《汽车电工电子技术》课件-第4章发电机与电动机

汽车电工电子技术机械工业出版社认识交流发电机汽车电工电子技术第4章发电机与电动机1.车用交流发电机分类、结构2.交流发电机工作原理汽车用发电机可分为直流发电机和交流发电机，由于交流发电机在许多方面优于直流发电机，直流发电机已被淘汰，目前所有汽车均采用交流发电机，

交流发电机按照不同的分类方法分为以下几类：1.车用交流发电机分类、结构1）车用交流发电机分类普通交流发电机(使用时需要配装电压调节器的发电机)例JF132（EQ140用）整体式交流发电机(发电机和调节器制成一个整体的发电机)例别克轿车的发动机上装配的是CS型发电机带泵交流发电机(和汽车制动系统用真空助力泵安装在一起的发电机)例JFZB292发电机。无刷交流发电机(不需要电刷的发电机)例JFW1913永磁交流发电机(磁极为永磁铁制成的发电机)

1.车用交流发电机分类、结构1）车用交流发电机分类按整流器结构分四类六管交流发电机例JF1522（东风汽车用）八管交流发电机例JFZ1542（天津夏利汽车用）九管交流发电机例（日本日立、三凌、马自达汽车用）十一管交流发电机例JFZ1913Z（奥迪、桑塔纳汽车用）1.车用交流发电机分类、结构1）车用交流发电机分类按磁场绕组搭铁形式两分类内搭铁型交流发电机磁场绕组的一端（负极）直接搭铁（和壳体相联）外搭铁型交流发电机磁场绕组的一端（负极）接入调节器，通过调节器后再搭铁。1.车用交流发电机分类、结构1）车用交流发电机分类组成：由定子、转子、电刷、整流二极管、前后端盖、风扇及带轮等组成。1.车用交流发电机分类、结构2）车用交流发电机结构转子：产生旋转磁场

转子由转子轴、励磁绕组、两块爪形磁极、滑环等组成。它的作用是当通过电刷给励磁绕组供电时，励磁绕组产生磁场。发电机构造图1.车用交流发电机分类、结构2）车用交流发电机结构国产发电机大多采用6对磁极。爪极凸缘的外形象鸟嘴，这种形状可以使定子感应的交流电动势近似于正弦波形。滑环由两个彼此绝缘的铜环组成，压装在转子轴上并与轴绝缘，两个滑环分别与励磁绕组的两端相连。1.车用交流发电机分类、结构2）车用交流发电机结构磁路交流发电机的磁路为：磁轭→N极→转子与定子之间的气隙→定子→定子与转子间的气隙→S极→磁轭。1.车用交流发电机分类、结构2）车用交流发电机结构当两集电环通入直流电时（通过电刷），磁场绕组中就有电流通过，并产生轴向磁通，使爪极一块被磁化为N极，另一块被磁化为S极，从而形成六对相互交错的磁极。当转子转动时，就形成了旋转的磁场。1.车用交流发电机分类、结构2）车用交流发电机结构定子构造与绕组连接图1.车用交流发电机分类、结构2）车用交流发电机结构2.定子：产生三相交流电定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。定子槽内置有三相对称绕组，三相绕组大多数采用Y形联结，也有用△形联结1.车用交流发电机分类、结构2）车用交流发电机结构定子构造与绕组连接图1.车用交流发电机分类、结构2）车用交流发电机结构整流器大多由6个、9个、11个管硅二极管组成。外壳为正极、中心引线为负极的二极管，称为负极管或反烧管，管壳底上注有黑字标记；壳体为负极，中心线为正极的二极管，称为正极管或正烧管，管壳底上有红色标记。1.车用交流发电机分类、结构2）车用交流发电机结构

整流器实物与硅二极管连接图2.车用交流发电机工作原理1）发电原理1）.在发电机内部有一个由发动机带动转子（旋转磁场）2）.磁场外有一个定子绕组,绕组有3组线圈(3相绕组)，3相绕组彼此相隔120度3）.当转子旋转时，旋转的磁场使固定的电枢绕组切割磁力线（或者说使电枢绕组中通过的磁通量发生变化）而产生电动势。2.车用交流发电机工作原理1）发电原理2.车用交流发电机工作原理2）电磁感应图5-2交流电的产生2.车用交流发电机工作原理3）交流电产生－每相电动势的最大值－每相电动势的有效值－角速度2.车用交流发电机工作原理3）交流电产生图所示为六管整流电路4V2V-6V2.车用交流发电机工作原理4）整流原理增加了3个功率较小的二极管，专门用来供给磁场电流，又称为磁场二极管，采用磁场二极管后，利用充电指示灯即可指示发电机工作情况的好坏。发电机工作时，充电指示灯是由蓄电池端电压与磁场二极管输出端L的电压UL的差值所控制。

2.车用交流发电机工作原理4）整流原理具有两个中性点二极管，其接线柱的记号为“N”。中性点电压一般用来控制各种继电器如磁场继电器、充电指示灯继电器等2.车用交流发电机工作原理4）整流原理认识电动机汽车电工电子技术第4章发电机与电动机1.三相异步电动机2.直流电动机3.步进电动机4.伺服电动机5.汽车中的电动机异步电动机主要由定子（固定部分）和转子（转动部分）两部分组成.1.三相异步电动机1）结构

机座：一般用铸铁制成。主要作用是固定定子铁芯，并通过端盖来支撑转子。定子（机座、定子铁心、定子绕组）1.三相异步电动机1）结构定子铁芯：由硅钢片叠压而成。1.三相异步电动机1）结构（a）星形接法；（b）三角形接法

定子绕组：用漆包线绕成线圈，嵌在定子铁芯槽内。三相异步电动机的定子绕组由互成120°角的完全相同的互相绝缘的三个绕组组成，叫三相绕组。定子绕组可以接成星形或三角形。为了便于改变接线，三相绕组的六根端线都接到定子外面的接线盒内。1.三相异步电动机1）结构定子硅钢片未装绕组的定子铁芯1.三相异步电动机1）结构2.异步电动机转子异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴等部分组成的。转子铁心由外圆有槽孔的硅钢片叠制而成。转子有两种形式：笼型转子和绕线型转子。1.三相异步电动机1）结构笼型转子的绕组由安放在槽内的铜条（或铸铝）构成，这些导体的两端分别焊接在两个端环上。

特点：制造简单，造价低，运行可靠，维护方便，应用广泛。1.三相异步电动机1）结构异步电动机就是利用三相交流电通入三相对称绕组所产生的旋转磁场来使转子旋转的。

基本原理：闭合导体切割磁力线时能产生电流，通电导体受到磁场力作用时能产生运动。1.三相异步电动机2）工作原理1.三相异步电动机2）工作原理1.三相异步电动机2）工作原理2.旋转磁场的产生

设将定子三相绕组联成如图(a)所示的星形接法，三相绕组的首端U1、V1、W1分别与三相交流电的相线A、B、C相连接，三相绕组中通过的三相对称交流电流如图4-5(b)所示。图通过定子绕组的三相对称电流UVW图4-6三相电流产生的旋转磁场（p=1）UVW1.三相异步电动机2）工作原理由此可见，电流变化一个周期，合成磁场在空间也旋转了一周。电流继续变化，磁场也不断地旋转。从上述分析可知,三相电流通过定子绕组所产生的合成磁场,是随电流的交变而在空间产生旋转的磁场。这种旋转磁场与蹄形磁铁在空间旋转所起的作用是相同的。三相异步电动机内，旋转磁场是由定子铁心中放置的三相绕组产生的。旋转磁场的方向与三相电流的顺序有关，也称相序。改变相序可以改变三相异步电动机的转向。旋转磁场的转速称为同步转速n0。1.三相异步电动机2）工作原理鼠笼转子的转动方向虽然与旋转磁场的转动方向相同，但转子转速n不可能达到旋转磁场的转速no，因为如果两者相等，转子与旋转磁场之间就不存在相对运动，转子导体就不能切割磁感应线，转子上也就不再产生感应电流及电磁转矩，可见，鼠笼转子的转速与旋转磁场的同步转速之间必须存在差值而不能同步，因此称鼠笼式电动机为交流异步电动机或交流感应电动机。结论1.三相异步电动机2）工作原理用转速差△n=n。-n来表示转子转速n与同步转速n。之间的转速差，则转差率s为转速差与同步转速之比，即

转差率是异步电动机的一个重要物理量，转子转速n越接近同步转速，转差率越小，跟随性越好。一般异步电动机的转差率很小，通常用百分数表示，一般为1%～9%。1.三相异步电动机2）工作原理外形结构2.直流电动机1）结构2.直流电动机1）结构1.定子励磁绕组通以励磁电流产生主磁场。

在小功率直流电动机中不装换向磁极。2.直流电动机1）结构直流电动机转子

2.直流电动机1）结构三、直流电动机的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。2.直流电动机2）工作原理+-2.直流电动机2）工作原理由此可见，加于直流电动机的直流电源，借助于换向器和电刷的作用，使电枢线圈中流过的电流，方向是交变的，从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变，确保了电枢朝确定的方向连续旋转，这就是直流电动机的基本工作原理。2.直流电动机2）工作原理根据安培定律，可以推导出直流电动机通电后所产生的电磁转矩M与磁极的磁通量Φ及电枢电流Is之间的关系：式中，Cm为电动机的结构常数，它与电动机磁极对数P

、电枢绕组导线总根数Z及电枢绕组电路的支路对数a有关。

M＝CmΦIs

2.直流电动机2）工作原理直流电动机转矩自动调节原理

式中的Rs为电枢回路电阻，其中包括电枢绕组的电阻和电刷与换向器的接触电阻

由于绕组在转动同时切割磁力线而产生感生电动势，并根据右手规则判定其方向与电枢电流Is的方向相反，故称反电动势Ef。反电动势Ef与磁极的磁通量Φ和电枢的转速n成正比，即Ef=CeΦn电枢回路的电压平衡方程式，即U＝Ef+IsRs2.直流电动机2）工作原理接通电源的瞬间，电枢转速n为0，电枢反电动势也为0，此时，电枢绕组中的电流达到最大值，即Ism＝U／Rs，将相应产生最大电磁转矩，即Mmax，若此时的电磁转矩大于电动机的阻力矩Mz，电枢就开始加速转动起来。随着电枢转速的上升，Ef增大，Is下降，电磁转矩M也就随之下降。当M下降至与Mz相平衡（M=Mz）时，电枢就以此转速运转。

U＝Ef+IsRsM＝CmΦIs

2.直流电动机2）工作原理直流电动机具有自动调节转矩功能

如果直流电动机在工作过程中负载增大，就会出现如下的变化：

M<Mz→n↓→Ef↓→Is↑→M↑→M=Mz，达到新的稳定；直流电动机的工作负载减小，则出现如下的变化：M＞Mz→n↑→Ef↑→Is↓→M↓→M=Mz，达到新的稳定。2.直流电动机2）工作原理一种利用电磁铁的作用原理将电脉冲信号转换为线位移或角位移的电动机。定子具有均匀分布的6个磁极，磁极上绕有绕组，两个相对的磁极组成一相。假定转子具有均匀分布的4个齿，有单三拍、六拍及双三拍三种工作方式。反应式步进电机原理图

3.步进电动机1.单三拍单三拍通电方式时转子的位置3.步进电动机2.六拍

图5-33六拍通电方式时转子的位置3.步进电动机总结采用单三拍方式和双三拍方式时，转子走三步前进了一个齿距角，每走一步前进了三分之一齿距角；采用六拍方式时，转子走六步前进了一个齿距角，每走一步前进了六分之一，齿距角3.步进电动机4.步距角θ式中：Zr——转子齿数；m——运行拍数。实际上，一般步进电动机的步距角不是300或150，而是30或1.50。由上式可知，转子上不只4个齿(齿距角360º/4=90º)，而有40个齿（齿距角为9º）。3.步进电动机步进电动机具有结构简单、维护方便、精确度高、起动灵敏、停车准确等性能。步进电动机的转速决定于脉冲频率。一般工作过程3.步进电动机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3.步进电动机4.伺服电动机伺服电动机，也叫做执行电动机，在控制系统中，常被用作执行元件，把接受到的电信号转换为电动机转轴的角位移或角速度，驱动控制对象。按照电流种类的不同，伺服电动机可分为直流和交流两大类。一、交流伺服电动机交流伺服实质是一种同步电机。通过伺服驱动器的矢量控制理论加上编码器构成的闭环回路精准的控制电机的扭矩，速度，位置等等，把交流电通过等换计算的方式去控制电机，所以制造技术和伺服驱动器的软件方面比较复杂。4.伺服电动机交流伺服电动机的转子是一个永磁体，在定子产生的旋转磁场作用下，转子磁场同步旋转。转子一般做成鼠笼式，为了使电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它具有转子电阻较大、转动惯量较小这两个特点。目前应用较多的转子主要有两种：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小其转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金做成的空心杯形转子，杯壁薄，为了减小磁路的磁阻，在转子内放置固定的内定子。由于空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，运转平稳，因此应用广泛。4.伺服电动机二、直流伺服电动机直流伺服电动机和交流伺服电动机相比，它具有机械特性硬、输出功率大、易控制、起动转矩大等优点。直流伺服电动机和一般直流电机结构相同，只是它的容积和体积较小，是一种微型永磁式直流电机。为了减小转动惯量，电机要做的细长些。图4-33是直流伺服电动机的结构。二、刮水器电机

电动刮水器1、5-刷架；2、4、6-摆杆；3、7、8-拉杆；9-蜗轮；10-蜗杆；11-电动机；12-底板1）刮水器电机5.汽车中的电动机1.电动刮水器的变速原理刮水器的变速是利用直流电动机变速原理来实现的，转速公式为：

n=(U-IR)/(KZφ)式中U──电动机端电压；

I──通过电枢绕组中的电流；

R──电枢绕组的电阻；

K──常数；

Z──正、负电刷间串联的导体数；

──磁极磁通。n=（U-IRs）/C1Φ

刮水器变速是在直流电动机变速的理论基础上，采取改变电动机磁极磁通的强弱，或者改变两电刷之间的导体数（绕组数）多少来实现的。

二、刮水器电机

1）刮水器电机5.汽车中的电动机当刮水器开关在Ⅰ挡位置（低速）

线绕式电动刮水器原理1-串激绕组；2-电枢；3-并激绕组；4-触点；5-凸轮；6-刮水器开关；7-熔断器；8-电源开关（1）改变磁通变速

只适合于线绕式直流电动机当刮水器开关在Ⅱ挡位置（高速）1）刮水器电机5.汽车中的电动机（2）改变电刷间的导体数变速

改变电刷间导体数变速的方法只能通过永磁电机（三刷永磁式直流电动机）来实现，它的磁极为铁氧体永久磁铁，具有不易退磁的优点。能够实现高、低转速1-电枢绕组；2-永久磁铁；3-换向器；4-反电动势

B1B2B3LH二、刮水器电机

1）刮水器电机5.汽车中的电动机当开关拨向“L”时，电源电压U加在B1和B3之间，由于①、⑥、⑤和②、③、④组成两条并联支路，支路中串联的线圈（导体）均为有效线圈，串联线圈（导体）数相对较多（每条支路串联3组绕组），故反电动势较大，电动机以较低转速运转。当开关拨向“H”时，电源电压U加在B2和B3之间，由于线圈①和线圈②产生方向相反的电动势，互相抵消，