学习任务7电动机

1、任务目标1 熟悉三相异步交流电动机的结构和工作原理；2 掌握三相异步交流电动机在汽车上的应用；3 熟悉直流电动机的结构和工作原理；4 掌握交流电动机和直流电动机的区别和联系；5 熟悉汽车直流电动机的典型应用和工作原理；6 熟悉步进电动机的结构和原理；7 掌握步进电动机的在汽车上的典型应用和工作原理。任务描述电动机是利用电磁感应原理工作的机械，按照用电性质可分为直流电动机和交流电动机两大类，在掌握三相异步电动机的结构、组成和工作原理后，学习三相交流电动机控制中的常用低压电器，并能分析直接启动控制、正反转控制、行程控制等；在交流电动机的基础上，学习直流电动机结构和原理，了解汽车哪些系统中用到直流电

2、动机，并能对汽车起动机、汽车雨刮电动机、 汽车电动车窗、汽车电动座椅等系统中所使用到的直流电动机进行工作原理和控制方式分析，在项目四中学习了步进电动机的工作原理，并分析步进电动机在汽车进气控制中的原理。制定计划制定计划序号序号计划内容计划内容参考用参考用时时备注备注7.1项目7.1 三相异步交流电动机47.2项目7.2 直流电动机37.3项目7.3 汽车典型的直流电动机37.4项目7.4 步进电动机2项目项目7.3 汽车典型的直流电动机汽车典型的直流电动机【问题导入【问题导入】三相异步交流电动机基本作用是什么？基本组成是什么？转子转动的原理是什么？ 【知识分析【知识分析】电动机是利用电磁感应原

3、理工作的机械，用于生产、传输、分配及应用电能。电动机的分类方法主要有两种。一种是按照功能用途分类，可分为发电机、电动机、变压器和控制电动机4大类。发电机是将机械能转换成电能的装置，包括直流发电机和交流发电机；电动机是将电能转换成机械能的装置，作为拖动各种生产机械的动力装置，电动机是最主要的用电设备，包括直流电动机和交流电动机；变压器是将一种电压等级的交流电能转换为同频率另一种电压等级交流电能的装置；控制电动机主要用于信号的变换与传递，在自动控制系统中作为检测、执行元件的特种电动机，它包括交、直流伺服电动机，步进电动机，交、直流测速发电机等。图图 7.1 7.1 三相电动机的结构示意图三相电动机

4、的结构示意图图图 7.2 7.2 三相异步电动机工作原理三相异步电动机工作原理(1) 演示实验(2) 现象解释(3) 结论图图 7.3 7.3 三相异步电动机定三相异步电动机定子接线子接线AiAiBiCXBYCZtiiAiBiCO1 2 0 2 4 0 3 6 0 (a) t = 0 (b) t = 120 (c) t = 240AAAXXXBBBYYYCCCZZZ3. 三相异步电动机的极数与转速三相异步电动机的极数与转速（1） 极数（磁极对数极数（磁极对数p）（2） 转速转速n（3） 转差率转差率s例：有一台三相异步电动机，其额定转速例：有一台三相异步电动机，其额定转速 n=975r/min

5、，电源频率电源频率f=50Hz，求电动机的极数和额定负载时的转差率，求电动机的极数和额定负载时的转差率S。解：由于电动机的额定转速接近而略小于同步转速，而解：由于电动机的额定转速接近而略小于同步转速，而同步转速对应于不同的极对数有一系列固定的数值。显然同步转速对应于不同的极对数有一系列固定的数值。显然，与，与975r/min最相近的同步转速最相近的同步转速n0=1000r/min，与此相应，与此相应的磁极对数的磁极对数p=3。因此，额定负载时的转差率为：。因此，额定负载时的转差率为： 001000975100%100%2.5%1000nnsn7.1.4 三相异步电机的机械特性三相异步电机的机械

6、特性1.电磁转矩电磁转矩2. 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性7.1.5 三相异步交流电动机的控制三相异步交流电动机的控制 在工业生产过程中，大多数生产机械均采用电动机作为动力源，三相异步电动机作为应用最广的一种电动机，需要对其运行进行自动控制。电动机或其他电气设备电路的接通或断开，目前普遍采用继电器、接触器、按钮及开关等控制电器来组成控制系统。这种控制系统一般称为继电接触器控制系统。图图7-8 7-8 刀开关的电刀开关的电路符号路符号QS图图 7.9 7.9 按钮的结构和符号按钮的结构和符号图图7.10 7.10 熔断器的电路符号熔断器的电路符号图图7.11 7.11 接触器

7、工作原理图接触器工作原理图图图7.12 7.12 接触器电路符号接触器电路符号(a)接触器线圈(b) 主触头用于主电路(c) 辅助触头用于控制电路图图 7.14 7.14 行程开关结构示意图和电路符号行程开关结构示意图和电路符号(a) 电路符号STST(c) 电路符号(b) 行程开关结构示意图(a) 接线示意图 (b) 电气原理图M3SBSFUKMM3SFUKMKMSB图图7-15 7-15 点动控制点动控制2. 三相异步电动机的控制三相异步电动机的控制（1） 直接启动控制电路直接启动控制电路直接启动即启动时把电动机直接接入电网，加上额定电压，一般来说，电动机的容量不大于直接供电变压器容量的2

8、030时，都可以直接启动。1) 点动控制点动控制图图7.16 7.16 直接起动控制直接起动控制M3SF UKMKMSB2SB1KMF RF R2) 直接起动控制直接起动控制（2） 正反转控制正反转控制1) 简单的正反转控制图图7-17 7-17 点动控制点动控制M3SFUKM1SB3SB1KM2SB2KM1KM1KM2KM2FRFR【问题解决【问题解决】1. 三相异步电动机是将电能转换成机械能的旋转机械。2. 三相异步电动机主要由定子和转子构成。定子在空间静止不动，主要由定子铁芯、定子绕组、机座、端盖等部分组成。定子铁芯为了减小铁芯损耗，它是由厚度为0.5mm、片间用绝缘漆绝缘的硅钢片叠装压

9、紧而成的。定子绕组由在空间相差120电角度、对称排列的结构完全相同的三相绕组组成。定子绕组可连接为Y或接法。转子由转子铁芯和转子绕组组成。转子铁芯也是由0.5mm厚的硅钢片冲压而成的。转子绕组有两种结构形式：笼型转子和绕线式转子。【问题解决【问题解决】3. 三相异步电动机的工作原理是定子绕组通入三相电源之后，在电动机定子中产生旋转磁场，转子绕组切割旋转磁场的磁力线，产生感应电动势，并在闭合的转子回路中产生感应电流。产生感应电流的转子在旋转磁场中受到作用力，产生电磁转矩，带动转子克服阻力旋转。转子的转向取决于旋转磁场的方向，改变电源的相序就能改变旋转磁场的方向。项目项目7.2 直流电动机直流电动

10、机【问题导入【问题导入】直流电动机组成是什么？工作原理是什么？汽车上哪些系统用到直流电动机？7.2.1 直流电动机结构与工作原理直流电动机结构与工作原理1. 直流电动机的结构直流电动机的结构直流电动机可作为电动机运行，也可以作为发电机运行。不管是电动机还是发电机，其结构基本相同，即包含旋转部分和静止部分。可旋转部分称为转子，静止部分称为定子，图图7.22 7.22 小型直流电动机的结构小型直流电动机的结构图图7.23 7.23 小型直流电动机的剖面图小型直流电动机的剖面图(a) 电枢冲片 (b)电枢铁芯装配图图图7.27 7.27 电枢冲片和电枢铁芯装配图电枢冲片和电枢铁芯装配图(a) 换向片

11、 (b)换向器图图7.28 7.28 换向器结构换向器结构 电动机的产品型号表示电动机的结构和使用特点，国产电动机的型号一般采用大写的汉语拼音字母和阿拉伯数字表示，其格式为：第一部分字符用大写的汉语拼音表示产品代号；第二部分字符用阿拉伯数字表示设计序号；第三部分字符是机座代号，用阿拉伯数字表示；第四部分字符表示电枢铁芯长度代号，用阿拉伯数字表示。现以Z262为例说明如下。Z 26 2电枢铁芯长度代号机座代号一般用途直流电动机设计序号2. 直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理（1） 电磁感应与右手定则电磁感应与右手定则图图7.29 7.29 电磁感应与右手定则电磁感应与右手定则图图7.30

12、7.30 交流发电机原理模型交流发电机原理模型7.2.2 直流电动机的励磁方式直流电动机的励磁方式 直流电动机的性能与它的励磁方式有密切的关系。按励磁电流供给方式的不同，直流电动机可分为他励和自励两大类，其中自励直流电动机又分为并励、串励和复励3种。3. 串励直流电动机串励直流电动机串励直流电动机的励磁绕组和电枢绕组串联后，由一个电源供，图图7.37 7.37 串励直流电动机的等效电路图串励直流电动机的等效电路图4. 复励直流电动机复励直流电动机复励直流电动机的主磁极上装有两个励磁绕组。一个励磁与电枢电路并联，称为并励绕组；另一个励磁绕组与电动机电枢串联，称为串励绕组；两绕组共同由一个直流电源

13、供电。图图7.39 7.39 复励直流电动机的等效复励直流电动机的等效电路图电路图UIIf1RaEaIaRf2Rf17.2.3 无刷直流电动机无刷直流电动机 无刷直流电动机按照其工作特性，基本上可以分为两大类。1. 具有直流电动机特性的无刷直流电动机 2. 具有交流电动机特性的无刷直流电动机项目项目7.3 汽车典型的直流电动机汽车典型的直流电动机【问题导入【问题导入】汽车起动机的作用是什么？它有哪些部分组成？各个部分的作用是什么？7.3.1 汽车起动机汽车起动机 图图7.41 7.41 直流电动机的组成直流电动机的组成1-端盖；2-电刷和刷架；3-磁场绕组；4-磁极铁心；5-机壳；6-电枢；7

14、-后端盖图图7.43 7.43 磁场绕组与机壳的组装磁场绕组与机壳的组装1、4、5、6-磁场绕组；2-外壳；3-电枢图图7.44 7.44 磁场绕组与机壳的组装磁场绕组与机壳的组装1-电枢绕组；2-极靴；3-电枢；4-气隙(a)四个绕组相互串联 (b)两个绕组并联后再串联图图7.45 7.45 电动机内部电路图电动机内部电路图1-绝缘接线柱；2-励磁绕组；3-非搭铁电刷；4-搭铁电刷；5-换向器1. 电动刮水器的结构电动刮水器的结构图图7.48 7.48 电动刮水器的组成电动刮水器的组成图图7.49 7.49 绕线式直流电控刮水电动机的工作原理绕线式直流电控刮水电动机的工作原理(1) 改变磁通

15、变速改变磁通变速采用改变电机磁极磁通变速的方法，只适用于线式直流电动机。绕线式直流电控刮水电动机的工作原理如图7.49所示。图图7.50 7.50 永磁式刮水电动机的变速原理永磁式刮水电动机的变速原理a）低速旋转 b）高速旋转 c）电刷的布置(2) 改变电刷间导体数变速改变电刷间导体数变速 改变电刷间导体数变速的方法只能通过永磁电动机来实现，如图7.50所示，图图7.52 7.52 电动车窗的控制开关电动车窗的控制开关a)结构图 b) 手动控制c)自动控制图图7.53 7.53 电动车窗控制电路电动车窗控制电路图图7.54 电动座椅的结构电动座椅的结构图图7.55 7.55 电动座椅的控制电路

16、电动座椅的控制电路项目项目7.4 步进电动机步进电动机【问题导入【问题导入】什么是步进电动机？在汽车上有应用吗？ 图图7.56 7.56 反应式步进电动机的结构反应式步进电动机的结构示意图示意图7.4.1 步进电机的工作原理步进电机的工作原理 1. 单三拍单三拍 (a) (b) (c) 图图7.57 7.57 单三拍通电方式时转子的位置单三拍通电方式时转子的位置2. 六拍六拍图图7.58 7.58 六拍通电方式时转子的位置六拍通电方式时转子的位置7.4.2 步进电机在汽车上的应用步进电机在汽车上的应用当发动机怠速运转时，由于空调压缩机、动力转向助力泵、发电机等负载的变化会引起怠速发生波动，因此

17、要对发动机怠速转速进调整。怠速控制阀ISCV的作用就是通过调节发动机怠速时的进气量来调节怠速转速。(a)节气门直动式 (b) 旁通空气式图图7.60 7.60 怠速空气量的控制方式怠速空气量的控制方式1-节气门；2-节气门操纵臂；3-怠速控制阀(a) (d) (e)图图7.61 7.61 永磁转子式步进电动机的基本结构与步进原理永磁转子式步进电动机的基本结构与步进原理【任务工单【任务工单】【拓展与提升】【拓展与提升】1. 永磁转子步进电动机式怠速控制阀永磁转子步进电动机式怠速控制阀ISCV的结构的结构图图7.63 7.63 永磁转子式步进电动机式永磁转子式步进电动机式ISCVISCV的结构的结构1-阀芯；2-前轴承；3-后轴承；4-密封圈；5-丝杆机构；6-线束插座；7-定子；8-