汽车电工电子技术基础第4章课件

1、4.1直流电动机4.3三相交流异步发电机4.2三相交流同步发电机4.1 直流电动机4.1.1 直流电动机的结构 1.定子 定子的作用是产生磁场和作为电动机机械支承部件。它由主磁极、换向磁极、电刷装置、机座、端盖等组成。2.转子 直流电动机的转动部分称为转子，也称为电枢。它主要由电枢铁芯、换向器及电枢绕组等组成。返回直流电动机的电枢4.1 直流电动机4.1.2 直流电动机原理及相关参数 1.转动原理2.电磁转距 直流电动机的电磁转矩是由电枢绕组通入直流电流后在磁场中受力而形成的。2.电枢电动势和电流 当直流电动机转动时，电枢绕组切割磁力线，在绕组中产生感应电动势，其方向由右手定则确定，该电动势的

2、方向与电枢电流的方向相反，因而称为反电动势，用 Ea 表示。直流电动机工作原理图（a）电流由ab边进入时（b）电流由dc边进入时4.1 直流电动机4.1.3 直流电动机的类型与机械特性 1.直流电动机的类型1）他励直流 电动机2）并励直流 电动机4.1 直流电动机4.1.3 直流电动机的类型与机械特性 3）串励直流 电动机4）复励直流 电动机4.1 直流电动机4.1.3 直流电动机的类型与机械特性 1.直流电动机的机械特性1）永磁式由于磁通保持不变，当电枢电流增大时，电动机负载增加，当电磁转矩增大时，电动机转速没有明显下降，电动机的这种特性称为硬特性。2）他励式由于流过电枢的电流不变，因此产生

3、的磁通也保持不变，其机械特性与永磁式类似。3）串励式当负载转矩增大时，流过电枢的电流增大，使磁极接近饱和，磁通增加较慢，转速随转矩的变化而急剧变化，电动机的这种特性又称为软特性。4.1 直流电动机4.1.3 直流电动机的类型与机械特性 4）并磁式当负载增加时，转矩随之增加，但由于电枢电阻较小，使得电动机转速下降不显著。5）复励式工作特性介于串励和并励之间。直流电动机的机械特性4.1 直流电动机4.1.4 直流电动机的起动、反转、调速和制动 1.直流电动机的起动4.1 直流电动机4.1.4 直流电动机的起动、反转、调速和制动 2.直流电动机的反转 电动机的转动方向由电磁转矩方向确定。由转矩公式可

4、知，可以通过改变励磁电流方向或改变电枢电流方向来改变电动机的转动方向，即实现反转。改变电动机转向的方法有两种：保持电枢电压两端极性不变，把励磁绕组反接，使励磁电流方向改变；保持励磁绕组电流方向不变，把电枢绕组反接，使电枢电流方向改变。如果两电流方向同时改变，电动机的转动方向将不改变。3.直流电动机的调速 人为使电动机在同样的负载下得到不同的转速称为调速。4.1 直流电动机4.1.4 直流电动机的起动、反转、调速和制动 直流电动机和交流电动机相比较，虽有许多不足之处，但直流电动机在许多领域内仍被广泛地采用。这一方面是因为电子技术的日益发展，能够经济而可靠地获得直流电能；更为重要的是因为它具有极其

5、可贵的调速性能，可以在宽广的范围内进行平滑而经济地调速。4.直流电动机的制动 1）能耗制动并励电动机的能耗制动电路图4.1 直流电动机4.1.4 直流电动机的起动、反转、调速和制动 2）回馈制动 当电动汽车下坡或用电动机吊载的重物下降时，可能出现电动机的转速高于空载转速，此时电动机作发电机运行，电动机将机械能转换成电能，反送回电网，并产生制动转矩来限制电动机的转速。 回馈制动能将产生的电能回馈到电网中，节能明显，但只能发生在转速大于理想空载转速的情况下，能降低转速但不能制动到停止状态。4.1 直流电动机4.1.4 直流电动机的起动、反转、调速和制动 3）反接制动 反接制动是通过改变励磁电流If

6、的方向或改变电枢电流Ia的方向，使电动机得到反向转矩，从而产生制动作用的制动方法。在电动机转速降低至零附近时，应断开电源，否则电动机将反转。电枢反接的反接制动电路图4.2 三相交流同步发电机4.2.1 三相交流同步发电机的结构 1.定子 定子也称为电枢，主要由定子铁芯（电枢铁芯）和定子绕组（电枢绕组）组成。定子铁芯的内圆周表面冲有槽，用来放置三相对称绕组。绕组的接法有星形和三角形两种方式，一般采用星形连接。返回(a)隐极式同步发电机(b)凸极式同步发电机旋转磁极式三相同步发电机的类型定子结构与三相绕组的星形连接图1定子铁芯； 2定子槽； 3铆钉； 4定子绕组（电枢绕组）4.2 三相交流同步发电

7、机4.2.1 三相交流同步发电机的结构 2.转子 转子由转子轴、励磁绕组、两块爪形磁极及集电环等组成。 转子结构1集电环； 2引线； 3爪形磁极； 4励磁绕组； 5磁轭； 6定位圈； 7转子轴4.2 三相交流同步发电机4.2.2 三相交流同步发电机的工作原理 当蓄电池或发电机作用于励磁绕组两端时，励磁绕组就有电流流过，转子的爪形磁极被磁化。当转子被发动机驱动旋转时，由于定子绕组与主磁场之间的相对切割运动，定子三相绕组切割转子磁极的磁力线，定子绕组中将会感应出频率相同、幅值相等、相位相差120的按周期性变化的三相对称交变电动势。通过引出线，即可向外提供交流电源。（a）同步发电机工作原理三相同步发

8、电机工作原理与感应电动势输出波形（b）感应电动势输出波形4.2 三相交流同步发电机4.2.3 汽车交流发电机概述 定子绕组的圈数。绕组的圈数越多，则输出值会越大32转子的磁场强度。磁场越强，则输出值越大1发电机的转度。输出随发电机转速增加而增加，直到发电机输出达到最大值。汽车发电机的转速以比发动机转速快23倍的速度旋转（取决于皮带轮的大小） 汽车用交流发电机的输出电压和电流取决于下面几个因素：4.3 三相交流异步电动机4.3.1 三相交流异步电动机的结构 1.定子 三相异步电动机的定子部分包括机座、装在机座内的圆筒形定子铁芯以及其中的三相定子绕组。 1）定子铁芯 交流电动机定子铁芯是电动机磁路

9、的一部分，并用来安放定子绕组。为了减少定子铁芯中的损耗，铁芯一般用厚度为0.350.5 mm、表面有绝缘层的硅钢片冲片叠装而成，铁芯的内圆冲有均匀分布的槽，用以安放定子绕组。返回4.3 三相交流异步电动机4.3.1 三相交流异步电动机的结构 2）定子绕组 定子绕组的作用是通入三相交流电，产生旋转磁场。 3）机座 机座的作用是固定定子铁芯，并通过两个端盖支撑转子，同时保护整个电动机的电磁部分和散发电动机运行时产生的热量。Y接法接线盒接法接线盒Y接法接法定子三相绕组的星形连接和三角形连接4.3 三相交流异步电动机4.3.1 三相交流异步电动机的结构 2.转子部分 转子是电动机的旋转部分，由转子铁芯

10、、转子绕组及转轴等组成。转子铁芯是圆柱状的，用0.5 mm的硅钢片冲制叠压而成，表面冲有分布均匀的槽孔，用来放置转子绕组1）转子铁芯作用是：与定子相互切割磁场，产生感应电动势和电流，并在旋转磁场的作用下产生电磁力矩而使转子转动2）转子绕组作用是传递转矩及支撑转子3）转轴4.3 三相交流异步电动机4.3.1 三相交流异步电动机的结构 转子绕组根据构造的不同可分为: 鼠笼式转子绕组的铁芯是圆柱状的，在转子铁芯的槽内放置铜条，其两端用端环相接，呈鼠笼状，所以称为鼠笼式转子绕组。也可以在转子铁芯的槽内浇铸铝液，铸成一个鼠笼。这样便可以用铝代替铜，既经济又便于生产。 目前，中、小型鼠笼式异步电动机几乎都

11、采用铸铝转子。1）鼠笼式转子绕组铜条鼠笼式绕组铸铝鼠笼式绕组1扇叶； 2端环； 3铝条4.3 三相交流异步电动机4.3.1 三相交流异步电动机的结构 如图所示为绕线式转子绕组的接线图，绕线式转子绕组同定子绕组一样，也是三相的，连接成星型。每相绕组的的始端连接在3个彼此绝缘的铜制滑环上，滑环固定在转轴上。环与转轴之间都是互相绝缘的。滑环压着碳质电刷，电刷上又连接着三根外接线。起动电阻和调速电阻是借助于电刷同滑环和转子绕组连接的。2）绕线式转子绕组 绕线式转子绕组的接线图4.3 三相交流异步电动机4.3.1 三相交流异步电动机的结构 2.气隙 定、转子之间的间隙称为气隙。气隙很小，通常为为0.21

12、 mm。尽管气隙只是定子与转子之间的间隙，但它对电动机的性能影响很大，如果气隙不均匀会造成电动机运转不平稳，运行性能变差。4.3.2 三相交流异步电动机的转动原理与机械特性 1.三相交流异步电动机的转动原理4.3 三相交流异步电动机4.3.2 三相交流异步电动机的转动原理与机械特性 1.三相交流异步电动机的机械特性 三相异步电动机的转速 n 与转矩 T 之间的关系称为电动机的机械特性，其曲线如图所示。4.3.3 三相交流异步电动机的 铭牌 4.3 三相交流异步电动机4.3.4 三相交流异步电动机的使用 1.起动2.调速 在同一负载下，用人为的方法使电动机的转速从某一数值改变为另一数值，以满足需

13、要，这种情况称为调速。由转差率，可知，电动机转速。绕线式电动机转子串电阻三级起动线路图4.3 三相交流异步电动机4.3.4 三相交流异步电动机的使用 1）改变电源频率调速 2）改变磁极对数调速变频调速装置的原理串联定子绕组改接成不同极对数的线路图（其中一相）并联4.3 三相交流异步电动机4.3.4 三相交流异步电动机的使用 3）改变转子电路电阻调速 通过改变转子绕组串联附加电阻的阻值大小来调速属于改变转差率调速，这种调速方法只适用于绕线式异步电动机。在转子电路中串入不同阻值的调速电阻(和起动电阻一样接入)时，电动机的机械特性硬度有所变化，在同一负载下，如转子电路电阻增加时，将使电动机的转差率增

14、大，转速下降。 绕线式异步电动机转子串电阻调速时，调速电阻消耗电能大，效率低，并且随着调速电阻的增大，机械特性将变软，运行稳定性将变差，但是由于调速设备简单，操作方便，故仍广泛应用在起重设备中。4.3 三相交流异步电动机4.3.4 三相交流异步电动机的使用 3.发转 三相异步电动机的转动方向是同旋转磁场的旋转方向一致的，旋转磁场的转向又取决于定子绕组通入的三相电流的相序，因此只要把接到电动机上的三根电源线中的任意两根对调一下，电动机便反向旋转。4.制动 在电动机旋转的反方向加上制动力矩，迫使转子停转或限制其转速的措施叫做制动。 正在运行的电动机，断开电源后，由于转子本身惯性的作用，并不能立即停

15、转。而在某些生产机械上，为了提高生产效率，要求电动机迅速停转，或有的机械从安全角度考虑，要求限制电动机不致过速（例如起吊的重物下降时），为此必须对电动机进行制动控制。4.3 三相交流异步电动机4.3.4 三相交流异步电动机的使用 1）能耗制动 2）反接制动 反接制动是在电动机需要停下 时，将电动机与电源相联的三根电 源线任意对调两根，待转速接近于 零时，再把电源切断。当电动机反 接后，旋转磁场便反向旋转，转子 绕组中的感应电动势和感应电流的方向也都随之改变。这样，转子所产生的电磁转矩与转子的转动方向相反，为一制动转矩。在制动转矩作用下，电动机的转速很快地下降到零。当电动机的转速接近于零时，应立即切断电源，否则电动机会反向起动。因此，常采用速