动机的用途及特点直流电动机的用途及特点（1 1）用途：）用途： 直流电动机可以作为大型起重机械、电气机直流电动机可以作为大型起重机械、电气机车、电车、轧钢机、造纸机、龙门刨床、镗床车、电车、轧钢机、造纸机、龙门刨床、镗床等启动转矩大、启动、停车、调速性能高的生等启动转矩大、启动、停车、调速性能高的生产机械的拖动机械。产机械的拖动机械。（2 2）特点：）特点：

17、直流电动机比三相异步电动机结构复杂，维直流电动机比三相异步电动机结构复杂，维护也不便；但调速性能稳定、调速范围广。护也不便；但调速性能稳定、调速范围广。实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术254 4直流电机的结构直流电机的结构 直流电机主要由定子和转子两部分组成。直流电机主要由定子和转子两部分组成。实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术265 5直流发电机工作原理直流发电机工作原理 (a) (a) 线圈在初始位置线圈在初始位置 (b) (b) 线圈转过了线圈转过了180180实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术276 6直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理 (a) (a) 线圈在

18、初始位置线圈在初始位置(b) (b) 线圈转过了线圈转过了180180实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术287 7直流电机的电动势和电磁转矩。直流电机的电动势和电磁转矩。（1 1）直流电机的电枢电动势）直流电机的电枢电动势EaEa可表示为：可表示为：Ea=CEa=CE Enn式中：式中： C CE E是与电机结构有关的常数是与电机结构有关的常数（ ）；）； 为每极磁通，单位是为每极磁通，单位是WbWb； n n为电机转速，单位是为电机转速，单位是r rminmin； EaEa是感应电动势的单位是是感应电动势的单位是V V。60apNCE实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术29（2 2

19、）直流电机的电磁转矩）直流电机的电磁转矩T T可表示为：可表示为：T=CT=CT TIaIa式中：式中： C CT T是与电机结构有关的常数；是与电机结构有关的常数； Ia Ia是电枢电流，单位是是电枢电流，单位是A A； 的意义与单位同上；的意义与单位同上； T T的单位是的单位是NNmm。实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术308 8直流电动机的分类直流电动机的分类（1 1）直流电动机根据励磁绕组与电枢绕组的联）直流电动机根据励磁绕组与电枢绕组的联接方式不同分成如下图的接方式不同分成如下图的(a)(d(a)(d) )所示的四种。所示的四种。（2 2）按照磁场的形式分成：永磁式和励磁式两

20、）按照磁场的形式分成：永磁式和励磁式两种。种。(a)(a)为他励式直流电机为他励式直流电机 (b)(b)为并励式直流电机为并励式直流电机 (c)(c)为串励式直流电机为串励式直流电机 (c)(c)为复励式直流电机为复励式直流电机 实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术31 9 9串励式直流电动机在汽车启动机上的应用串励式直流电动机在汽车启动机上的应用（1 1）汽车启动机的构成）汽车启动机的构成1. 1.电枢轴螺旋键槽电枢轴螺旋键槽 2.2. 驱动齿轮驱动齿轮3.3. 离合器驱动座圈离合器驱动座圈 4.4. 离合器制动盘离合器制动盘 5.5. 啮合弹簧啮合弹簧 6.6. 移动叉移动叉 7.7.

21、 复位弹簧复位弹簧 8.8. 保持线圈保持线圈 9.9. 吸引线圈吸引线圈 10.10. 电磁开关壳体电磁开关壳体 11.11. 电动机开关触点电动机开关触点12.12. 接线端子接线端子 13.13. 开关触盘开关触盘 14.14. 换向器端盖换向器端盖 15.15. 电刷弹簧电刷弹簧 16.16. 换向器换向器17.17. 电刷电刷 18.18. 电动机壳体电动机壳体19.19. 磁极磁极 20.20.电枢电枢 21.21. 磁场线圈磁场线圈22.22.滑环滑环 23.23.支撑盘支撑盘 24.24.单向离合器单向离合器实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术32（2 2）汽车用直流电动机

22、的结构特点）汽车用直流电动机的结构特点1)汽车起动机使用的直流电动机的组成汽车起动机使用的直流电动机的组成磁极磁极电枢电枢电刷组件电刷组件电磁式直流电动机磁极的结构电磁式直流电动机磁极的结构 实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术33(a)(a)电枢总成电枢总成 (b)(b)换向器结构换向器结构启动机电枢的结构启动机电枢的结构 实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术34电刷组件结构电刷组件结构1 1、电刷弹簧、电刷弹簧 2 2电刷电刷 3 3电刷架电刷架 4 4电刷端盖电刷端盖实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术35（3 3）汽车用直流电动机的工作原理）汽车用直流电动机的工作原理1 1

23、）汽车用直流电动机的磁场为电磁场，为使分）汽车用直流电动机的磁场为电磁场，为使分析简化，将直流电动机定子形成的磁场描述成析简化，将直流电动机定子形成的磁场描述成为如下图所示的南、北两极的磁场。为如下图所示的南、北两极的磁场。实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术36图中，图中， 5 5和和6 6为电刷；为电刷；3 3和和4 4为换向片。为换向片。(a) (a) 静止状态静止状态 (b)(b)顺时针转动顺时针转动 (c)(c)惯性转动惯性转动 (d)(d)顺时针转动顺时针转动 以东风以东风EP1090EP1090型汽车起动系统为例，说明直型汽车起动系统为例，说明直流电动机在汽车起动过程中起到的

24、作用，起动流电动机在汽车起动过程中起到的作用，起动过程分为三个状态。过程分为三个状态。(a)(a)齿轮分离的初始状态齿轮分离的初始状态(b)(b)齿轮进入啮合齿轮进入啮合(c)(c)驱动飞轮旋转驱动飞轮旋转实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术376.3 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掌握汽车发电机常见故障检修掌握汽车发电机常见故障检修实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术38【基本理论知识【基本理论

25、知识 】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JFZ1913ZJFZ1913Z型型14V90A14V90A交流发电机的整体结构交流发电机的整体结构 实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术39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 1010“B+”B+”端子端子 11 11ICIC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

26、芯定子铁芯 1616风扇叶轮风扇叶轮 1717传动带轮传动带轮 1818紧固螺母紧固螺母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实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术402 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 实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术41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

27、力线，每相绕组都会产生按照正弦规律变化的交流电。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： 实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术423 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

28、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，正极接三相绕组三相桥式整流电路如下图所示，正极接三相绕组始端始端U U、V V、WW的二极管的二极管VD1VD1、VD3VD3、VD5VD5叫做正叫做正极管；负极接三相绕组始端极管；负极接三相绕组始端U U、V V、WW的二极管的二极管VDVD2 2、VDVD4 4、VDVD6 6叫做

29、负极管。叫做负极管。实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术43（4 4）三相整流电路中的二极管的导通原则）三相整流电路中的二极管的导通原则三相交流整流电路三相交流整流电路 实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术44三相交流电整流前后波形图三相交流电整流前后波形图 （5 5）整流器的整流过程）整流器的整流过程实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术45（6 6）整流后发电机输出直流电压的平均值）整流后发电机输出直流电压的平均值根据电工学原理得到结论：根据电工学原理得到结论：1 1）定子绕组）定子绕组Y Y形连接时：形连接时：U=1.35 UU=1.35 UL L=2.34U=2.34U2 2

30、）定子绕组）定子绕组形连接时：形连接时：U=1.35 UU=1.35 U式中：式中：U U为输出直流电压平均值；为输出直流电压平均值；U UL L为定子绕组输出的线电压的有效值为定子绕组输出的线电压的有效值(U(UL L=U=U) )；U U为每相绕组的相电压的有效值。为每相绕组的相电压的有效值。实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术46（7 7）三相交流发电机的中性点电压）三相交流发电机的中性点电压定子绕组定子绕组Y Y形连接的三相四线制电路图形连接的三相四线制电路图 实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术47中性点电压的平均值等于交流发电机输出直流中性点电压的平均值等于交流发电机输出直流电压的一半，即：电压的一半，即：式中：式中：U UNN为中性点电压；为中性点电压；U U为发电机输出直流电压。为发电机输出直流电压。UUN21实用汽车电工电子技术实用汽车电工电子技术484 4交流发电机的机械特性交流发