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1、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,：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,4.1 三相交流异步感应电动机,4.1.1 三相异步电动机的基本构造,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）,三相异步机的结构,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。,铜条+短路端环,A,Y,
2、C,B,Z,()电流出,()电流入,X,4.1.2 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,合成磁场方向：向下,其它电流角度下的磁场方向：,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，则磁场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,极磁对数（P）的改变,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。,极对数,极对数和转速的关系,(转/分),当
3、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),S,N,2、转动原理,感应电动势：,大小：eB l,方向：右手定则,载流导体受力：,大小：FB l i,方向：左手定则,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）:,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。,即：,S 范围：0 TL (负载转矩)，电机启动,转速n，转矩T ,c,c点：转矩达最大Tm ，转速n继续，T，沿cb走,b,b点：T=TL，转速n不再上升，稳定运行,若TL ，暂时Tn1。电动转矩T为
4、负值，是制动性转矩。系统处于再生制动状态。,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。,(3) 转子串电阻起动,(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）,Y 起动：,设：电机每相阻抗为,Y 起动应注意的问题：,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,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
5、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，则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,调速方法：,(3) 改变电源频率(变频调速) 无级调速,此种调速方法发展很快，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 Y 132M4
6、,转差率,4.1.5 三相异步电动机的技术数据,3. 联接方式 ： Y/ 接法,4. 额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压。,例：380/220 Y/是指：线电压为380V时采用Y接法； 当线电压为220V时采用接法。,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,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。,
7、注意：实用中应选择合适容量的电机，防止“大马” 拉“小车”的现象。,7. 功率因数(cos1)：,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),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),
8、(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 。,3. 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。,4.2.2 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,(
9、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,2. 整流原理,(1) 整流器 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。, 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
10、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,3. 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。,U,U1,U2,UN,n,他励,自励,UC,4.3 直流电动机,4.3.1 基本构造,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，也是磁路的一部分,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
11、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,N,S,N,S,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。,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。
12、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。,N,S,4.3.2 工作原理,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。,电枢中的反电势：,大小：,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。,n,0,T,3. 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。,两者不可同时改变,1. 起动,起动电流大，原因：n0，反电势E=0，Ra小，所以Ist 很大。,3. 调速,由,可知，有三种方法。,调压(调磁)调速,
