1、交流电动机4.1第四章第四章 汽车电动机与发电机汽车电动机与发电机直流电动机4.2控制电动机4.3常用低压电器4.4三相异步电动机的控制4.5车用发电机4.64.1 交流电动机 一、三相交流异步电动机的结构及工作原理1、基本组成：定子和转子。三相笼型异步电动机结构及符号 旋转磁场的产生 2、三相异步电动机的工作原理 3、三相交流异步电动机的工作过程 空载运行有载运行4、三相异步电动机的铭牌 二、三相交流异步电动机的起动和调速1、三相异步电动机的起动（1）直接起动（2）降压起动 定子绕组串电阻降压起动 2、调速（1）变极调速（2）变频调速 变频调速原理方框图三、三相交流同步电动机的结构及工作原理
2、1、结构 (a)凸极式 (b)隐极式 同步电动机结构示意图 3 50Hz 可控 整流器 逆变器 U+-U可调 M 3 f 可调 2、工作原理 三相同步电动机工作原理3、同步电动机的起动 同步电动机的起动分两个阶段，即异步起动和牵入同步。常用的同步电动机起动方法有辅助电动机起动法、异步起动法和变频起动法。4.2 直流电动机 一、直流电动机的结构及工作原理 1、结构 直流电动机剖面图 2、工作原理 3直流电动机的铭牌铭牌上标明了电动机的型号、额定数据及励磁方式 磁极由直流电流励磁，产生恒定磁场。两磁极之间的转子表面嵌有导体，导体中通入直流电流。由于转子带电导体在磁场中受到电磁力作用，产生电磁转矩，
3、使转子旋转。1.主磁极 2.励磁绕组 3.电枢铁心 4.电枢绕组 5.换向磁极 6.换向极绕组二、直流电动机的起动和调速直流电动机的使用主要包括起动、反转、调速和制动等。1、起动：起动电流很大，不允许直接起动。2、反转：改变电枢的电流方向，从而改变电磁转矩方向，实现电动机反转。3、调速：在负载不变的情况下，通过人为方法改变电动机转速的方法称为调速。（1）电枢串电阻：串联电阻增大时，转速下降；反之，转速升高。（2）改变电枢电压：电枢电压下降则转速下降；反之，转速升高。（3）改变主磁通：励磁电流减小时，主磁通减小，转速升高。三、汽车起动机简介1对汽车起动机的基本要求（1）必须有足够的转矩和转速（2
4、）转矩应能随转速的升高而降低2汽车起动机的组成与分类（1）汽车起动机的组成：直流串励式电动机、传动机构和控制装置。（2）起动机的分类：汽车起动机的种类很多，但电动机部分一般没有大的差别，主要差异在传动机构和控制装置。汽车起动机按传动机构的不同可分为惯性啮合式起动机、电枢移动式起动机和强制啮合式起动机。3汽车起动机的结构和工作原理（1）启动电动机：启动电动机为直流串励式直流电动机，用永久磁铁做磁极，没有激磁线圈。增加负荷时转速低，转矩大。负荷减小时转矩也相应减小，转速提高。由于转速随负荷的变化有明显的变化，适用于短时间内要求大转矩(大负载)的情况，符合启动发动机的要求。1.端盖 2.电刷架 3.
5、接线柱 4.电枢 5.磁极固定螺钉 6.磁极铁芯 7.励磁绕组 8.电刷（2）传动机构传动机构又称离合机构或离合器，由单向离合器和传动拨叉等部件构成。单向离合器属于超速保护装置，其作用是传递电动机转矩以启动发动机，在发动机启动后自动打滑，保证电枢不致飞散。a起动机静止状态 b驱动齿轮与飞轮正在啮合 c完全啮合1.飞轮 2.驱动齿轮 3.单向离合器 4.拨叉 5.活动铁芯 6.电磁开关 7.电枢（3）控制机构控制机构也称为操纵机构，其作用是控制起动机主电路的通、断，驱动齿轮的移除和退回。起动机的控制部分分为直接操纵式和电磁操纵式两种。电磁操纵式控制机构，也称为电磁开关，目前广泛使用。电路分析：电
6、路分析：启动启动发动机时，接通总开发动机时，接通总开关，点火开关置于起动档时，起动继关，点火开关置于起动档时，起动继电器触点闭合，电磁开关中的吸拉线电器触点闭合，电磁开关中的吸拉线圈和保持线圈电路被接通，产生磁场圈和保持线圈电路被接通，产生磁场从而吸引铁芯。铁芯牵引拨叉，使小从而吸引铁芯。铁芯牵引拨叉，使小齿轮与飞轮齿圈啮合。此时，流经吸齿轮与飞轮齿圈啮合。此时，流经吸拉线圈的电流经电动机的磁场线圈流拉线圈的电流经电动机的磁场线圈流入电枢，电动机慢慢旋转起来，并使入电枢，电动机慢慢旋转起来，并使小齿轮和飞轮齿圈进行圆滑啮合。小齿轮和飞轮齿圈进行圆滑啮合。4.3 控制电机一、伺服电动机伺服电动机
7、在自动控制系统中作为执伺服电动机在自动控制系统中作为执行元件，执行控制指令，将指令信号行元件，执行控制指令，将指令信号转换为转轴上的角位移或角速度输出。转换为转轴上的角位移或角速度输出。伺服电动机的指令信号通常是电压信伺服电动机的指令信号通常是电压信号，称为控制电压。伺服电动机按使号，称为控制电压。伺服电动机按使用电源类型不同，分为交流伺服电动用电源类型不同，分为交流伺服电动机和直流伺服电动机两类。机和直流伺服电动机两类。工作原理：交流伺服电动机的结构与单相电容式异步电动机相工作原理：交流伺服电动机的结构与单相电容式异步电动机相似。电动机定子上装有互差似。电动机定子上装有互差90的两相绕组，一
8、相为励磁绕组的两相绕组，一相为励磁绕组A1A2，接交流电源，接交流电源；另一相控制绕组；另一相控制绕组B1B2，接输入信号，接输入信号。励。励磁绕组上串联有电容，起移相作用。当交流电压磁绕组上串联有电容，起移相作用。当交流电压 和信号电压和信号电压 同同时加在定子绕组上时，产生旋转磁场，转子随之转动。转速的时加在定子绕组上时，产生旋转磁场，转子随之转动。转速的高低与信号的大小成正比。当高低与信号的大小成正比。当 为零，即无控制信号输入时，则为零，即无控制信号输入时，则不产生旋转磁场，转子起动转矩为零，因此，转子静止不动。不产生旋转磁场，转子起动转矩为零，因此，转子静止不动。信号反相时，转子反转
9、。信号反相时，转子反转。二、步进电动机 定子铁芯由硅钢片叠压而成，其定子上装有6个均匀分布的磁极，每对磁极上都绕有控制绕组，每相绕组首端A1、B1、C1接电源，末端A2、B2、C2相连，构成星形联结。转子也由硅钢片叠压而成，转子形状为凸极，称为齿。当向A相绕组输入电脉冲时，由于磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，于是产生磁场力使转子铁芯齿1、3与A相绕组轴线对齐，若将电脉冲通入到B相绕组中，同理可知，转子铁芯齿2、4与相绕组轴线对齐，如定子绕组按的顺序重复输入电脉冲，转子将按顺时针方向一步一步转动。电动机的转速与输入的电脉冲频率有关，电脉冲的频率越高，电动机的转速越快。需要转子反转时，只需改变输入电
10、脉冲的顺序即可。步进电动机与一般电动机不同，不步进电动机与一般电动机不同，不是连续运转的，而是一步一步转动是连续运转的，而是一步一步转动的，因此称为步进电动机。的，因此称为步进电动机。4.4 常用低压电器低压电器是指额定电压等级在交流1200V、直流1500V以下的电器，在电气线路中起通断、保护、控制或调节作用。低压电器是电气控制中的基本组成元件一、闸刀开关 二、铁壳开关 闸刀开关的结构与符号 铁壳开关 三、组合开关 组合开关 四、按钮 按钮开关 五、熔断器 熔断器 六、交流接触器 七、时间继电器时间继电器是一种以时间为参量的继电器，具有延时分断或接通触点的作用。空气阻尼型时间继电器是利用空气
11、阻尼的原理实现延时的，由电磁系统、延时机构和触点3部分组成。时间继电器的图形符号如图所示，文字符号为KT。交流接触器的外形、结构及符号p空气空气阻尼型时间继电器的工作阻尼型时间继电器的工作原理原理：当当线圈得电时，因铁芯被线圈得电时，因铁芯被吸合，托板瞬时向下移动，推动瞬时动作触点动作。此时，由吸合，托板瞬时向下移动，推动瞬时动作触点动作。此时，由于活塞杆上端连接气室中的橡皮膜，向下移动受到空气的阻尼于活塞杆上端连接气室中的橡皮膜，向下移动受到空气的阻尼作用，因此，活塞杆和杠杆不会立即跟随铁芯向下移动，而是作用，因此，活塞杆和杠杆不会立即跟随铁芯向下移动，而是缓慢下降。经过一段时间后，活塞杆下
12、降到一定位置，通过杠缓慢下降。经过一段时间后，活塞杆下降到一定位置，通过杠杆的转动才能推动延时动作触点动作，使动断触点断开，动合杆的转动才能推动延时动作触点动作，使动断触点断开，动合触点闭合。从线圈得电到延时动作触点动作完成的一段时间即触点闭合。从线圈得电到延时动作触点动作完成的一段时间即为空气阻尼型时间继电器的延时时间。延时时间的长短可通过为空气阻尼型时间继电器的延时时间。延时时间的长短可通过上气室进气孔的延时调节螺钉调节进气孔的大小来改变上气室进气孔的延时调节螺钉调节进气孔的大小来改变。线圈。线圈断电时，弹簧恢复作用，上气室中的空气经排气孔（单向阀）断电时，弹簧恢复作用，上气室中的空气经排
13、气孔（单向阀）迅速排出，瞬时动作触点和延时动作触点都瞬时复位迅速排出，瞬时动作触点和延时动作触点都瞬时复位。八、热继电器：热继电器是一种过载保护电器，它利用电流热效应原理工作，结构主要由发热元件、双金属片和触点组成。热继电器的发热元件串接在被保护设备的电路中，当电路正常工作时，对应的负载电流流过发热元件产生的热量不足以使双金属片产生明显弯曲变形；当设备过载时，负载电流增大，与它串联的发热元件产生的热量使双金属片产生弯曲变形，经过一段时间后，当弯曲程度达到一定幅度时，由导板推动杠杆，使热继电器的触点动作，其动断触点断开，动合触点闭合。a.外形 b.工作原理 c.符号 九、空气断路器：空气断路器是
14、一种自动切换电路故障的保护电器，主要由触点、脱扣机构组成。塑料外壳式断路器 DZ15L系列漏电保护断路器 符号4.5 三相异步电动机的控制 一、三相异步电动机的正、反转控制线路 1、单向旋转控制线路起动起动过程：过程：SBst KM自自+M+（起动）（起动）停止过程：停止过程：SBstPKM-M-（停止）（停止）2、正、反转控制线路正转正转过程：过程：SBstFKMF自自+M+（正转）（正转）KMR-（互锁）（互锁）停止过程：停止过程：SBstPKMF-M-（停止）（停止）反转过程：反转过程：SBstRKMR自自+M+（反转）（反转）KMF-（互锁）（互锁）二、三相异步电动机的降压起动线路 1
15、、三相异步电动机的降压起动线路2、延时控制电路 串联电阻降压起动 时间继电器控制串联电阻降压起动线路降压起动降压起动过程过程：SBst1 KMF自自+M+（M串起动串起动）4.6 车用发电机发电机是汽车电气系统两个电源之一，与蓄电池并联工作。发电机是车辆运行中的主要电源，在发电机发出的电能多于汽车电器所消耗的电能时，它能将多余的电能储存在蓄电池中；当汽车电器用电超过发电机所输出电能时，由蓄电池补充不足的电能（发动机启动时起动机消耗的电能也是由蓄电池提供的）。发电机分为直流发电机和交流发电机。交流发电机具有体积小、重量轻、结构简单、维护方便、使用寿命长和低速充电性能好等特点，应用广泛。交流发电机
16、分为同步交流发电机和异步交流发电机。汽车应用的硅整流交流发电机为三相同步交流发电机。汽车汽车发电发电机连机连接电接电路图路图1交流发电机的特点 体积小、质量小、功率大、结构简单、维修方便、使用寿命长。发动机低速运转时，对蓄电池的充电性能好。蓄电池在起动发动机时消耗的电能可以很快被交流发电机充电补充，可相对减小蓄电池的容量。交流发电机工作时，不产生明显的火花，对无线电设备的干扰小。由于交流发电机装用了体积小的硅整流元件，将交流电转换为直流电，因此外部电路简单。2.汽车交流发电机工作特点 工作转速范围宽。现代汽车发动机的转速范围很宽，汽车交流发电机的工作转速范围也很宽，一般在1000r/min12
17、000r/min之间，因而对发电机的零部件的要求也较高。负载变化范围大。车辆运行过程中，电器的使用具有随机性，从而使发电机的负载变化范围大。工作环境差。发动机工作时的振动、工作环境温度的变化及灰尘等对发电机工作的稳定性和可靠性都提出了更高的要求。与蓄电池并联，采用单线制，负极搭铁（少数用于某些特定场合的发电机采用双线制）。3.车用按点击的分类车用交流发电机可按整流器结构、总体结构和搭铁形式进行分类。按整流器结构不同，可分为六管发电机、八管发电机、九管发电机、十一管发电机等，这几种交流发电机的基本结构相同，所不同的是整流器中的硅整流二极管的数量分别为6只、8只、9只、11只。4.车用发电机的结构
18、车用三相交流同步发电机由转子总成、定子总成、传动带轮、风扇、前后端盖及电刷等部件组成。转子结构定子结构与三相绕组的星形联结图电刷及电刷架5.车用发电机的工作原理同步发电机的定子结构与一般的异步电机相似，在叠压而成的铁芯上开槽，装上定子三相绕组。电机转子上装有磁极，每个磁极上都套有一个励磁线圈，线圈按一定规律连接起来，称为励磁绕组。励磁绕组通入直流电，产生磁场，当原动机拖动电机转子旋转时，磁场与定子绕组有相对运动，便在定子绕组中感应出交流电动势，即定子三相绕组会产生三相交流电动势，再经由二极管组成的整流元件变为直流电输出。由于定子磁场是由转子磁场引起的，且它们之间总是保持着同步关系，因此这种发电机称为同步发电机。1定子绕组定子绕组 2磁极磁极 3定子铁芯定子铁芯思考题：描述下图电路的工作过程。汽车交流发电机线路图
