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1、汽车电工与电子技术基础,主讲：伍时和,三亚学院 理工学院,第四章 电动机与发电机,第四章 电动机与发电机,第四章 电动机与发电机,要点： 1、三相异步电动机的基本结构、工作原理。 2、三相异步电动机的机械特性、以及起动、调速、反转和制动。 3、汽车交流发电机的结构和工作原理。 4、直流电动机的基本结构、工作原理和电力拖动。 5、直流电动机在汽车中的应用。,第四章,第四章 电动机与发电机,第一节 三相异步电动机概述 第二节 三相异步电动机的电磁转矩和机械特性 第三节 三相异步电动机的运行 第四节 汽车交流发电机 第五节 直流电动机 第六节 汽车用直流电动机,第四章,1. 了解三相交流异步电动机的
2、基本构造和转动原理。,本节要求：,2. 理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握起动和反转的基本方法及调速和制动的方法。,3. 理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。,第一节 三相异步电动机概述,鼠笼式异步交流电动机授课内容：基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法,第一节 三相 异步电动机概述,电动机的分类：,一、 三相异步电动机的构造,第一节 三相 异步电动机概述,第一节 三相 异步电动机概述,1.定子,一、 三相异步电动机的构造,第一节 三相 异步电动机概述,2.转子,鼠笼转子,铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。,同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。,(2) 绕线式转子,转子: 在旋转磁
3、场作用下，产生感应电动势或电流。,第一节 三相 异步电动机概述,第一节 三相 异步电动机概述,鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：,鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。,绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子 外加电阻可人为改变电动机的机械特性。,第一节 三相 异步电动机概述,1. 型号,例如： Y 132 M4,用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。,教材表8.8.1中列出了各种电动机的系列代号。,二、三相异步电动机铭牌数据,第一节 三相 异步电动机概述,异步电动机产品名称代号,2. 接法,接线盒,定子三相绕组的联接方法。通常,Y 联结, 联结,3.
4、电压,例如：380/220V、Y/ 是指线电压为 380V 时采用 Y联结；线电压为 220V 时采用 联结。,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% 。因为在电动机满载或接近满载情况下运行时，电压过高 或过低都会使电动机的电流大于额定值, 从而使电动机过热。,电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。,三相异步电动机的额定电压有380V，3000V,及6000V等多种。,4. 电流,例如： Y / 6.73 / 11.64 A 表示星形联结下电机的线电流为 6.73A；三角形联结下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为 6.73A。,5. 功率与效率,电动机在额
5、定运行时定子绕组的线电流值。,额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机 械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率 P1。,注意：实用中应选 择容量合适的电机，防止出现 “大马拉 小车” 的现象。,6. 功率因数,三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载 时约为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只有0.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。,7. 额定转速,电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。,如： n N =1440 转/分sN = 0.04,8. 绝缘等级,指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分 为A、E、B、F、H五级，A级最低(105C)，H级最高(180C)。,三、三相异步电
6、动机的转动原理,1、 旋转磁场,定子三相绕组通入三 相交流电(星形联接),1.旋转磁场的产生,规定,()电流出,()电流入,三相电流合成磁 场 的分布情况,合成磁场方向向下,合成磁场旋转60,合成磁场旋转90,动画,o,分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360,取决于三相电流的相序,2.旋转磁场的旋转方向,结论： 任意调换两根 电源进线，则旋转 磁场反转。,动画,任意调换两根电源进线 (电路如图),3.旋转磁场的极对数P,当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：,若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端 之间互差60，将形成两
7、对磁极的旋转磁场。,极对数,动画,旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关,4.旋转磁场的转速,工频：,旋转磁场的转速取决于磁场的极对数,p=1时,p=2时,旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系,2、 电动机的转动原理,1）. 转动原理,A,X,Y,C,B,Z,定子三相绕组通入三相交流电,感应电动势 E20,电磁力F,四 、转差率,旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与 旋转磁场的同步转速之比称为转差率。,由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场 旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速相等，即,如果:,因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。,异步电动机运行中:,转子
8、转速亦可由转差率求得,转差率s,例1：一台三相异步电动机，其额定转速n=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。,解：,根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转 速的关系可知：n0=1000 r/min , 即,p=3,额定转差率为,二、 机械特性曲线,根据转矩公式,得特性曲线：,动画,动画,电动机在额定负载时的转矩。,1.额定转矩TN,三个重要转矩,额定转矩,(N m),如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为,2.最大转矩 Tmax,转子轴上机械负载转矩T2 不能大于Tm
9、ax ，否则将 造成堵转(停车)。,电机带动最大负载的能力。,临界转差率,将sm代入转矩公式，可得,当 U1 一定时，Tmax为定值,过载系数(能力),一般三相异步电动机的过载系数为,工作时必须使T2 T2电机能起动，否则不能起动。,起动能力,4. U1 和 R2变化对机械特性的影响,(1) U1 变化对机械特性的影响,T2,(2) R2 变化对机械特性的影响,R2,Tst ,n,硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。,软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。 ,三、 稳定与非稳定工作区,电动机起动时的转矩。,起动时n= 0 时，s =1,(2) Tst与 R2 有关
10、， 适当使R2 Tst 。对绕线式电机改变转子附加电阻R2 , 可使Tst =Tmax 。,Tst体现了电动机带载起动的能力。若 Tst T2电机能起动，否则不能起动。,起动能力,稳定,不稳定,(1) 直接起动二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。,（适用于鼠笼式电动机）,(3) 转子串电阻起动,（适用于绕线式电动机）,以下介绍降压起动和转子串电阻起动。,第三节 三相异步电动机的运行,一、三相异步电动机的起动,起动时n= 0 时，s =1,设：电机每相阻抗为,1. 降压起动,(1) Y 换接起动,降压起动时的电流 为直接起动时的,Y 起动器接线简图,静触点,Y 起动器接线简图,Y起动
11、,Y 起动器接线简图, 工作,(a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。,Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场合,Y- 换接起动应注意的问题,R,R,R,定子,转子,起动时将适当的R 串入转子电路中，起动后将R 短路。,起动电阻,2.绕线式电动机转子电路串电阻起动,若R2选得适当，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。,常用于要求起动转矩较大的生产机械上。,R2 Tst ,T,O,转子电路串电阻起动的特点,方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。,电动机 正转,电动机 反转,三相异步电动机的正、反转,概述,直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生。但在20世纪的大部
12、分时间里，由于直流传动具有优越调速性能，因而高性能可调速传动都采用直流电动机，而不变速传动则采用交流电动机。直到70年代末这种交直流传动按调速分工的格局终于被打破。此后，交流调速系统主要沿下述三个方向发展和应用。,二、 三相异步电动机的调速,1.一般性能的节能调速,在过去大量的不变速调速系统中，风机、水泵等机械总量几乎占工业电气传动总容量的一半，其中有不少场合并不是不需要调速，只是过去交流电动机本身不调速，不得不依赖挡板和阀门来调节送风和供水的流量，从而使许多电能被白白浪费掉了。如果换成交流调速系统，来调节送风和供水的流量，每台风机、水泵平均可节能20%，效果很可观。,二、 三相异步电动机的调
13、速,2.高性能交流调速系统,过去许多需用直流调速的场合，鉴于交流电机比直流电机结构简单、成本低、工作可靠、维护方便、转动惯量小、效率高，因此如果采用交流调速，其静、动态性能完全可以和直流调速系统的性能相媲美。但目前来讲，其控制系统相比与直流调速系统复杂。可用于轧机、造纸机等要求调速性能较高的场合。,3.特大容量、极高转速的交流调速系统,二、 三相异步电动机的调速,直流电极换向器的换向能力限制了它的容量和转速，而交流电动机则不受这个限制，因此特大容量的传动，如厚板轧机、矿井提升机等和极高转速的传动，都宜采用交流调速为宜。,二、 三相异步电动机的调速,1、 变极调速 (有级调速),P=2,二、 三
14、相异步电动机的调速,P=1,采用变极调速方法的电动机称作双速电机， 由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对 调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床 等机床上。,异步电动机的调速方法,2、 变频调速 (无级调速),变频调速应用最广，可构成高性能的交流调速系统，最具有发展前途。,电力电子和微机控制技术是现代交流调速的物质基础。有了电力电子变流装置，解决了调速装置过去设备多、体积大、成本高等问题，使交流调速得到飞跃的发展。,二、 三相异步电动机的调速,矢量控制的发明，提高了交流调速系统的性能，但其控制电路的设计、制造和调试都很麻烦，采用微机控制后，用软件实现矢量控制算法，使硬件电路规范化，从
15、而降低了成本，提高了可靠性，还可实现更复杂的控制技术。,二、 三相异步电动机的调速,各类电力电子器件,类型,不可控器件,代号,名称,全控器件,半控器件,电流控器件,场控器件,功率集成电路,D,整流二极管（Diode),Th、SCR,晶闸管（Thyristor),BJT,双极型晶体管（Bipolar Transistor),GTO,门极关断晶闸管（Gate Turn-off),P-MOSFET,电力场效应晶体管,IGBT,绝缘栅双极型晶体管,MCT,场控晶闸管,PIC,功率集成电路,二、 三相异步电动机的调速,（1）变频调速方法,频率调节范围：0.5几百赫兹,根据,二、 三相异步电动机的调速,1.变频调速原理及其机械特性,而在电机调速时，通常 要考虑的一个重要因素是希望保持不变。因为如果磁通减弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果磁通增强，又会使铁心饱和，导致励磁电流过大。,若要求电机在不同转速下都达到额定电流,
