新能源汽车电工电子技术基础 课件 项目四 交流电

交流电学习目标情境描述知识解析任务实施课程思政contents目录学习目标01素养目标培养通过互联网、书籍等渠道获取信息分析问题的能力培养独立自学、讨论合作的学习能力，学生对比辨别的辩证思考能力培养学生安全生产、安全操作的安全意识、树立7S标准规范意识知识目标熟悉交流电路的基本概念，掌握交流电路中电压与电流的关系以及基本分析方法和计算方法熟悉三相交流电路的基本知识，掌握三相负载的连接方式以及线电流与相电流的关系，并能进行简单计算。了解三相电路中有功功率、无功功率、视在功率的概念，并能进行简单计算。技能目标能够独立自学或同学讨论完成交流电路串、并联的分析搜索判断确定。能够理解交流电与直流电的区别，准确认知交流发电机的结构名称，完成交流发电机的简单检测。能够通过互联网、书籍等获取三相负载的连接方式及适用范围等信息。情境描述02情境描述该事故发生在一家汽车维修店，涉及一辆新能源汽车的维修工作。一辆新能源电动汽车的驱动电机有时转动有时不转动或抖动，噪音大或发热。作为新能源汽车专业学生，请你分析一下驱动电机的电流是直流电还是交流电？交流电在汽车运用中还有什么例子？任务分析

交流电在人们生产生活中无处不在。新能源汽车动力电池只能提供直流电，而新能源汽车基本上采用三相交流电机来驱动。交流电机结构简单，可靠性好，成本低，功率覆盖范围广。新能源混动汽车上的发电机就是三相交流发电机。因为汽车上的发电机内部有整流器和调节器，因此发电机可直接输出电压稳定的直流电。知识解析03

交流电一般指大小和方向随时间作周期性变化的电动势（或电压、电流），交流电按照变化规律可分为正弦交流电和非正弦交流电。一、交流电路基本概念（一）什么是交流电？交流电与直流电的区别（二）交流电物理量及正弦交流电的三要素1.周期T：正弦交流电随时间变化一周所需时间称为周期，用字母T表示，单位为秒（s）频率f：正弦交流电在每秒时间内重复变化的周期数称为频率，用小写字母f表示，单位是赫兹（Hz）（二）交流电物理量及正弦交流电的三要素角频率ω：正弦电量在ls时间内变化的角度，单位为弧度/秒（rad/s）。角频率ω与频率f之间的关系为：ω=2πf。XSNAwt角频率与周期及频率的关系：（二）交流电物理量及正弦交流电的三要素2．最大值：是交流电的幅值。用大写字母加下标m表示。如Im、Um、Em。

有效值：若一个交流电和直流电通过相同的电阻，经过相同的时间产生的热量相等，则这个直流电的量值就称为该交流电的有效值。用大写字母E、U、I等表示。

平均值：正弦交流电在一个周期内所有瞬时值的平均大小称为正弦交流电的平均值，用字母EP、UP、IP表示。对于正弦交流电，有效值与最大值的关系式为：3.初相位：

在正弦交流电的解析式中，随时间变化的角度叫作相位角，简称相位，是决定正弦交流电在某一时刻所处状态的物理量。

（二）交流电物理量及正弦交流电的三要素

相位差：两个同频率正弦交流电量的相位之差。

交流电路单相交流发电机单相交流电路只有一个交变电动势，而三相交流电路有三个交变电动势。单相交流电路交流电路中的负载元件包括电阻、电感和电容，它们共同构成了交流电路的基本结构。负载元件单相交流电可以通过线圈在磁场中旋转切割磁力线来产生，这是一种常见的交流电产生方式。单相交流电的产生0201030405二、单相交流电路（一）单相交流电路概述交流电路由交流电源和负载元件组成，根据电源中交变电动势的个数，分为单相和三相两种。单相交流发电机是只有一个线圈在磁场中旋转的发电机，它只能产生一个交变电动势。12复数及四则运算正弦量的相量表示法（二）单相正弦交流电的相量表示法用解析式和波形图两种方法表示一个正弦量。

如荧光灯、电炉等用电设备，其主要作用都是将电能转换为其他形式的能量，都属于耗能设备，其电路模型都是电阻元件。1.电阻元件当线性电阻R两端加上正弦电压时，电阻中便有电流i通过。电压和电流i都满足欧姆定律，即u=Ri。（1）电压与电流的关系瞬时功率p=ui，平均功率（有功功率）P=UI=RI²。（2）功率（三）单一元件的正弦交流电路URUR

电阻元件交流电路

大多数交流电路都是电感性的，分析电路时，其电感作用都可以用电感元件来代替。荧光灯电路中镇流器的电路模型就是电感元件。2.电感元件电压有效值和电流有效值之间的关系如下：U=XLI。式中，XL称为电感的电抗，简称感抗，其大小除与自感系数有关外，还与频率成正比。（1）电压与电流的关系瞬时功率：p=ui（2）功率（三）单一元件的正弦交流电路有功功率：在纯电感电路中，不消耗电能，而只与电源进行能量的交换。所以在一个周期内的有功功率为零。无功功率：纯电感电路中瞬时功率的最大值叫做无功功率，它表示线圈与电源之间能量交换规模的大小。

在生产和生活实践中，人们发现，凡是被绝缘隔开的两个导体之间加以电压时，则接在高电位的导体就能容纳正电荷，接在低电位的导体能容纳负电荷。由此可见，上述导体和绝缘所构成的整体有容纳电荷的本领，这个本领叫电容，这个整体叫电容器。3.电容元件

电压有效值和电流有效值之间的关系为：

Uc=XcI,式中，XC称为电容的电抗，简称容抗，容抗的单位是欧姆（Ω）。（1）电压与电流的关系瞬时功率：p=ui（2）功率（三）单一元件的正弦交流电路有功功率：电容的有功功率与电感的有功功率一样为零。电容的有功功率为零，说明它并不消耗能量，只是存储能量。无功功率：和电感元件一样，同样用无功功率来衡量电容与电源之间能量的交换规模。电容的无功功率为4.荧光灯电路的分析

荧光灯电路由灯管、辉光启动器、镇流器、灯架和灯座等组成。（1）荧光灯电路的组成（2）荧光灯的工作原理（三）单一元件的正弦交流电路（3）荧光灯电路模型（4）荧光灯电路功率因数的提高

通过分析荧光灯电路的工作情况，得知荧光灯电路是一个感性电路，所以它的功率因数一般比较低，可以根据需要，通过一定的方法提高整个电路的功率因数。三相交流电在工业生产中，三相交流电是保证生产机械正常工作的主要能源，具有省材料、成本低、性能好、效率高等优点。三相正弦交流电路是单相正弦交流电路的基础上产生的，两者有着密切的联系，电能的产生、输送和分配基本上采用三相制。三相正弦交流电路三、三相交流电路三相正弦交流电路是在单相正弦交流电路的基础上产生的，两者有着密切的联系，电能的产生、输送和分配基本上采用三相制。三相正弦交流电动势是由三相交流发电机产生的

三相交流发电机（一）三相交流电源的产生

三相交流发电机原理图发电机的转动部分称为转子，在转子的励磁绕组中通以直流电流，产生恒定的磁场。发电机的固定部分称为定子，定子铁芯的内圆表面有槽，可以放置电框绕组。三个尺寸和匝数相同的绕组分别用AX、BY、CZ表示，称为三相绕组。A、B、C称为绕组的始端，X、Y、Z称为末端。三个绕组安放在定子铁芯槽内，且三相绕组在空间位置上互差120°。三相交流电源是三个单相交流电源按一定的方式进行的组合，这三个单相交流电源的频率相同、幅值相等、相位彼此相差120°。1．三相交流电源的星（Y）形联结（二）三相交流电源的联结2．三相电源的三角形联结

三相交流电源的星（Y）形联结是将三相发电机三相绕组的末端U2、V2、W2（相尾）联结在一点，始端U1、V1、W1（相头）分别与负载相连。

三相电源的三角形联结是将发电机三相绕组首尾端依次联结，三个联结点作为三相电源输出点。三相负载：需要三相电源供电的负载，如三相异步电动机和大功率电炉等。因为使用任何电气设备，都要求负载所承受的电压等于它的额定电压1．三相负载的星形联结（三）三相负载的联结2．三相电源的三角形联结

三相负载的星形联结，就是把三相负载的一端连接到同一个公共端点，另一端分别与电源的三根相线相连。

三相电源的三角形联结是将发电机三相绕组首尾端依次联结，三个联结点作为三相电源输出点。

按总体结构分

1．发电机的分类（四）交流发电机①普通交流发电机。使用时需要配装电压调节器的发电机。②整体式交流发电机。发电机和调节器制成一个整体的发电机。③带泵交流发电机。和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机。④无刷交流发电机。不需要电刷的发电机。⑤永磁交流发电机。磁极为永磁铁制成的发电机。

按整流器结构分①六管交流发电机。②八管交流发电机。③九管交流发电机。④十一管交流发电机。

按磁场绕组搭铁形式分①内搭铁型交流发电机。磁场绕组的一端（负极）直接搭铁（和壳体相连）。②外搭铁型交流发电机。磁场绕组的一端（负极）接入调节器，通过调节器后再搭铁。

交流发电机由转子（磁场）、定子（电枢）、电刷与滑环机构、三相桥式整流器、电压调节器、轴承、风扇和前后端盖等组成。

2．发电机的结构（四）交流发电机转子是磁极部分，用来产生旋转磁场。转子由爪极、磁轭（铁芯）、励磁绕组、集电环（滑环）、转子轴等组成。定子总成是发电机的电枢部分，用来产生感应电动势。电枢由定子铁芯和定子绕组组成，固定在前后端盖之间转子（磁场）（1）

（2）定子总成（电枢）发电机的转子是磁极，当磁极绕组接通直流电源时，将产生磁场，转子的磁爪被磁化为N极和S极。旋转磁场发电机的定子是电枢，三相电枢绕组在铁芯上彼此相差120°，产生一个旋转的磁场。切割运动由于定子绕组与磁力线有相对的切割运动，所以在三相绕组中产生频率相同、幅值相等、相位相差120°的正弦电动势。感应电动势（3）交流发电机的工作原理交流发电机的工作原理励磁方式发电机励磁绕组产生磁场，称为励磁，发电机的励磁有他励和自励两种方式。励磁过程一般汽车用发电机在刚开始发电时，磁场绕组由蓄电池供电产生磁场，属于他励。自励阶段待发电机旋转起来，输出电压等于或高于蓄电池电压，一般转速达到1000r/min左右时，发电机向励磁绕组供电，励磁方式由他励变为自励。（4）交流发电机的励磁方式产品代号设计序号变形代号电流等级代号电压等级代号产品代号用中文字母表示，例：JF———普通交流发电机，JFZ———整体式（调节器内置）交流发电机，JFB———带泵的交流发电机，JFW———无刷交流发电机。电压等级代号用一位阿拉伯数字表示，例：1表示12V系统，2表示24V系统，6表示6V系统。电流等级代号也用一位阿拉伯数字表示。设计序号用1～2位阿拉伯数字表示，表示产品设计的先后顺序。交流发电机以调整臂位置作为变形代号，从驱动端看，调整臂在左边用Z表示，调整臂在右端用Y表示，调整臂在中间不加标记。进口发电机不符合上述标准。（5）交流发电机的型号四、变压器

变压器（Transformer）是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。

新能源混动汽车上最常见的变压器就是点火线圈。新能源汽车上的变压器有：旋转变压器、充电模块、逆变器、DC-DC变换器。

变压器的主体结构是由铁芯和绕组两大部分构成的。用硅钢片叠压成的变压器铁芯与电源相接的是一次侧绕组，与负载相接的是二次侧绕组。

（一）变压器的基本结构

三相交流发电机原理图

变压器是按照电磁感应原理工作的。如果把变压器的原线圈接在交流电源上，在原线圈中就有交流电流流过，变压电流将在铁芯中产生变磁通，这个变化的磁通经过闭合磁路同时穿过原线圈和副线圈。交变的磁通将在线圈中产生感应电动势，这时，如果在副线圈上接上负载，那么电能将通过负载转换成其他形式的能。

（二）变压器的工作原理新能源汽车变压器主要有：1．旋转变压器：在新能源汽车驱动系统中，旋转变压器是一种关键的组件，它负责电能的传输与转换。这种变压器主要应用于电动驱动系统，将电池组提供的直流电能转换为电动机所需的交流电能，从而驱动电动机实现车辆的动力输出。2．充电模块：在新能源汽车的充电过程中，变压器起到将交流电能转换为直流电能的关键作用，以便储存到电池组中。3．逆变器：逆变器通过变压器将直流电能转换为交流电能，然后输出给电动机。4．DC-DC变换器：在新能源汽车中，DC-DC变换器用于将电池提供的直流电能转换为适合供应车载电子设备的低压直流电能，这个转换同样依赖于变压器。5．电力系统：新能源变压器能够在电力系统中对发电机的出口电压进行升压，以提高配电网电压的稳定性，满足大容量电力传输和配电的需求，同时也适用于电网调峰和储能等应用。新能源汽车变压器在不同的子系统中发挥着重要作用，包括但不限于电能的传输与转换、充电过程的电能转换、电动机控制的逆变、以及电源管理的DC-DC变换。

（三）车用变压器任务实施04准备工具包括螺丝刀、扳手、钳子、锤子等基本工具，以及专业的拆卸工具如拉马、拔轮器等。断开电源在拆卸前必须断开电源，确保操作安全。了解结构熟悉交流发电机的结构和工作原理，以便更好地进行拆卸。任务一：交流发电机的拆装与检测使用拉马或拔轮器将皮带轮或联轴器从发电机轴上拆下。拆卸皮带轮或联轴器使用螺丝刀和扳手将端盖上的螺栓拧下，然后取下端盖。拆卸端盖将转子从定子中抽出，并拆下轴承。注意不要损坏定子和转子。拆卸轴承和转子根据需要拆卸其他零部件，如电刷、电刷架、换向器等。拆卸其他零部件拆卸步骤及操作要点定子装配转子装配轴承装配端盖及附件装配装配步骤及操作要点将定子铁芯、线圈等部件按照规定的顺序和要求进行装配，确保定子的稳定性和电气性能。选择合适的轴承，按照规定的装配方法进行装配，确保轴承的灵活性和稳定性。将转子铁芯、磁极等部件进行装配，注意转子的平衡性和磁极的极性。将端盖、风扇、接线盒等附件进行装配，注意附件的位置和固定方式。使用专业的电气测试设备，对发电机的电气性能进行测试，如电压、电流、功率因数等。电气性能测试机械性能测试温升测试绝缘电阻测试对发电机的机械性能进行测试，如转速、振动、噪声等。在规定的负载和环境下，对发电机进行温升测试，检查发电机的散热性能和温升是否符合要求。使用绝缘电阻测试仪对发电机的绝缘电阻