汽车电工电子基础课件：汽车发电机与电动机

汽车电工电子基础

汽车发电机与电动机一、汽车交流发电机二、直流电动机三、汽车永磁同步电动机技能实训模块小结

主要内容学习目标1．掌握汽车交流发电机的结构；2．能正确描述交流发电机的工作原理及特性；3．掌握直流电动机的结构和工作原理；4．了解直流电动机的励磁方式；5．掌握汽车永磁同步电动机的结构和工作原理；6．熟悉发电机和电动机在汽车上的应用。一、汽车交流发电机

汽车电源系统主要由蓄电池、发电机等组成。发电机是汽车的主要电源，由发动机驱动，它在正常工作时，对除起动机以外的所有用电设备供电，若有过余能量，再向蓄电池充电；蓄电池是辅助电源。1-发电机2-蓄电池3-充电指示灯4-点火开关（一）普通交流发电机的结构转子定子后端盖整流器电刷带轮风扇前端盖发电机图7-1普通交流发电机结构图

转子1

定子2

整流器3

电刷4

前/后端盖5

风扇及带轮61.转子功用：建立磁场。结构：主要由转子轴、两块爪形磁极、磁轭、励磁绕组、滑环等组成。图7-2交流发电机转子当有电流流过励磁绕组时，转子能建立一个按正弦规律分布的磁场。NNSS2.定子功用：产生三相交流电。结构：由定子铁心和定子绕组组成。星形三角形三相定子绕组的接法图7-3定子绕组的星形连接3.电刷电刷电刷架电刷弹簧图7-5电刷组件4.整流器功用：将定子绕组产生的三相交流电变为直流电。

结构：由整流板和硅二极管组成。负整流板正整流板硅二极管图7-7整流板3个正二极管安装在正整流板上，其整流板构成发电机的输出极（正极）。3个负二极管安装在负整流板上，其整流板构成发电机的负极。三相桥式整流电路整流器与三相定子绕组的连接5.风扇和带轮风扇带轮（二）交流发电机的类型及型号1.交流发电机的分类1）按磁场绕组搭铁方式分类2）按总体结构分类3）按整流器结构分类2.交流发电机的型号图7-8国产汽车交流发电机型号组成（三）交流发电机的工作原理及特性1.交流发电机的工作原理1）发电原理三相交流电动势转子励磁绕组通电产生正弦磁场发动机带动发电机转子旋转定子产生三相交流电动势图7-9交流发电机工作原理图三相定子绕组感应出三相交流对称电动势发电机定子绕组所产生的电动势的有效值取决于发电机的转速和磁场的磁通。2）整流原理正二极管导通原则：某一瞬间正极电位最高者优先导通。负二极管导通原则：某一瞬间负极电位最低者优先导通。图7-10三相桥式整流电路及电压波形0~t1时间段：VD5和VD4导通。t1~t2时间段：VD1和VD4导通。2.交流发电机的工作特性1）空载特性图7-13交流发电机的空载特性空载特性可判定发电机低速充电性能是否良好2）输出特性图7-14交流发电机的输出特性①空载转速n1

满载转速n2②自身具有限制输出电流能力3）外特性图7-15交流发电机的外特性结论：①发电机转速越高，在相同电压下其输出电流越大或相同电流下其输出电压越高；②当发电机保持在某一转速时，随着负载即输出电流的增加，发电机的端电压会很快下降。③当发电机输出电流增大到某定值时，若负载再增加，其输出电流不会增加反而下降。（一）直流电动机的结构二、直流电动机直流电动机是把直流电能转换为机械能的一种旋转机械。定子：产生磁场和作为电动机机械的支撑。转子：是电动机实现能量转换的枢纽，又称电枢。图7-16直流电动机结构图图7-17直流电动机各个部件展开结构图1.定子改变励磁电流的方向，就可改变主磁极极性，也就改变了磁场方向。作用：产生主磁通。1）主磁极图7-18主磁极结构图作用：产生附加磁场，消除或减小电机换向时电刷与换向器之间的火花，不致使换向器烧坏。图7-19机座结构图2）换向磁极作用：构成主磁路的一部分；对电动机起到支撑作用。3）机座作用：使电枢绕组与外电路接通。图7-20电刷装置4）电刷装置2.转子通过电刷和换向器的配合，可将外电路提供的直流电转化成电枢绕组所需要的交流电。1）电枢铁芯图7-21直流电动机的电枢2）电枢绕组3）换向器（二）直流电动机的工作原理1.转动原理图7-22直流电动机原理图2.反电动势与电磁转矩1）反电动势2）电压平衡方程式3）电磁转矩电磁转矩的方向由磁通与电枢电流的方向决定，只要改变其中一个量的方向，电磁转矩的方向也随之改变，从而电动机的转向也就改变。

4）转矩平衡直流电动机具有自动调节转矩功能。（三）直流电动机的额定值及励磁方式1.直流电动机的额定值1）额定电压UN是指直流电动机额定运行时，电枢绕组外接电源的电压，是电动机安全工作的最高电压。2）额定电流IN是指直流电动机额定运行时，电枢绕组流过的直流电流，是电动机按规定长期额定运行时电枢绕组可以通过的最大电流。3）额定功率PN是指电动机额定运行时，轴上输出的机械功率。4）额定转速nN是指电动机额定运行时的转速。2.直流电动机的励磁方式1）他励电动机图7-23他励电动机的等效电路图2）并励电动机图7-24并励电动机的等效电路图3）串励电动机图7-25串励电动机的等效电路图4）复励电动机图7-26复励电动机的等效电路图汽车用起动电动机要求起动转矩大，因而采用串励式直流电动机。

（四）串励式直流电动机在汽车起动机上的应用1.起动用直流电动机的结构图7-27直流电动机的构造1）电枢2）磁极图7-30磁场绕组的连接方式3）电刷组件4）机壳图7-31电刷组件2.起动用直流电动机的工作特性图7-32串励式直流电动机的工作特性曲线1）转矩特性图7-33串励式直流电动机转矩特性2）机械特性图7-34串励式直流电动机机械特性3）功率特性三、汽车永磁同步电动机（一）永磁同步电动机的结构和工作原理1.永磁同步电动机的结构图7-37永磁同步电动机剖面图1）定子图7-35永磁同步电动机定子结构功用：产生旋转磁场。结构：主要由定子铁芯和定子绕组等组成。2）转子图7-36永磁同步电动机转子结构功用：随定子产生的旋转磁场进行运转。结构：主要由永磁磁极、转子铁芯和转轴等组成。2.永磁同步电动机的工作原理

当定子绕组输入三相正弦交流电时，会产生旋转磁场，该磁场与转子的永磁体磁场相互作用，使转子产生电磁转矩，并随着定子的旋转磁场转动。电动机转速：（二）永磁同步电动机性能特点

永磁体在气隙中产生的磁场空间上按照正弦分布，定子三相绕组为正弦分布绕组，电动机的反电动势及电动机定子电流均为正弦波。永磁同步电动机通常采用矢量控制策略，其定子电流的直轴分量为零，其交轴电流在磁场的作用下产生电磁转矩，利用矢量控制算法可以实现宽范围的恒功率弱磁调速。（三）永磁同步电动机的控制

采用恒压频比开环控制、矢量控制、直接转矩控制、自适应控制、滑模变结构控制、模糊控制、神经网络控制等。（四）永磁同步电动机在汽车上的应用自主品牌电动汽车基本上使用永磁同步电动机。技能实训（一）汽车交流发电机的拆装与测量图7-40交流发电机的拆装检修1.拆卸2.分解3.检修检查转子检查整流器检查定子检查电刷4.组装5.安装6.分析讨论（二）汽车直流电动机的拆装与测量1.拆卸3.分析讨论2.检测电枢的检测磁场绕组的检测电刷组件的检测（三）汽车永磁同步电动机的拆装与测量1.拆装与测量2.分析讨论模块小结普通交流发电机整体可以看成是由三相同步交流发电机和6只硅二极管组成的三相桥式全波整流器组成的。312交流发电机转子的功用是建立旋转磁场，定子的作用是产生交变感应电动势，硅整流器的作用是将三相定子绕组中产生的交流电变直流电对外