学习任务四 直流电动机与三相交流电动机性能检测讲解

学习任务四直流电动机与三相交流电动机性能检测《汽车电工电子技术》CONTENTS目录3三相交流无刷永磁同步电动机控制与检测1直流电动机控制与分析直流电动机性能检测2三相异步电动机控制与检测4任务描述

若要完成对直流电动机与三相交流电动机的故障诊断，首先要掌握直流电动机与三相交流电动机的结构和工作原理，并能够对其零部件进行检测。学习目标知识目标12能力目标掌握直流电动机与三相交流电动机的结构与工作原理；掌握直流电动机与三相交流电动机控制原理并检测其特性；能够正确拆装电动机；能够分析直流电动机控制原理并检测其特性；12规范课堂6S

管理；养成团队协作的好作风；养成独立思考问题的好习惯；能与同学密切合作、规范、安全地完成学习活动。

素质目标123401直流电动机控制与分析任务描述1

完成对直流电动机的故障诊断，首先要掌握直流电动机的结构和工作原理，并能够对其零部件进行检测。任务目标2建议学时：2学时。掌握直流电动机的结构及工作原理1能够分析直流电动机控制电路2直流电动机的结构一

直流电路就是用导线把电源、用电器(负载)、控制器件等连接起来组成的电流流通的路径。

电动机是一种将直流电能转换成机械能的装置，直流电动机具有比交流电动机较为优良的调速和起动性能，它的调速范围广、平滑性、经济性好，它的起动转矩较大，这种性能对有些机械的拖动是十分重要的，例如大型机床、电力机车、大型起重设备等，另外在无交流电源而以蓄电池作为电源的机械设备上，也使用直流电动机，用来起动或拖动机械，如汽车、拖拉机、电瓶车等。直流电动机的结构二直流电动机由定子和转子构成。1.定子直流电动机定子

直流电动机组成二

2.转子直流电动机转子

直流电动机的基本工作原理二１.直流电动机的工作原理直流电动机是将电能转换为机械能的设备是以通电导体在磁场中受电场力作用的原理而制成的。直流电动机的工作原理

直流电动机的基本工作原理二２.直流电动机转矩自动调节过程任务实施4任务实施１.组织方式(１)场地设施：每小组对应一套直流电动机电子积木板设施、一张实训工作台。(２)检测工具:万用表、线束、锂离子电池一块、负载积木板。(３)学生组织:教师指导按各实例知识讲解及实训进行自评、互评。(４)检查实训任务:真实、完整、有效。一、任务准备(１)遵守场地安全规定，注意用电安全。(２)插拔电气元件时一定要断电操作。(３)在接线、拆线时，严禁用力拉扯线束。

注意事项任务实施4任务实施一、任务准备２.直流电动机控制电路相关知识

现在轿车的车窗基本上都采用了电动车窗，电动车窗升降系统的电动机，广泛采用的是永磁电动机，永磁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使车窗玻璃上升或下降，电动机本身不搭铁，而是通过控制开关搭铁，如图所示为美国福特公司采用的永磁式电动机的电动升降门窗电路图。任务实施4一、任务准备

２.直流电动机控制电路相关知识

福特公司永磁式电动机的电动升降门窗电路任务实施4任务实施二、操作步骤（1）按照图所示接好实训电路。步骤一（2）观察电动机转动的情况。步骤二

任务小结5任务小结(１)直流电动机是一种将直流电能转换成机械能的装置，用来起动或拖动机械，如汽车、拖拉机、电瓶车等；(２)直流电动机由定子、转子、电刷架、换向器组成；(３)直流电动机利用载流导体在磁场中受力作用将电能转换成机械能；

(４)以车窗玻璃升降器为例，分析直流电动机控制电路。任务小结5任务小结(１)三线交流异步电动机有笼型和绕线式两类；(２)三相交流异步电动机主要由定子和转子组成；(３)三相交流异步电动机的定子绕组流过三相对称电流产生三相磁动势并产生旋转磁场，转子感应电流并受力作用而转动；(４)三相交流异步电动机的起动方法有直接起动和降压起动。学习任务四直流电动机与三相交流电动机性能检测《汽车电工电子技术》02直流电动机性能检测任务描述1

能够描述直流电动机的类型与工作特性，正确拆装直流电动机，并能检测直流电动机的工作性能。任务目标2建议学时：2学时。了解直流电动机的结构及工作原理。1掌握直流电动机的工作特性。2能够检测直流电动机的工作性能。3直流电动机的类型与特性一直流电动机的励磁电路１.直流电动机的分类直流电动机的主磁场由励磁绕组中的励磁电流产生，按照不同的励磁方式，直流电动机可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机。直流电动机的工作特性二2.直流电动机的工作特性串励电动机转速低时，电流需求高、转矩大；转速高时，电流需求低、转矩小，起动力矩高时，转速易于控制。并励电动机的特性串励电动机的特性复励电动机的特性直流电动机在电动汽车上的应用三

直流电动机体积和质量大，存在换向火花、电刷磨损以及电动机本身结构复杂等问题，随着交流变频调速技术的发展，交流调速电动机在电动汽车上的应用发展迅速，但是，直流电动机控制方法和结构简单，起动和加速转矩大，电磁转矩控制特性良好，调速比较方便，不需要检测磁极位置，技术成熟，成本低，现在仍在很多场合使用，如城市中的无轨电车和电动叉车多采用直流驱动系统，很多电动观光车和电动巡逻车也使用直流电动机。任务实施4任务实施一、任务准备１.组织方式(１)场地设施：每小组对应一台起动机的直流电动机。(２)实训工具：万用表、游标卡尺、弹簧秤。(３)学生组织：教师指导，按各实例知识讲解及实训进行自评、互评。(４)检查实训任务：真实、完整、有效。(１)遵守场地安全规定，注意用电安全。(２)插拔电气元件时一定要断电操作。(３)正确使用万用表。(４)在接线、拆线时，严禁用力拉扯线束。

注意事项任务实施4任务实施一、任务准备2.直流电动机性能检测相关知识以汽车起动机的直流电动机为例，说明直流电动机的检测方法。１)起动机正确使用(１)起动机每次起动时间不超过5s，再次起动时应停止2min，使蓄电池得以恢复，如果连续第三次起动，应在检查与排除故障的基础上停歇15min以后。(２)在冬季或低温情况下起动时，应采取保暖措施。(３)发动机起动后，必须立即切断起动机控制电路，使起动机停止工作。

任务实施4任务实施一、任务准备2.直流电动机性能检测相关知识２)起动机的检查(３)换向器的检修。换向器故障多为表面烧蚀、云母片突出等，轻微烧蚀用00号砂纸打磨即可，严重烧蚀或失圆(径向圆跳动大于0.05ｍｍ时)应精加工，但加工后换向器铜片厚度不得少于2mm，

云母片如果高于钢片，也应车削修整，但云母片是否割低要视具体的起动机而言，一般进口小汽车用起动机云母片低于钢片，检修时，若换向器铜片间槽的深度小于0.2ｍｍ，则需用锯片将云母片割低至规定的深度；(４)电刷与电刷架的检修。检查电刷的高度，一般不应低于标准的2/3，电刷的接触面积不应少于75％，并且要求电刷在电刷架内无卡滞现象，否则需进行修磨或更换，用万用表的欧姆挡或试灯法可检查绝缘电刷架的绝缘性，最后用弹簧秤测电刷弹簧的弹力，若不符合要求应予以更换或修理。任务实施4任务实施一、任务准备2.直流电动机性能检测相关知识２)起动机的检查(１)励磁绕组的检修。励磁绕组的常见故障有插头脱焊、绕组短路、断路或搭铁等，插头松脱故障解体后可直接看到，绕组搭铁与否可用万用表的欧姆挡测量绕组端子与外壳之间的电阻；(２)电枢绕组的检修。电枢绕组的常见故障有匝间短路、断路或搭铁等，可用万用表检查电枢绕组是否搭铁，电枢绕组是否短路则可用感应仪检测。注意：换向器和电枢线圈铁芯之间不应导通，换向片之间应导通。任务实施4任务实施二、操作步骤步骤一根据学习工作页，结合实训指导书，按下列步骤完成实施。(１)对直流电动机的励磁线圈进行检测；(２)对直流电动机的电枢进行检测；(３)对直流电动机的换向器、电刷及电刷架进行检测。任务小结5任务小结(１)直流电动机的主磁场由励磁绕组中的励磁电流产生，按照不同的励磁方式，直流电动机可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机；(２)串励电动机起动转矩大，起动时需要消耗较大的电流；(３)并励电动机起动电流需求低，转矩小，起动转矩高时，转速易于控制；(４)复励电动机特性介于并励电动机和串励电动机之间；

(５)直流电动机控制方法和结构简单，起动和加速转矩大，电磁转矩控制特性良好，调速比较方便，不需要检测磁极位置，技术成熟，成本低，常用于汽车控制中。03三相交流无刷永磁同步电动机控制与检测任务描述1若要完成对三相交流无刷永磁同步电动机的故障诊断，首先要掌握电动机的结构和工作原理，并能够对其零部件进行检测。任务目标21了解永磁同步电动机的分类。2掌握永磁同步电动机的结构与工作原理。建议学时:２学时。3掌握永磁同步电动机的工作特性与控制方式。永磁同步电动机的分类一永磁同步电动机根据转子对定子的相对位置不同，可分为外转子式、内转子式和盘式三种。１.外转子式外转子式永磁同步电动机即将内定子固定在电动机的轴心，外转子处在内定子外圆处，围绕电动机的轴心做旋转运动。２.内转子式内转子式永磁同步电动机即将定子固定在电动机的轴心，内转子在定子内腔内，围绕电动机的轴心做旋转转运动。３.盘式盘式永磁同步电动机即定子、转子均为圆盘形，在电动机中对等放置，气隙是平面型的，气隙磁场是轴向的，故又称为轴向磁场电动机，其结构简单紧凑，轴向尺寸短，有较高的功率和质量比。永磁同步电动机的特点二１.由于转子无须励磁，电动机可在很低的转速下保持同步运行，调速的范围宽；２.功率高、功率密度大:采用了高磁能稀土材料，因此可以大大提高气隙磁通密度和能力转换的效率。另外，采用稀土永磁材料后，电动机的体积可以大大缩小，质量可以相应缩小，从而有效地提高功率效率；３.瞬态特性好:由于采用了高性能的永磁材料，体积得以减小，从而有较低的转动惯量、更快的相应速度；4.具有良好的机械特性:对于由于负载变化而引起的电动机转矩扰动，永磁同步电动机具有较强的承受能力；5.结构多样化:转子可以有多种结构，可以内置或外置，不同结构有不同性能特点和适用环境，因而其应用范围广。永磁同步电动机的结构三永磁同步电动机的基本机构与异步电动机类似，都包括定子部分和转子部分，永磁同步电动机的定子是由铁芯和三相绕组构成与交流异步电动机类似，但转子为永久磁铁，永磁同步电动机的转子结构有凸出式、表面插入式和内置式等多种。对于三相定子绕组的电动机来说，电动机绕组的缠绕的要求是:使三相绕组产生频率相同、幅值相等、相位互差120°电角度的三相对称电动势，为此在绕制三相绕组时，应合理确定绕组的安放位置。永磁同步电动机的工作原理四1.永磁同步电动机的工作原理永磁同步电动机是利用永磁体建立励磁磁场的同步电动机，其定子产生旋转磁场，转子用永磁材料制成，与交流异步电动机一样，当电动机定子三相绕组中接入三相对称交流电时，会产生一个旋转磁场，根据磁极异性相吸、同性相斥的原理，不论定子旋转磁极与永磁磁极起始相对位置如何，定子的旋转磁极总会由于磁力拖着转子同步旋转，故称为永磁同步电动机。永磁同步电动机的工作原理永磁同步电动机的工作原理四２.永磁同步电动机的控制

永磁同步电动机直接转矩控制系统永磁同步电动机的工作原理四２.永磁同步电动机的控制

永磁同步电动机矢量控制原理示意图永磁同步电动机的工作原理四3.永磁同步电动机应用举例北汽新能源EV160电动汽车采用了永磁同步电动机，具有调速范围宽、传动效率高、噪声小、维护费用低等优点，

能量转换效率高达

90％

，远高于传统发动机

25％

~30％

的转换效率，该电动机额定功率为

20kW，峰值功率为

45kW，峰值转矩高达

180Ｎｍ(相当于

2.0Ｌ汽油发动机)，故在加速、爬坡等性能上远优于一般同级别电动汽车。永磁同步电动机在电动汽车上的应用五

与传统的电励磁电动机相比，永磁同步电动机特别是稀土永磁同步电动机具有电动机的形状和尺寸可以灵活多变等显著优点，在电动汽车电动机驱动系统中具有很高的应用价值，现在很多电动乘用车均使用永磁同步电动机，如日系车中的丰田2010普锐斯、本田Insight和日产LTI-MA，

在欧洲各国也大多采用永磁同步电动机，如大众奥迪A8Hybrid、宝马ActiveHybrid我国现阶段推广应用的主要车型比亚迪E6、北汽C30等也普遍采用永磁同步电动机。任务实施4任务实施一、任务准备１.组织方式(１)场地设施：工作台、电动机原理模拟实训套装。(２)实训工具：定子、转子、漆包线、绕线、永久磁铁等。(３)学生组织：教师指导，按各实例知识讲解及实训进行自评、互评。(４)检查实训任务：真实、完整、有效。(１)实训开始前应摘掉饰品，换上实训服，长头发应挽起固定于脑后；(２)实训过程中按照规范进行，禁止蛮力拆卸；(３)实训过程严格按照教师指引进行，避免发生意外事故；

(４)工具使用后，应清洁并归还原处。

2.注意事项任务实施4任务实施二、操作步骤

根据学习工作页，结合实训指导书，按下列步骤完成实施。(１)永磁同步电动机的定子、转子、电动机控制器的组装；

(２)对永磁同步电动机的定子、转子、电动机控制器进行调试。任务小结5任务小结(１)永磁同步电动机可分为交流永磁同步电动机(PMSM)、直流无刷永磁电动机74(BLDCM)和新型永磁电动机(混合式永磁电动机HSM、续流增磁永磁电动机)三类；(２)永磁同步电动机具有结构简单、体积小、质量轻、损耗少、效率高、可靠性高和便于维护等优点，但与交流异步电动机相比，它有成本高、起动困难等缺点；(３)永磁同步电动机的基本机构与异步电动机类似，都包括定子部分和转子部分；(４)永磁同步电动机特别是稀土永磁同步电动机具有电动机的形状和尺寸可以灵活多变等显著优点，应用于新能源汽车中作为驱动电动机。

04三相异步电动机控制与检测任务描述1

若要完成对三相异步电动机的故障诊断，首先要掌握电动机的结构和工作原理，并能够对其零部件进行检测。任务目标21掌握三相异步电动机的结构与工作原理。2掌握三相异步电动机的工作特性与控制方式。建议学时:2学时。三相异步电动机结构一1.定子(１)定子铁芯:一般由厚度为0.35~0.5ｍｍ的硅钢片叠压而成，硅钢片的内圆冲有均匀分布的槽，可以安放定子绕组。(２)定子绕组:由3个在空间互隔120°对称排列、结构完全相同的绕组连接而成，定子铁芯的槽内嵌放着定子绕组，即三相交流绕组、接入三相交流电源就可产生旋转磁场。

异步电动机定子总成三相异步电动机结构一２.转子三相交流异步电动机按照转子绕组形式的不同，可分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机，笼型异步电动机的转子。笼型异步电动机的转子三相异步电动机结构一3.电动机绕组的分类按绕组在电动机上的位置分类，可分为定子绕组和转子绕组，从工艺的角度分类，可分为单圈(包括半圈)绕组和多圈绕组。三相交流异步电动机按照转子绕组形式的不同，可分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机，笼型异步电动机的转子。按绕组的结构和制造方法不同分类，可分为软绕组(散嵌绕组)和硬绕组(成型绕组)。三相异步电动机的工作原理与工作特性二１.三相异步电动机的工作原理

当对称三相定子绕组通入三相对称电流，产生以同步转速旋转的气隙旋转磁场。转子导体切割旋转磁场，在自行闭合的转子绕组中产生感应电动势和感应电流，载有电流的转子导体在磁场中受电磁力的作用，形成电磁转矩，带动转子顺旋转磁场的方向转动起来，若转轴上带有负载，电动机将输出机械功率，从而完成电能向机械能的转换。三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理与工作特性二2.三相异步电动机的极数与转速(１)极数(磁极对数ｐ)。三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数，旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关，当每相绕组只有一个线圈，绕组的始端之间相差120°空间角时，产生的旋转磁场具有一对极，即p=1，

当每相绕组为两个线圈串联，绕组的始端之间相差60°空间角时，产生的旋转磁场具有两对极，P=2。三相异步电动机的工作原理与工作特性二2.三相异步电动机的极数与转速(２)转速n0。三相异步电动机旋转磁场的转速n0与电动机磁极对数有关:n0=60f1/p。(３)转差率s。电动机转子转动方向与磁场旋转的方向相同ꎬ但转子的转速n不可能达到与旋转磁场的转速n0相等，否则转子与旋转磁场之前就没有相对运动，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都不存在了，即旋转磁场与转子间存在转差率。因此，把这种电动机称为异步电动机，又因这种电动机的转动原理是建立在电磁感应基础上的，又称为感应电动机。

三相异步电动机的工作原理与工作特性二３.三相异步电动机的起动三相异步电机的起动就是把三相定子绕组与电源接通，使电机的转子由静止加速到一定转速，稳定运行的过程。目前常用的降压起动方法有三种：①定子中接电阻起动三相异步电动机起动时在定子电路中串入电阻，这样可降低定子电压，限制起动电流，在转速接近额定转速之后，将电阻切除，使电动机在额定电压下开始正常运行。三相异步电动机的工作原理与工作特性二３.三相异步电动机的起动②定子回路串电阻起动，也属于降压起动，但由于外接起动电阻上有较大的功率损耗，所以经济型较差，一般不用起动电路图。三相异步电动机的工作原理与工作特性二３.三相异步电动机的起动③丫-△起动起动时定子绕组接成丫形，运行时定子绕组接成△形，如图所示适用于运行时定子绕组为△形的异步电动机。

三相异步电动机的工作原理与工作特性二４.三相异步电动机的接线方式三相异步电动机的三相定子绕组每相绕组都有两个引出线头，一头称为首端，另一头称为末端，规定第一相绕组首端用D1表示，末端用D4表示，第二相首端用D2表示，末端用D5表示，第三相首末端用D3和D6来表示，这6个引出线头引入接线盒的接线柱上。接线柱三相异步电动机的工作原理与工作特性二(１)三相异步电动机的工作特性。5.三相异步电动机的工作性能三相异步电动机的工作原理与工作特性二(2)三相异步电动机机械特性。5.三相异步电动机的工作性能三相异步电动机的工作原理与工作特性二５.三相异步电动机的工作性能

(３)异步电动机的基本调速方法。改变异步电动机供电电压(调压)，或改变供电频率(调频)，都可以改变电动机转速，例如在负载转矩不变的情况下，降低定子端电压，转速就会降低，或者提高电源频率，旋转磁场转速以及转子转速都会提高等，为了保持电动机良好的运行性能，在调速过程中，常将调压和调频两种方法同时进行，这种调速方法称为变压变频调速。三相交流异步电动机控制三交流异步电动机的控制分为矢量控制(FOC)和直接转矩控制(DTC)两种。１.矢量控制矢量控制的思想是模拟直流电动机，求出交流电动机电磁转矩与之对应的磁场和电枢电流，并分别加以控制，其特点如