第四章发电机与电动机教学课件

4.1交流发电机4.1.1发电机的基本工作原理1.电磁感应原理导线切割磁感线，导线中就会产生电流。影响产生的电流因素：1）导线和磁场运动的相对速度2）磁场的强度3）穿过磁场的导线的数量2.发电机基本工作原理利用电磁感应原理，由提供磁场的转子和由导线组成的定子组成。1）水平不产生电流2）0~90°正向增加3）90°~180°正向减小U4）180°~270°反向增加5）270°~360°反向减小每60º有两只二极管工作uo4.1.2汽车交流发电机的基本构造发电机的位置1.组成：1、转子2、定子3、整流器4、前后端盖5、带轮及风扇1）转子接线柱：“F”接线柱、“－”接线柱。作用：建立磁场的。组成：两块爪极、激磁绕组、轴和滑环等。常规为6对磁极转子磁场的磁力线分布激磁电路2）定子特点：在三相绕组中所产生的电动势应是对称电动势，即电动势的大小相等、电位差互差120º电角度。作用：定子又叫电枢，是用来产生交流电动势的。组成：铁蕊和三相绕组连接方法：星形连接三角连接3）整流器特点：元件板必须与后端盖绝缘，并固定在后端盖上用螺栓引至后端盖外部作为发电机的火线接柱，标记为“B”（“A”、“+”、或“电枢”）。组成：由六只硅整流二极管组成的三相桥式整流电路作用：将交流电变成直流电。结构：正极管子：元件板上。负极管子：后端盖上。4）前后端盖材质：由铝合金压铸或铸造而成优点：较少漏磁，轻便、散热性好；特点：轴承孔内镶有钢套电刷总成：炭刷架、炭刷、弹簧搭铁形式：内搭铁与外搭铁5）带轮及风扇4.1.3汽车交流发电机的基本工作原理1.发电原理2、整流原理每60º有两只二极管工作uo3、激磁方法先他激、后自激。激磁电路4.2三相异步电动机4.2.1三向异步电动机的结构1.类型交流电动机鼠笼式绕线式异步机同步机三相异步电动机的工作原理磁铁闭合线圈1.线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致结论：异步转速2.线圈比磁场转得慢2.结构组成：定子+转子三相定子绕组：产生旋转磁场。转子：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。YBZXAC转子定子定子绕组（三相）机座4.2.2三向异步电动机的工作原理磁极旋转导条切割磁感线电流转子转动电磁力旋转磁场的转速大小电流变化一周期，旋转磁场在空间转过360°。所以旋转磁场在每秒钟的转速，等于电流的频率，由于同步转速（旋转磁场的速度）通常是指每分的转速，因此转数为：

极对数（P）的概念AXBYCZ此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：AXYCBZ极对数（P）的改变C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。AXBYCZ极对数三相异步电动机的同步转速极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速转差率的概念：异步电机在额定负载运行时:转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：电动机起动瞬间:（转差率最大）异步电动机的重要物理量之一根据转矩公式10n0Tn得特性曲线：4.2.3三向异步电动机的转矩和机械特性转矩特性：电磁转矩与转差率之间的关系机械特性：电磁转矩与转速之间的关系电动机的自适应负载能力

电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。常用特性段n0nT

自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。）直至新的平衡。此过程中，时，电源提供的功率自动增加。三个重要转矩n0Tn额定转矩：电机在额定电压下，以额定转速运行，输出额定功率

时，电机转轴上输出的转矩。(1)nN（牛顿•米）如果电机将会因带不动负载而停转。最大转矩：(2)电机带动最大负载的能力。n0Tn求解过载系数：三相异步机工作时，一定令负载转矩，否则电机将停转。致使注意：（1）三相异步机的和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。（2）电机严重过热起动转矩：(3)电机起动时的转矩。n0Tn其中则体现了电动机带载起动的能力。若电机能起动，否则将起动不了。第二节直流电动机学习目标1．了解直流电动机的基本工作原理2．掌握汽车起动机用直流电动机的结构3．了解汽车常用直流电动机学习要求应知：直流电动机的基本工作原理；起动机用直流电动机的结构；汽车常用直流永磁电动机应用场合。应会：起动机用直流电动机的结构拆解一、直流电动机的基本工作原理直流电动机利用磁场的相互作用将电能转化成机械能，在磁场内通电导线受到磁场力的作用而产生移动的倾向。如图4-14所示为直流电动机工作原理示意图。直流电动机的原理如图4-14所示，在磁场中放置一个线圈，线圈的两点分别与两片换向片连接，两只电刷分别与两片换向片接触，并与蓄电池的正极或负极接通。电流方向为：蓄电池正极→励磁绕组→正电刷→换向片→电枢绕组→负电刷→蓄电池负极。按照电枢绕组中的电流方向，由左手定则可以确定电枢左边受向上的作用力，右边受向下的作用力，整个电枢线圈受到顺时针方向的转矩作用而转动。当电枢转过半周后，换向片与正负电刷接触位置正好换位，电枢绕组因受转矩作用仍按顺时针方向转动。这样在电源连续对电动机供电时，其线圈就不停地按同一方向转动。实际电动机的电枢采用多匝线圈，换向片的数量也随绕组匝数的增多而增多。电动机的电磁转矩M取决于磁通Ф，电枢电流Ia。的乘积，可用下式表示：M=Cm·Ф·Ia

式中，Cm是电机结构常数。二、直流电动机转矩自动调节过程当电动机接入直流电源时，载流导体产生电磁转矩使电枢旋转。而电枢旋转时，线圈又会切割磁感线产生感应电动势，其方向可用右手定则来判断。因其电动势的方向恰与电枢线圈电流方向相反，故称反电动势ER。其大小与电机结构常数Cm，电枢转速n及磁极磁通Ф成正比，即ER=Cm·Ф·n因为反电动势方向与电源电压方向相反，因而在电动机工作时，其电压平衡方程式是U=ER+Ia·Ra

式中，U为电源电压，Ra是电枢电路的电阻，由此可得电枢电流为Ia=(U-ER)/Ra

可见，当电源电压U和电枢电阻Ra一定时，电枢电流将随反电动势的变化而做相反的变化，促使电磁转矩也发生变化。三、汽车起动机用直流电动机的基本构造汽车起动机用直流电动机由磁极、电枢、换向器等组成，如图4-15所示，电枢绕组与励磁绕组串联的直流电动机又称为串励式直流电动机。一、串励式直流电动机的构造串励式直流电动机由电枢、磁极、外壳、电刷和电刷架等组成。视频：起动机的构造直流电动机------构造实物电刷及电刷架磁极电枢换向器前端盖外壳电刷磁场绕组电枢中间支撑板离合器限位螺母后端盖拨叉电磁开关1.电枢总成☆组成:由电枢绕组及电枢铁心、电枢轴及换向器等；①传动机构与电枢轴采用花键配合；②电枢轴采用三点支撑；③电枢轴尾部有限位圈；④铁心：用硅钢片叠成；⑤绕组：采用很粗的扁铜线绕制，用绝缘纸绝缘，紧固。一、串励式直流电动机的构造1.电枢总成☆电枢及其内部连接电枢绕组通常用波绕法，两端焊在换向片上，与每一绕组两端相连接的换向器片相隔90°，这种绕法电阻较低，有利于提高转矩。

☆换向器由铜片和云母片相间叠压而成。铜片与铜片、铜片与电枢轴间均绝缘，铜片接电枢绕组，用夹固加焊方式连接。换向器通过电刷来连接磁场绕组与电枢绕组。换向器剖面示意铜片轴套压环接线凸缘电枢1.电枢总成换向器的作用：将电源提供的直流电转化成电枢绕组所需要的交流电，以保证电枢绕组所产生的转矩方向不变。☆电枢轴及铁心:电枢轴由优质钢材车制而成。在电枢轴的一端压装电枢铁心和换向器，铁心由硅钢片叠制成圆柱体；另一端则制成螺旋花键。1.电枢总成（1）组成1）铁心：低碳钢制成。2）绕组：由矩形铜条绕制。一端接外壳上的接线柱，另端接二只非搭铁的电刷。3）磁极数目：一般为4个，同性相对安装。（2）作用：产生磁场。磁场与磁路绝缘接线柱外壳磁极电刷换向器磁场绕组磁场与磁路2.磁极磁极绕组与电枢绕组的连接方式有并励式、串励式和复励式三种。常见的汽车用起动机均用串励式。2.磁极前端盖外壳电刷磁场绕组电枢离合器后端盖3.电刷与电刷架（1）电刷由铜粉（80～90﹪）和石墨粉（10～20﹪）压制而成。绝缘接线柱外壳磁极电刷换向器磁场绕组磁场与磁路（2）电刷架一般为四个，为金属框式，两个正电刷与端盖绝缘，两个负电刷直接接铁。电刷架上装有弹力较大的盘形弹簧。前端盖外壳电刷磁场绕组电枢离合器后端盖绝缘接线柱外壳磁极电刷换向器磁场绕组磁场与磁路4.轴承与机壳（1）轴承采用青铜石墨轴承或铁基含油轴承，可承受冲击性载荷。减速式起动机电枢转速高，故用滚柱轴承或滚珠轴承。（2）机壳为基础件，并起导磁作用。一端有四个检查窗口，中部有一接线柱，其在机壳内与励磁绕组的一端相接。前端盖外壳电刷磁场绕组电枢离合器后端盖5.端盖

分前后两个端盖。前端盖用钢板压制，内装电刷架。后端盖用灰铸铁铸成，内装电机传动机构，设拨叉座及驱动齿轮行程调整螺钉。每个端盖的中间均装有青铜石墨轴承或铁基含油轴承；后端盖与机壳之间装中间轴承板对轴起中间支承作用。整机由两个长螺栓通过前后端盖夹紧机壳固定。1．机壳起动机机壳的一端有4个检查窗口，中部只有一个电流输入接线柱，并在内部与励磁绕组的一端相连。端盖分前、后两个，前端盖由钢板压制而成，后端盖由灰铸铁浇制而成，呈缺口杯状。它们的中心均压装着青铜石墨轴承套或铁基含油轴承套，外围有2个或4个组装螺孔。电刷装在前端盖内，后端盖上有拨又座，盖口有凸缘和安装螺孔，还有拧紧中间轴承板的螺钉孔。2．励磁绕组励磁绕组是由绕在极靴上的线圈构成的电磁铁(图4-16)。励磁绕组固定到起动机外壳里面(图4-17)。用铸钢制造的极靴和起动机外壳连接在一起，可增加励磁绕组的磁场强度(图4-18)。

当电流流过励磁绕组时，便建立强大的、静止的电磁场，磁场根据绕组围绕在极靴的方向，分为S极和N极。励磁绕组的极性对调，便产生相反的磁场。励磁绕组与电枢绕组的接法有两种：串联和既有串联也有并联的复式接法(如图4-19所示)，复式接法可以在绕组铜条截面尺寸相同的情况下增大起动电流，从而增大转矩。大多数起动机采用4个励磁绕组。功率大于7.35kw的起动机有采用6个励磁绕组的。3．电枢电枢由若干薄的、外圆带槽的硅钢片叠成的铁心和电枢绕组组成。铁心的叠片结构可以减小涡流电流。电枢绕组安装在叠片外径边缘的槽内，绕组线匝分别接到换向器铜片，电枢安装在电枢轴上。图4-20所示为电枢总成。电枢绕组有两种绕法：叠绕法和波绕法。叠绕法，绕组的两端线头分别接相邻的两个换向器铜片(如图4-21所示)。此种绕法，在一对正负电刷之间的导线电流方向一致。波绕法，绕组一端线头接的换向器铜片与另一端线头接的换向器铜片相隔900或1800（如图4-22所示）。此种绕法，电枢转到某一位置时，因为某些绕组两端线头接到同极性电刷上，会造成一些绕组没有电流。由于波绕法的绕组电阻较低，所以常用。4．换向器及电刷换向器由许多换向片组成，换向片的内侧制成燕尾形，嵌装在轴套上，其外圆车成圆形。换向片与换向片之间均用云母绝缘。电刷架一般为框式结构，其中正极刷架与端盖绝缘安装，负极刷架直接搭铁。刷架上装有弹性较好的盘形弹簧。电刷由铜粉与石墨粉压制而成，呈棕红色，装在端盖上的电刷架中，通过电刷弹簧保持与换向片之间具有适当的压力。电刷与刷架的组合如图4-23所示。四、汽车电器中几种典型直流电动机直流电动机除了转子、定子双线圈结构外，还有由永磁铁构成定子的永磁直流电动机，简称为永磁电动机。如图4-24所示为刮水器永磁电动机的结构示意简图。永磁电动机在汽车上得到了广泛的应用。1．刮水电动机刮水器可以清除挡风玻璃上的雨水、雪或灰尘。目前汽车上广泛采用电动刮水器，电动刮水器的主要动力部件就是刮水电动机，刮水电动机大多是永磁式电动机。图4-25所示为美国福特公司采用的永磁式刮水电动机。刮水电动机为了满足刮水器的要求，要实现高、低速挡位工作。采用三刷式电动机。其工作原理如图4-26所示。

直流电动机工作时，在电枢内的所有线圈中同时产生反向电动势，每个小线圈都产生相等的反向电动势ER=cnФ，电动势的方向如图中所示。

当开关S拨到低速挡L时，在两个电刷B1、B3之间有两条并联支路，各有3个线圈，电动势方向如图所示，根据电动机的电压平衡式U=ISRΣ+ER=ISRΣ+3cnΦn=(U-ISRΣ)/3cΦ当开关S拨到高速挡H时，在两个电刷B2、B3之间也有两条并联支路，一个支路有2个线圈串联，另一支路有4个线圈串联，但其中一个线圈的电动势与另外3个线圈的电动势方向相反，故在电动机电枢绕组上的得到总的反向电动势为2cnΦ，根据电动机的电压平衡式U=ISRΣ+ER=ISRΣ+3cnΦn=(U-ISRΣ)/2cΦ由上式可知，由于反向电动势的减小，使电枢的转速上升，重新达到电压平衡。这样永磁刮水电动机就得到了高、低不同的转速，使得刮水器具有高、低两种工作挡位。操作：按照图4-26所示，将开关S分别与H、L连接，观察刮水电动机的转速变化，并分析工作过程。2．汽车空调用鼓风电动机鼓风电动机用于促使车内冷气、暖气、除霜和通风的气流流动。采用的电动机通常为永磁式单速电动机，大多数均安装在暖风机总成内，如图4-27所示。鼓风机开关位于仪表板上，开关通过控制调速电阻来控制电动机转速，其电路如图4-28所示。

鼓风电动机的工作原理：当鼓风电动机开关置于低速(Low)、中速1(Medl)、中速2(Med2)或高速挡(High)时，电路中所串联的电阻值越来越小。电阻值的变化，改变了鼓风电动机的工作电压。由于鼓风电动机是单速电动机，工作电压越高，转速越高。所以随着串联的电阻越小，鼓风电动机的工作电压越高，转速越高。3．电动车窗电动机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。图4-29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。现以左后门窗为例说明其工作原理。当主控开关中的左后门窗开关拨到Up时，电流方向为：蓄电池正极→点火开关→电路断电器→主控开关中左后门窗Up触点→左后门窗分控开关Up触点→电动机→左后门窗分控开关Down触点→主控开关中左后门窗Down触点→搭铁。电动机旋转，带动左后门窗玻璃上升。当主控开关中的左后门窗开关拨到Down时，电流方向为：蓄电池正极→点火开关→电路断电器→主控开关中左后门窗Down触点→左后门窗分控开关Down触点→电动机→左后门窗分控开关Up触点→主控开关中左后门窗Up触点