汽车电工电子基础课件 项目四 三相正弦交流电路

项目四三相正弦交流电路任务一三相交流电路的基本概念

图1三相交流发电机示意图工作原理：动磁生电(尾端)+eAeBeCXABYCZ(首端)++––

–++__eeAX•

图2三相绕组示意图图3每相电枢绕组及其电动势定子转子ZAXYNSC-+B•••三相交流电是由三相发电机产生的。三相发电机主要由定子和转子组成。如图一.三相交流电的产生

定子是固定不动的部分，在定子的槽中嵌入三组线圈，即AX、BY和CZ；首端分别为A、B、C，末端分别为X、Y、Z。每组称为一相，每相线圈的匝数、形状、参数都相同，在空间上彼此相差120°；转子是一个可以旋转的磁极，由永久磁铁或电磁铁组成。在发电机工作时，转子在外部动力带动下以角速度ω旋转，三个定子绕组都会感应出随时间按正弦规律变化的电势，这三个电势的振幅和频率相同，且由于三组线圈在空间位置上相差120°，故相位差互为120°，因此称这组电源为正弦三相对称电压源，可将其表示为定子转子发电机结构铁心（作为导磁路经）三相绕组匝数相同空间排列互差120

:直流励磁的电磁铁相量图波形图相量表示U2U1..120°120°120°U3.三相电压瞬时表示式uOu1u2u32

120°240°360°对称三相电动势的瞬时值之和为0三相交流电到达正最大值的顺序称为相序。最大值相等频率相同相位互差120°称为对称三相电动势三个正弦交流电动势满足以下特征供电系统三相交流电的相序为L1

L2

L3

星形接法AXYCBZN二.三相交流电的供电方式也就是发动机的定子三相线圈的连接方式（中线）（火线）（火线）（火线）AXYCBZN三相四线制供电火线（相线）:ABC中线（零线）：N三角接法A•AXYCBZBC••相电压Up

：端线与中性线间（每相绕组）的电压。线电压UL：端线与端线间的电压。相电流Ιp

：端线与中性线间（每相绕组）的电流。线电流ΙL：端线与端线间的电流。2.1星形——Y连接 将A、B、C三相电源的末端连在一起，组成一个公共点N，对外形成A、B、C、N四个端子，这种连接形式称为三相电源的星形连接或Y形连接，如图下所示。从可知,星形连接时，线电流与相电流的关系为:即星形连接时线电流和对应的相电流相等。Ιp=ΙL星形接法的两组电压相电压：火线对零线间的电压。ACBN120

120

120

线电压：火线间的电压。CABN注意规定的正方向线电压和相电压的关系：30

同理：星形联结时线电压与相电压的通用关系表达式：---为相电压

---为线电压在日常生活与工农业生产中，多数用户的电压等级为2.2三角形连接 将三个电源的首尾依次相接组成一个三角形，再从三个端子分别引出端线，这种接法称为三相电源的三角形连接，简记为△形连接，如所示。图中AZ、BX、CY分别连在一起，引出端线A、B、C，从而构成△连接。

从上图知:线电流和相电流的关系为假设该电路所接负载也是对称的，那么三个相电流也应是大小相等、相位依次相差120°的对称电流，如图下所示。三角形连接线电流和相电流的相量关系：线电流和相电流的关系为：三角形连接时的电压相量图如图所示：显然，线电压和相电压相等，即UL=Up总结：电源Y-△连接Ιp=ΙL电源星形——Y连接电源三角形——△UL=Up三

、三相负载的连接三相负载不对称三相负载：不满足Z1=Z2

=

Z3

如：由单相负载组成的三相负载对称三相负载：Z1=Z2=

Z3

如：三相电动机分类单相负载：只需一相电源供电

如：照明负载、家用电器负载三相负载：需三相电源同时供电

如：三相电动机等星形接法ACB

NZZZ三角形接法ACBZZZ•••负载的两种接法:负载的联接原则负载的接入原则应使加于每相负载上的电压等于其额定电压，而与电源的联接方式无关。尽可能使电源的各相负荷均匀、对称，从而使三相电源趋于平衡（星形连接中IN=0,三角形连接中I相量为0）负载的连接方式单相连接三相星形连接三相三角形连接三相负载的额定电压如不特别指明均指线电压负载的额定电压=电源的线电压应作

联结负载的额定电压=

电源线电压应作Y联结

三相电动机绕组可以联结成星形，也可以联结成三角形：照明负载一般都联结成星形(具有中性线)单相负载 单相负载主要包括照明负载、生活用电负载及一些单相设备。单相负载常采用三相中引出一相的供电方式。为保证各个单相负载电压稳定，各单相负载均以并联形式接入电路。在单相负荷较大时，如大型居民楼供电，可将所有单相负载平均分为三组，分别接入A、B、C三相电路，如图下所示，以保证三相负载尽可能平衡，提高安全供电质量及供电效率。三相负载连接

(1)电源提供的电压=负载的额定电压；

(2)单相负载尽量均衡地分配到三相电源上。L1L2电源L3保险丝三相四线制380/220伏N

额定相电压为220伏的单相负载

额定线电压为380伏的三相负载ACBNZZZ相电流(负载上的电流)：线电流(火线上的电流)：3.1负载星形接法

ACBNZZZ星形接法特点相电流=线电流*:零线电流*线电压=相电压

,线电压领先于相电压30°。ACBNZZZ1)负载端的线电压＝电源线电压2)负载的相电压＝电源相电压3)线电流＝相电流Y

联结时：4)中线电流负载Y联结负载对称时,中性线无电流,可省掉中性线。对称负载Y联结所以负载对称时，三相电流也对称。

负载对称时，只需计算一相电流，其它两相电流可根据对称性直接写出。1.联结形式3.2、负载三角形联结线电流:

流过端线的电流相电流:

流过每相负载的电流

、、L1+++–––L2L3i1i2i3Z31Z12Z23相量图23123130°负载对称时,相电流对称，即23(3)线电流由相量图可求得为此线电流也对称，即。

线电流比相应的相电流滞后30

。231231总结：Y---△联结UP

=UlY

联结时：△联结时：三相电源三相三线制三相四线制ACBNACBACB三相电源一般都是对称的，而且多用三相四线制接法。三相交流电路的小结三相负载星形负载三角形负载ACBNZZZACBZZZ三相负载对称时：负载不对称而又没有中线时，负载上可能得到大小不等的电压，有的超过用电设备的额定电压，有的达不到额定电压，（负载电阻越大，负载承受的电压越高），都不能正常工作。因为照明电路中各相负载不能保证完全对称，所以绝对不能采用三相三相制供电，而且必须保证零线可靠。中线的作用在于，使星形连接的不对称负载得到相等的相电压。为了确保零线在运行中不断开，其上不允许接保险丝也不允许接刀闸。关于零线任务二常用电机工作原理【知识目标】◎了解直流电动机的工作原理与应用◎理解步进电动机的工作原理与应用◎掌握交流发电机的工作原理和应用【技能目标】◎掌握交流发电机的知识，知道拆装，认识发电机的结构特点◎学会交流发电机的故障与维修方法学习目标实例引入一位丰田威驰轿车用户将车开到维修站，反映该车正常驾驶时仪表内的“充电指示灯”突然亮起，如图所示，需要检修。实例分析

充电指示灯安装在组合仪表内，用于检测充电系统是否工作正常。正常状态时，该指示灯在发动机未运行时常亮，启动后马上熄灭。当发动机运行时而充电系统不发电时，该指示灯就会亮起，防止充电系统故障造成蓄电池严重亏电。如行驶途中发生该故障，说明充电系统可能存在故障，需要尽快维修。本任务通过相关知识的学习，让学生掌握交流发电机的知识，知道拆装，认识发电机的结构特点，以及学会交流发电机的故障与维修方法。必备知识一、直流电动机的原理与应用（一）直流电机定义输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电动机，它是能实现直流电能及机械能相互转换的电机。（二）直流电动机结构直流电动机主要由壳体、定子绕组、电枢、电刷及电刷架和前后端盖等组成，如图4-2所示。添加标题添加标题

直流电动机的结构由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场。运行转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感性电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以又通常称为电枢。添加标题（三）直流电动机的工作原理直流电动机的作用是将电能转换为机械能,是以通电导体在磁场中受电场力作用的原理而制成的。根据电磁学原理，通电导体在磁场中将受到电磁力的作用而运动，其运动的方向随通过电流的方向和所处磁场中磁极的位置不同而不同，具体方向按左手定则判定。将置于永久磁场中并具有转轴的单匝线圈的两个端头接在与转轴同转的两个彼此绝缘或分开的半圆形换向片上，半圆形换向片再与固定的上、下两块铜片（相当于电刷）滑动接触，将铜片引出两个接线柱，就构成了一个最简单的电动机模型，如图4-3所示。添加标题添加标题添加标题

将直流电源的正、负接线柱用导线经开关分别接在两铜片接线柱上，当闭合开关时，电流由正电刷A流入，由负电刷B流出，绕组中的电流方向是由a→b→c→d，如图4-3（a）所示。载流导体在磁场中受到电磁力的作用，产生了电磁转矩，力的方向按左手定则判定。因此，转矩方向为逆时针方向，电枢也将按逆时针方向旋转。当线圈转过

180°后，电流由正电刷和换向片B流入，从换向片A和负电刷流出，线圈中的电流方向为d→c→b→a，如图4-3（b）所示。转矩方向仍为逆时针方向。因此，在N极和S极之间的导体中电流方向保持不变，电磁转矩方向也就不变，使电枢始终按原来的方向继续运转。汽车上实际应用的电动机，为了获得较大的功率和转矩、保持比较平稳的转速，增加了线圈的数量与换向片数。（四）直流电动机的启动、调速和转向1、直流电动机的起动直流电动机刚接入电源起动时，因为电动机转速为零，电枢上的反电动势为零，所以外加电压全部加到电枢电阻上，而电枢电阻一般都较小。此时，电动机的电枢电流会很大，即起动电流为例如，一台直流电动机的额定电压为220V，电枢电阻为0.4Ω，其额定电流为50A，则直接起动时的电流为添加标题添加标题

汽车起动机采用串励式直流电动机，即励磁绕组与电枢绕组串联，如图4-5所示。起动时，可使电流达到最大（约100A），此时电枢的输出转矩也最大，使汽车很容易起动，而汽车起动机允许短时间超载工作。串励式直流电动机比并励式直流电动机的起动转矩要大得多。图4-5串励式直流电动机的线路添加标题2、直流电动机调速以并励式直流电动机为例，电动机转速为

可以通过改变Φ、Ra及U来进行调速。直流电动机的调速一般有以下三种：①改变磁极磁通Φ改变磁通Φ值的大小可以改变转速n。为此，在励磁电路中串接一个磁场变阻器Rf，如图4-6所示。若把磁场变阻器阻值增大，则励磁电流减小，磁通Φ也随之减小，电动机的转速升高；反之，磁场变阻器阻值减小，电动机的转速降低。并励式电动机由于励磁电流较小，而在调速过程中能量耗损也较小，因而在实际使用中应用较广。添加标题图4-6并励式直流电动机改变Φ的调速线路添加标题

串励式直流电动机也可采用改变磁通Φ来调速，不过磁场变阻器Rf必须与励磁绕组并联，如图4-7所示。磁场变阻器阻值减小，通过变阻器的电流增大，而励磁绕组的电流减小，磁通Φ减小，电动机转速升高；反之，转速降低。改变磁极磁通Φ来调速，电动机的转速只能在其额定转速以上平滑调节。图4-7串励式直流电动机改变Φ的调速线路添加标题添加标题③改变电源电压U由公式

可知，若保持励磁电路中的磁通Φ不变，则改变电动机的直流电源电压U可以实现平滑调节。

改变直流电压电源，过去采用直流发电机，现在大多数采用晶闸管整流电源。添加标题3、直流电动机转向由直流电动机的工作原理可知，要改变直流电动机的转向，只需要改变电枢电流方向或励磁电流方向即可，但两者只能取其一，通常是采用改变电枢电流方向的方法。因为励磁电路的电感较大，所以反接时会产生很高的感应电动势，击穿励磁绕组。添加标题（五）直流电动机的应用1、汽车起动机用直流电动机汽车起动机用直流电动机由端盖、电刷、铁芯、电枢绕组、换向器等组成，如图4-9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。图4-9汽车起动机的组成添加标题添加标题添加标题添加标题（六）检查方法1、新的或长期停用的电机，使用前应检查绕组间和绕组对地绝缘电阻。2、检查电机的外表有无裂纹，各紧固螺钉及零件是否齐全，电机的固定情况是否良好。3、检查电机传动机构的工作是否可靠。4、根据铭牌所示数据，如电压、功率、频率、联结、转速等与电源、负载比较是否相符。5、检查电机的通风情况及轴承润滑情况是否正常。6、扳动电机转轴，检查转子能否自由转动，转动时有无杂声。7、检查电机的电刷装配情况及举刷机构是否灵活，举刷手柄的位置是否正确。8、检查电机接地装置是否可靠。添加标题二、步进电动机的原理与应用（一）概念步进电动机将输入的脉冲电信号变换为阶跃的角位移或直线位移，给一个脉冲信号，电动机前进一步，因此称为步进电动机。1、控制系统对的基本要求①在电脉冲的控制下，步进电动机能迅速起动、正反转、制动和停车，②调速范围宽广；③步进电动机的步距角要小，步距精度要高，不丢步不越步；④工作频率高、响应速度快。添加标题2、步进电动机的分类①按其工作方式不同：可分为功率步进电动机和伺服步进电动机两类。②按励磁方式的不同：步进电动机可分为反应式、永磁式和感应子式三类。添加标题添加标题添加标题添加标题添加标题（一）交流发电机的结构交流发电机的种类有很多种，图4-17所示为不同种类交流发电机的结构外形。图4-17不同种类交流发电机的结构外形汽车用硅整流交流发电机由三相同步发电机和硅二极管整流器两大部分组成。其工作过程是：交流发电机定子绕组中感应出交变电动势,再经硅二极管整流器整流,输出直流电。添加标题

普通交流发电机一般由转子、定子、整流器、前后端盖、风扇和带轮等组成,如图4-18所示。添加标题添加标题5、带轮与风扇交流发电机的前端装有带轮,内部装有风扇,由发动机的传动带通过带轮驱动发电机的转子轴和风扇一起旋转。发电机工作时,定子绕组和励磁绕组中都会有热量产生,若温度过高会烧坏导线的绝缘部分,导致发电机不能正常工作,为了提高散热能力,有的发电机还装有两个风扇(前、后各一个)。图4-31发电机发电电压较低时图4-32发电机发电电压较高时（五）充电指示灯控制电路在发动机起动期间,发电机不能对外输出电压,此时由蓄电池供给磁场电流,电流路径为:蓄电池+→点火开关SW→充电指示灯→电压调节器→磁场绕组→搭铁,充电指示灯点亮,如图4-33所示。图4-33发电机不发电时

当发动机起动后,发电机应能正常发电并对外输出,此时发电电压大于蓄电池电压,发电机自励发电,充电指示灯两端电压降为零,指示灯熄灭,如图4-34所示。图4-34发电机发电时（六）发电机的型号※总结提升1、输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，他是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。直流电动机主要由壳体、定子绕组、电枢、电刷及电刷架和前后端盖等组成。2、步进电动机将输入的脉冲电信号变换为阶跃的角位移或直线位移，给一个脉冲信号，电动机前进一步，因此称为步进电动机。分别由定心、控制绕组、转子组成。3、交流发电机是汽车的电源，其作用是在发动机正常运转时（怠速除外）时，向所有用电设备（起动机除外）供电，并向蓄电池充电。汽车用硅整流交流发电机由三相同步发电机和硅二极管整流器两大部分组成。其工作过程是：交流发电机定子绕组中感应出交变电动势,再经硅二极管整流器整流,输出直流电。普通交流发电机一般由转子、定子、整流器、前后端盖、风扇和带轮等组成。※思考与练习一、填空题1、汽车在正常行驶时,汽车的全部电器用电均由

供给。2、

就是将发动机一部分机械能转变为电能的装置。发电机通常的传动方式是

传动。3、普通交流发电机一般由

、

、

和

等组成。二、判断题1、硅整流发电机由三相异步交流发电机和硅整流器两大部分组成。()2、充电指示灯亮就表示蓄电池处于充电状态。()三、选择题1、整流器的作用是把三相交流发电机产生的

电转换成直流电输出,它一般用6个硅二极管接成三相桥式全波整流电路。A.交流B.直流C.低压D.高压2、发电机中励磁绕组的功用是

。A.产生交流电B.产生直流电C.产生感应电动势D.产生磁场3、发动机中整流电路的作用是

。A.调节输出电压B.调节输出电流C.将交流电变为直流电D.将直流电变为交流电4、交流发电机中产生磁场的装置是

。A.定子B.转子C.电枢D.整流器※拓展阅读交流发电机的就车检查1、充电指示灯的检查当打开点火开关不起动发动机时查看仪表充电指示灯是否点亮。如不亮应检查相应电路或充电指示灯熔丝是否熔断,指示灯灯泡是否损坏,如有损坏应更换。然后起动发动机,当发动机正常运转时充电指示灯应熄灭,否则应继续检查。2、励磁电路的检查在打开点火开关状态下用一金属物体(扳手或螺钉旋具)检查发电机转子轴有无磁性,如图4-35所示,如有说明发电机励磁电路良好,如没有应检查发电机励磁电路有无输入电压,如有电压则检查电压调节器及励磁绕组有无损坏。图4-35励磁磁场的检查3、发电机运行状态的检查在发动机运转状态下用万用表检查发电机的输出电压,在2500r/min的情况下发电机的输出电压应在14V左右,如图4-36所示。图4-36发电机运行状态检查4、发电机传动带张力的检查与调整传动带松紧度的检查方法:用手指压下传动带的中部,如图4-37所示。若压下量过大,说明发电机传动带过松,应调整。传动带松紧度的调整方法:拧松发电机与调整支架的固定螺栓,通过拧进和拧出调整支架上的调整螺栓即可调节传动带的张力,如图图4-38所示。※技能操作交流发电机的拆装与检查实训器材：（一）工位设备的检查：12V普通硅整流交流发电机（07款丰田威驰车用发电机OPO40）（二）工、量具的选择：①工具：尖嘴钳,一、十字起子，8号、10号套筒丁字杆,22号套筒，两爪拉拔器，铁锤0.5P,橡胶锤，指针式扭力扳手各一件。②量具：万用表、游标卡尺0~150mm(精度0.02mm)。（三）工位备件：拆装平台、毛刷、清洗剂、润滑脂、清洁抹布。实训内容：发电机的拆解，发电机的检测（检查发电机转子及定子总成、检查发电机碳刷、整流器的检查），发电机的组装。实训操作：一、发电机拆解1、拆下端子绝缘套。2、拆下发电机后端盖（3）三个螺栓。3、拆下发电机电刷架总成（2）两个螺钉。4、拆下发电机稳压器总成三个螺钉。5、拆下发电机带整流器的支架四个螺钉，使用尖嘴钳拉直导线，拆下发电机支架。6、拆卸皮带轮。①用扭矩扳手保持SST（1），顺时针转SST（2）到标准扭矩。②检查SST（1）紧固在转子轴上。③用台虎钳固定SST（C），把发电机装到SST（C）上。④为了松开皮带螺母，转动SST（2）。注意：为了防止损坏转子轴，旋送松皮带轮螺母不要超过半圈。⑤从SST（C）上拆下发电机。⑥转动SST（B），拆下SST（A和B），拆下皮带轮螺母和皮带轮。7、拆卸发电机整流器后端盖。①拆下2个螺母、两个螺栓和线夹。②使用SST拆下整流器后端盖。③从转子上拆下垫圈，拆下转子总成。（二）发电机的检测1