汽车电工电子技术汽车中的电机

4.1

三相交流异步感应电动机4.2

三相同步交流发电机4.3

直流电动机

4.4

控制电机

4.5

电动汽车中的电机驱动系统第四章汽车中的电机交流电动机电动机直流电动机鼠笼式绕线式异步机同步机：他励、异励、串励、复励汽车电机的分类特殊电动机步进电动机：每输入一个电脉冲，转动一定角度或者一段距离。发电机电机微型直流电动机他励式永磁式交流发电机直流发电机4.1三相交流异步感应电动机4.1.1三相异步电动机的根本构造返回小型三相异步电动机〔照片〕定子铁心及绕组〔照片〕鼠笼转子〔照片〕YBZXAC三相异步机的结构转子定子定子绕组（三相）机座转子：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。三相定子绕组：产生旋转磁场。线绕式鼠笼式转子铜条+短路端环AYCBZ(•)电流出(

)电流入X4.1.2三相异步电动机的工作原理1.旋转磁场(1)旋转磁场的产生AXYCBZAXBYCZ合成磁场方向：向下XBZAYCAXYCBZ其它电流角度下的磁场方向：AXYCBZAAXBYCZ旋转方向：取决于三相电流的相序。改变电机的旋转方向：换接其中两相。(2)

旋转磁场的旋转方向(3)

旋转磁场的转速大小

一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°电流频率为fHz，那么磁场1/f秒旋转1圈，每秒旋转f圈。每分钟旋转：n1称为同步转速(转/分)(转/分)磁极对数〔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极磁对数〔P〕的改变C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'将每相绕组分成两段，按右以下图放入定子槽内。形成的磁场那么是两对磁极。AXBYCZ极对数C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'极对数和转速的关系(转/分)当时可见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/分)(转/分)(转/分)(转/分)SNFF2、转动原理感应电动势：大小：e＝Blυ

方向：右手定那么载流导体受力：大小：F＝Bli方向：左手定那么电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速（额定转速）:电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但

异步电动机无转矩转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流提示：如果转差率的概念：异步电机运行中:转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。电动机起动瞬间:（转差率最大）即：转子最大转速:（转差率最小）

S范围：0<S≤1例：三相异步电动机p=3，电源f1=50Hz，电机额定转速n=960r/min。求：转差率s，转子电动势的频率f2同步转速：转差率：解：4.1.3三相异步电动机的机械特性与运行状态1.机械特性(1)电磁转矩三相交流电

三相定子绕组

电磁转矩的物理方程：鼠笼

I2ФT＝K×F×r即：F＝BIli2R1R2i1u1e1e2*电磁转矩的参数方程：式中E20为S＝1时的E2转子功率因数代入电磁转矩的物理方程中把和以及可得，电磁转矩的参数方程：根据转矩公式10n1Tn得特性曲线：启动时n=0最大转速n=n1时(2)固有机械特性三个重要转矩n1Tn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。额定转矩：(1)〔牛顿•米〕nN(千瓦)(转/分)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。求解10smTm过载系数：三相异步机

(2)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。电机严重过热起动转矩：(3)电机起动时的转矩。n1Tn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。n1TnTmTst机械特性曲线TL启动：Tst>TL(负载转矩)，电机启动转速n，转矩Tcc点：转矩达最大Tm，转速n继续，T，沿cb走bb点：T=TL，转速n不再上升，稳定运行假设TL，暂时T<TL,nsI2Tn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s=0s=1TN(1)电动运行状态2.运行状态图4.12三相异步电动机电动运行第一象限的A点：电磁转矩T与转速n皆为正，T与n的方向一致，电动机正向电动运行(驱动电动汽车前进)第三象限的B点：电磁转矩T与转速n皆为负，T与n的方向也一致，电动机反向电动运行(驱动电动汽车倒车)(2)再生制动状态第二象限的B点：电动汽车下坡时，电动机运行速度不断加大，使n＝nB>n1。电动转矩T为负值，是制动性转矩。系统处于再生制动状态。1.起动起动电流：中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5~7倍。定子电流原因：起动时，转子导条切割磁力线速度很大。转子感应电势转子电流大电流使电网电压降低影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累电机过热影响：4.14三相异步电动机的使用三相异步机的起动方法：(1)

直接起动：十千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。(2)

降压起动Y－

起动自耦降压起动(3)转子串电阻起动以下介绍Y－

起动(适用于正常工作时是接法的鼠笼电动机〕(适用于正常工作时是Y接法的鼠笼电动机〕(适用于线绕式电动机〕A

正常运行ZBYXCY－

起动：

起动ABCXYZ设：电机每相阻抗为AZBYXC正常运行UPABCXYZ起动UP'Y－

起动应注意的问题：（2）（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。

所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合Y－

起动。Ist时，Tst也

方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。2.三相异步电动机的正、反转正转反转ABCM3~电源ABCM3~电源3.三相异步电动机的制动(1)

反接制动：

当需要电动机停止转动时，将电动机接电源的任意两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，旋转磁场立即反转，它与由于惯性仍在原方向旋转的转子相互作用，产生相反的制动转矩。使转速迅速降为零。(这时并迅速断电)当电动机脱离三相电源后，将S2接通直流电源，那么在电动机内会产生一个恒定的不旋转的磁场。转子由于机械惯性继续旋转,因而转子导体切割磁力线,产生感应电动势和电流。载有电流的导体在恒定磁场的作用下,受到制动力FT,产生制动转矩Tz,使转子迅速停车。(2)

能耗制动：4.三相异步电动机的调速(1)

改变极对数有级调速(2)改变转差率无级调速调速方法：(3)改变电源频率(变频调速)

无级调速变频电源

可变此种调速方法开展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源〔常由整流器、逆变器等组成〕。三相异步机铭牌1.型号Y132M－4磁极数(极对数

p=2)同步转速1500转/分转差率三相异步电动机的技术数据2.转速:电机轴上的转速(n)。如：n=1440转/分3.联接方式：

Y/

接法Y接法：

接法：ABCZXYABCZXYABCXYZAZBYXCABCXYZ接线盒：4.额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压。线电压AZBYXC线电压ABCXYZ例：380/220Y/

是指：线电压为380V时采用Y接法；

当线电压为220V时采用

接法。

说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5％。5.额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。如：

表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流为6.48A；星形接法时线、相电流均为6.48A。6.额定功率：

额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率()，不等于从电源吸收的功率()。两者的关系为：其中鼠笼电机

=72－93％

额定负载时一般为0.7~0.9，空载时功率因数很低约为0.2~0.3。额定负载时，功率因数最大。注意：实用中应选择适宜容量的电机，防止“大马〞拉“小车〞的现象。7.功率因数(cos

1)：此外还有绝缘等级等参数，不一一介绍。P2PNcos

1例：三相异步电动机，额定功率PN=10kW，额定转速nN=1450r/min，启动能力Tst/TN=1.2，过载系数

=1.8，

接法运行时，IN=20A,。〔牛顿•米〕〔1〕额定转矩TN〔2〕启动转矩Tst〔3〕最大转矩Tm#〔4〕用Y－方法起动时Tst'与Ist'(牛顿•米)(千瓦)(转/分)4.2三相同步交流发电机4.2.1交流发电机的构造转子；定子；整流器；端盖与电刷总成返回1.转子(1)组成：爪极、磁轭、磁场绕组、滑环、转轴等。(2)作用：产生磁场2.定子(电枢)(1)组成：定子铁心、定子绕组。(2)作用：产生电源电动势*三相绕组中的每个绕组中的线圈个数、匝数和节距都完全相同。首端A、B、C或末端X、Y、Z在定子槽中的排列，彼此相隔。ABCXYZ3.整流器(1)组成：整流板与整流二极管(安装在后端盖上)。(2)作用：把交流电转变为直流电。4.端盖与电刷总成(1)端盖：封闭整个电机内部，支撑转子。(2)电刷总成从结构上分：外装式、内装式；从搭铁形式分：内搭铁式、外搭铁式。交流发电机的工作原理1.发电原理(1)正弦磁场的产生*磁场绕组接通直流电源被励磁。*转子爪极凸缘的外形，使发电机磁场近似于正弦，即(2)正弦交流电动势的产生*发动机带动转子旋转*定子绕组切割磁力线*三相绕组中产生对称的正弦交流电动势uAuBuC2.整流原理(1)整流器①

组成*六管发电机：由六只硅二极管组成三相桥式全波整流电路。*八管发电机：除具有组成三相桥式全波整流电路的六只硅二极管外，还有2个中性点二极管。*九管发电机：除了常用的六只硅二极管外，又增加了三只功率较小的磁场二极管。*十一管发电机：由六只整流二极管、二只中性点二极管和3只磁场二极管组成。②

整流过程*某一瞬间三只正极管的正极电位最高者导通。*某一瞬间三只负极管的负极电位最低者导通。*某一时刻六只整流管仅有两只二极管导通，把三相交流电源的线电压加在负载上。*六只整流二极管两两成对依次循环导通，在负载上得到一个比较平稳的直流脉动电压。三相桥式整流电路中的电压波形uBuAuC3.励磁方式与电压调节器他励：由蓄电池提供励磁电流。自励：发电机自己提供励磁电流。电压调节：利用三极管的开关特性，控制磁场电流的接通与切断。UU1U2UNn他励自励UC4.3直流电动机4.3.1根本构造定子绕组

定子铁心

机座

定子磁极的作用：产生磁场转子电枢的作用：产生电磁转矩T机座：用来固定磁极和端盖等，也是磁路的一局部返回磁场铁心永磁式：由永久磁铁做成。励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中通过直流电，形成电磁铁。电枢铁心：由硅钢片叠装而成。1.定子(磁场)：铁心、绕组、电刷装置。2.转子(电枢)电枢绕组：单个绕组元件组成。励磁绕组NS············NS机座转子换向器：许多互相绝缘的楔形铜片(换向片)，形成一个圆柱体，安装在电机轴的一端。根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的直流电机又可细分为：他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。M他励UfIfIaUM并励UIfM串励UM复励UFF注意：电刷和电源固定联接，换向片与线圈无论怎样转动，总是N极下的导体电流向里流，S极下的导体电流向外流。电动机才能在一个方向下连续转动，使电枢的电磁转矩方向不变。U+–NSII直流电源电刷换向器线圈4.3.2工作原理通电线圈逆时针旋转左手定则KT：与线圈的结构有关的常数（与线圈大小，磁极的对数等有关）

：线圈所处位置的磁通Ia：电枢绕组中的电流电磁转矩的大小：由转矩公式可知：(1)

产生转矩的条件：必须有励磁磁通和电枢电流。(2)改变电机旋转的方向：改变电枢电流的方向或者改变磁通的方向。–FFU+NSIIEE电枢中的反电势：电机转动电枢线圈处于磁场中产生感应电动势大小：(右手定则)和原通入的电流方向相反方向：KE：与电机结构有关的常数n：电动机转速

：磁通当忽略绕组中的电阻Ra，外加电压，可见，当U一定时，电机转速和磁通成反比，通过改变

可调速。4.3.3机械特性机械特性指的是电机的电磁转矩和转速间的关系。2.串励电动机具有软的机械特性，适宜于拖动恒功率负载〔P一定时，T和n成反比〕，如：电气机车等。1.他励、并励电动机具有硬的机械特性。适宜于拖动恒转矩(TL一定，和转速无关〕的生产机械，如：金属加工、起重机械等。n1230T3.复励电动机的机械特性介于上述二者之间，既有较大的起动转矩和过载能力，又能在轻载、空载下工作。4.3.4直流电动机的使用2.反转电动机的转动方向由电磁力矩的方向确定。(1)改变励磁电流的方向。(2)或改变电枢电流的方向。改变直流电机转向的方法：两者不可同时改变1.起动＊起动电流大，原因：n＝0，反电势E=0，Ra小，所以Ist很大。＊常用办法：电枢电路串电阻起动。起动时，Rst串入限流。起动过程中，随n逐渐切除起动电阻。3.调速由可知，有三种方法。调压(调磁)调速改变电枢回路电阻调速4.直流电动机在汽车中的应用(1)

串励式直流电动机：中小型汽车中的起动机。(2)复励式直流电动机：大型汽车、柴油机中的起动机。(3)小型(微型)永磁直流电动机：与直流伺服电动机构造特性相似。空调中的鼓风电机、雨刷电机、电动座椅电机、油泵电机等。步进电动机是一种将电脉冲信号转换为角位移或直线位移的执行元件，它是利用电磁铁原理来工作的。1．根本结构ABC定子转子①定子：定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个