1、模块四模块四 电动机电动机任务任务1 认识直流电动机认识直流电动机任务任务2 分析汽车辅助电器设备用的直流电动机电路任务任务3 了解步进电动机了解步进电动机1直流电动机的结构直流电动机的结构任务一任务一 认识直流电动机认识直流电动机一、直流电动机的结构一、直流电动机的结构图4-1 直流电动机的结构示意图 图4-2 直流电动机的定子（1）定子）定子 定子由机座、主磁极、换向磁极、端盖和定子由机座、主磁极、换向磁极、端盖和电刷装置等部分构成电刷装置等部分构成（2）转子）转子 直流电动机的转子习惯上称为电枢，如图直流电动机的转子习惯上称为电枢，如图4-3所示，所示，由电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转轴
2、和风扇等组成。由电枢铁芯、电枢绕组、换向器、转轴和风扇等组成。图4-3 直流电动机的转子二、直流电动机的工作原理二、直流电动机的工作原理 1转动原理转动原理图44 最简单直流电动机的转动原理图（a）初始位置 （b）转过180后的位置2电磁转矩电磁转矩电磁转矩电磁转矩M M=KTIa 式中，式中，KT为电磁转矩系数，与电机的结构有关，是个常数；为电磁转矩系数，与电机的结构有关，是个常数；为每极磁通，单位为每极磁通，单位Wb；Ia为电枢电流，单位为电枢电流，单位A；M单位单位Nm。3电枢电动势和电枢电流电枢电动势和电枢电流 Ef=Ken式中，式中，Ke为电枢电动势系数，与电动机的结构有关，是常数；
3、为电枢电动势系数，与电动机的结构有关，是常数；n为电动机的转速。为电动机的转速。直流电机的电压平衡关系式：直流电机的电压平衡关系式：U=Ef+IaRa afaREUI三、直流电动机的分类三、直流电动机的分类励磁绕组与电源的连接方式被称为励磁方式。按照不同的励磁励磁绕组与电源的连接方式被称为励磁方式。按照不同的励磁方式，直流电动机可以分为：他励式、并励式、串励式和方式，直流电动机可以分为：他励式、并励式、串励式和复励式四种。如图复励式四种。如图4-6所示所示 图4-6 直流电动机的励磁方式 四、分析启动机中串励式直流电动机的工作特性四、分析启动机中串励式直流电动机的工作特性1.启动机的组成启动机
4、的组成启动机如图。一般由三部分组成：串励式直流电动机、传动机启动机如图。一般由三部分组成：串励式直流电动机、传动机构、电磁开关。构、电磁开关。（1）串励式直流电动机）串励式直流电动机图 启动机的组成图图4-8 直流串励式电动机的组成直流串励式电动机的组成1-电刷端盖；电刷端盖；2-电刷和电刷架；电刷和电刷架；3-磁场绕组；磁场绕组；4-磁极铁芯；磁极铁芯；5-机壳；机壳；6-电枢；电枢；7-驱动端盖驱动端盖电枢由外缘带槽的硅钢片（电枢叠片）叠成的铁芯、嵌装在铁电枢由外缘带槽的硅钢片（电枢叠片）叠成的铁芯、嵌装在铁芯槽内的电枢绕组、电枢轴和换向器等组成芯槽内的电枢绕组、电枢轴和换向器等组成图4-
5、9 电枢结构图1-换向器；2-电枢铁芯；3-电枢绕组；4-电枢轴；5-电枢铁芯；6-电枢叠片磁极由固定在壳体内圆周上的铁芯和绕在铁芯上的磁场绕组组磁极由固定在壳体内圆周上的铁芯和绕在铁芯上的磁场绕组组成成图4-11 磁极与磁路图a）四个励磁绕组相互串联再和电枢绕组串联）四个励磁绕组相互串联再和电枢绕组串联 b）两个励磁绕）两个励磁绕组串联后再并联和电枢绕组串联组串联后再并联和电枢绕组串联图图4-12 磁场绕组的连接方式磁场绕组的连接方式（2）传动机构）传动机构(或称啮合机构或称啮合机构)传动机构的作用是在启动发动机时传动机构的作用是在启动发动机时,使启使启动机驱动齿轮啮入飞轮齿圈，将启动动机驱
6、动齿轮啮入飞轮齿圈，将启动机的转矩传递给发动机曲轴；在发动机的转矩传递给发动机曲轴；在发动机运转后，使驱动齿轮打滑或与飞轮机运转后，使驱动齿轮打滑或与飞轮齿圈自动脱开齿圈自动脱开,单向传递启动机的转单向传递启动机的转矩。矩。（3）控制装置）控制装置(或电磁开关或电磁开关)控制装置作用是用来接通和切断直流串控制装置作用是用来接通和切断直流串励式电动机与蓄电池之间的电路。并励式电动机与蓄电池之间的电路。并将传动机构的驱动齿轮啮入或退出飞将传动机构的驱动齿轮啮入或退出飞轮齿圈。轮齿圈。2、串励式直流电动机的工作特性、串励式直流电动机的工作特性（1）说明主磁通若不考虑饱和时，）说明主磁通若不考虑饱和时
7、，M与电枢电流的平方成正与电枢电流的平方成正比。比。M=KTIa=KKTIa2=KIa2上式中上式中K为比例系数，为比例系数，K=KKT eaafKIRRUn)(由电压平衡方程可得：由电压平衡方程可得：TaKMI将将代入上式得代入上式得:MKKRRKUneTafe2)(图 直流电动机的机械特性（2）该曲线表明）该曲线表明:当电机处于轻载或空载当电机处于轻载或空载（Ia=0）时，转速很高，）时，转速很高，易发生飞车事故；当负载易发生飞车事故；当负载增加时，转速下降很快，增加时，转速下降很快，说明特性很软，因此不允说明特性很软，因此不允许在轻载或空载状态下运许在轻载或空载状态下运行。行。汽车上使用
8、的起动机是串汽车上使用的起动机是串励式励式.任务任务 分析汽车辅助电器设备用的直流电动机电路分析汽车辅助电器设备用的直流电动机电路一、启动一、启动直流电动机的启动方法有：直接起动、降压起动。直流电动机的启动方法有：直接起动、降压起动。1直接起动直接起动直流电动机直接起动时，刚开始转速为零，电枢反电势直流电动机直接起动时，刚开始转速为零，电枢反电势Ef=0，起动电流为起动电流为aafstRUREUI一般直流电动机不允许直接起动。一般直流电动机不允许直接起动。直接起动的起动转矩为直接起动的起动转矩为Mst=KTIst2降压起动降压起动（1）降低电枢电压起动）降低电枢电压起动（2）电枢回路串电阻起动
9、）电枢回路串电阻起动二、制动二、制动图4-8 能耗制动方法接线图 制动方式有：机械制制动方式有：机械制动、电气制动。动、电气制动。电气制动是指通过电气制动是指通过某种方法，让电动机某种方法，让电动机的电磁转矩与电机的的电磁转矩与电机的转动方向相反，从而转动方向相反，从而形成制动转矩的一种形成制动转矩的一种方法，它又分为能耗方法，它又分为能耗制动、反接制动和回制动、反接制动和回馈制动三种方法。馈制动三种方法。三、反转改变电磁转矩方向的方法有两种：改变电磁转矩方向的方法有两种：保持电枢电流方向不变，改变励磁电流的方向（换接电源保持电枢电流方向不变，改变励磁电流的方向（换接电源线）。并励式直流电机用
10、这种方法励磁换向时，因为励磁线）。并励式直流电机用这种方法励磁换向时，因为励磁电路的电感很大，时间较长，一般很少采用。电路的电感很大，时间较长，一般很少采用。保持励磁电流的方向不变，改变电枢电流的方向。保持励磁电流的方向不变，改变电枢电流的方向。汽车上电动门窗、电动后视镜、电动座椅中使用的电动汽车上电动门窗、电动后视镜、电动座椅中使用的电动机是如何实现反转的呢？机是如何实现反转的呢？问题与讨论问题与讨论四、直流电动机的调速根据直流电机的机械特性表达式：根据直流电机的机械特性表达式：eaafKIRRUn)(从上式可知，直流电动机的调速方法有三种：（以并励式从上式可知，直流电动机的调速方法有三种：
11、（以并励式电机为例说明）电机为例说明）第一种：当负载不变时，通过改变电源电压第一种：当负载不变时，通过改变电源电压U进行调速；进行调速；第二种：通过改变电枢电路中的电阻第二种：通过改变电枢电路中的电阻Ra来调速；来调速；第三种：通过改变励磁磁通第三种：通过改变励磁磁通进行调速。进行调速。五、分析汽车辅助电器设备中的直流电动机电路五、分析汽车辅助电器设备中的直流电动机电路【分析讨论【分析讨论1】汽车上电动门窗中使用的双绕组电动机（如何】汽车上电动门窗中使用的双绕组电动机（如何实现反转的呢？实现反转的呢？图4-21 双绕组串励型直流电动机电动车窗控制电路1-易熔丝；2-点火开关；3-主控开关；4-
12、分开关；5-电动机；6-断路器【分析讨论【分析讨论2】广州本田雅阁轿车电动座椅是如何实现向前、】广州本田雅阁轿车电动座椅是如何实现向前、向后调整控制的？如何实现前端及后端向上、向下调整的向后调整控制的？如何实现前端及后端向上、向下调整的？如何实现向前、向后倾斜控制的？如何实现向前、向后倾斜控制的？【分析分析3】空调鼓风电机调速空调鼓风电机调速-在电枢电路中串联电阻调速在电枢电路中串联电阻调速 图 空调鼓风电机调速电路1鼓风机开关；2调速电阻；3限温开关；4鼓风机 鼓风机开关鼓风机开关1处于处于位时，位时，鼓风机电路中串入三个电阻，鼓风机电路中串入三个电阻，风机低速运转；鼓风机开关处风机低速运转
13、；鼓风机开关处于于位时，鼓风机电路中串入位时，鼓风机电路中串入两只电阻，风机中低速运转；两只电阻，风机中低速运转；鼓风机开关处于鼓风机开关处于位时，鼓风位时，鼓风机电路中串入一个电阻，风机机电路中串入一个电阻，风机中高速运转；鼓风机开关处于中高速运转；鼓风机开关处于位时，鼓风机电路中不串入位时，鼓风机电路中不串入电阻，鼓风机以最高速运转。电阻，鼓风机以最高速运转。【分析讨论【分析讨论4】请分析图电动刮水器电机低速、高速时的电流】请分析图电动刮水器电机低速、高速时的电流路径，并说明使用的是哪种调速方法？路径，并说明使用的是哪种调速方法？图4-24 线绕式电动刮水器电机控制电路1-串励绕组；2-电
14、枢；3-并励绕组；4-触点；5-凸轮；6-刮水器开关；7-熔断器；8-电源开关任务任务3 了解步进电动机了解步进电动机一、简单的反应式步进电机的结构和原理一、简单的反应式步进电机的结构和原理图4-14 反应式步进电动机工作示意图1单三拍通电方式的步进电机单三拍通电方式的步进电机如果改变通入的电脉冲顺序如果改变通入的电脉冲顺序（不再按（不再按ABCA顺序）顺序）通电，转子就会反方向（逆时针）通电，转子就会反方向（逆时针）一步步地转动。一步步地转动。改变通入的电脉冲频率，就会改变通入的电脉冲频率，就会改变电动机的转速。频率越高，改变电动机的转速。频率越高，步进电机的转速就越快。步进电机的转速就越快
15、。步进角步进角：我们把转子在空间每旋转一个角我们把转子在空间每旋转一个角度，称为前进了一步，这个角度度，称为前进了一步，这个角度称为步进角称为步进角。单三拍：单三拍：把从一相绕组把从一相绕组A通入脉冲信号转换到另一相绕组通入脉冲信号转换到另一相绕组B通电称通电称为一拍，象这种反应式步进电动机每经过一拍，转子就前为一拍，象这种反应式步进电动机每经过一拍，转子就前进一步的通电方式就称为进一步的通电方式就称为“单三拍单三拍”（转子回到（转子回到AA轴线轴线的位置通电需要转换三次）。所谓的位置通电需要转换三次）。所谓“单单”是指每次只有一是指每次只有一个绕组单独通电。个绕组单独通电。2六拍六拍 如果在
16、如果在A相不断电的情况下又接通相不断电的情况下又接通B相（不是单独通相（不是单独通电），此时，定子电），此时，定子A相绕组产生的磁场和相绕组产生的磁场和B相绕组产生的磁相绕组产生的磁场共同作用，使转子不能顺时针旋转场共同作用，使转子不能顺时针旋转60，只能转，只能转30，这时步进角将会减小一半。此时如果按这时步进角将会减小一半。此时如果按AABBBCCCA方式顺序通电、断电，则转子将按方式顺序通电、断电，则转子将按/2步进角以顺时步进角以顺时针旋转。这种通电方式称为针旋转。这种通电方式称为“六拍六拍”。二、认识实际反应式步进电机的结构示意图二、认识实际反应式步进电机的结构示意图图4-15 三相反应式步进电动机工作示意图ZN360上式中，上式中，Z为转子齿数；为转子齿数；N为转子转为转子转过一个齿距的运行节拍数。过一个齿距的运行节拍数。因此，步进电机通电因此，步进电机通电N拍，转子则拍，转子则转过转过N的角度，相当于一个齿距。的角度，相当于一个齿距。目前常见的三相反应式步进电机定目前常见的三相反应式步进电机定子有子有6个磁极，每个磁极上有个磁极，每个磁极上有5个齿，个齿，转子上有转子上有40个齿（个齿（Z=40），这种电），这种电机若按单三拍通电（机若按单三拍通电（N=3），则），则=3；若按六拍通电（；若按六拍通电（N=6），则），则=1.5。【练一练】【练一练】
