《发电机与电动机》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发电机与电动机（67页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 发电机与电动机,第一节 交流发电机 第二节 三相异步电动机 第三节 直流电动机 第四节 汽车电器中几种典型直流电动机 第五节 步进电动机,4.1 交流发电机,4.1.1 发电机的基本工作原理,1. 电磁感应原理,导线切割磁感线，导线中就会产生电流。影响产生的电流因素：,1）导线和磁场运动的相对速度,2）磁场的强度,3）穿过磁场的导线的数量,2. 发电机基本工作原理,利用电磁感应原理，由提供磁场的转子和由导线组成的定子组成。,1）水平不产生电流,2）090正向增加,3）90 180正向减小,4）180 270反向增加,5）270 360反向减小,4.1.2 汽车交流发电机的基本构造,发电
2、机的位置,1. 组成：,1、转子,2、定子,3、整流器,4、前后端盖,5、带轮及风扇,1）转子,接线柱： “ F”接线柱、 “”接线柱。,作用：建立磁场的。,组成：两块爪极、激磁绕组、轴和滑环等。,常规为6对磁极,转子磁场的磁力线分布,激磁电路,2）定子,特点：在三相绕组中所产生的电动势应是对称电动势，即电动势的大小相等、电位差互差120电角度。,作用：定子又叫电枢，是用来产生交流电动势的。,组成：铁蕊和三相绕组,连接方法：星形连接三角连接,3）整流器,特点：元件板必须与后端盖绝缘，并固定在后端盖上用螺栓引至后端盖外部作为发电机的火线接柱，标记为“B”（“A”、“+”、或“电枢”）。,组成：由
3、六只硅整流二极管组成的三相桥式整流电路,作用：将交流电变成直流电。,结构： 正极管子：元件板上。 负极管子：后端盖上。,4）前后端盖,材质：由铝合金压铸或铸造而成,优点：较少漏磁，轻便、散热性好；,特点：轴承孔内镶有钢套,电刷总成：炭刷架、炭刷、弹簧,搭铁形式：内搭铁与外搭铁,5）带轮及风扇,4.1.3 汽车交流发电机的基本工作原理,1.发电原理,2、整流原理,每60有 两只二 极管工作,3、激磁方法,先他激、后自激。 激磁电路,4.2 三相异步电动机,4.2.1 三向异步电动机的结构,1. 类型,交流电动机,鼠笼式绕线式,异步机同步机,异步转速,2. 线圈比磁场转得慢,2. 结构,组成：定子
4、+转子,三相定子绕组：产生旋转磁场。,转子：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。,4.2.2 三向异步电动机的工作原理,磁极旋转 导条切割磁感线 电流,转子转动 电磁力,旋转磁场的转速大小,极对数（P）的概念,极对数（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,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,转差率 的概念：,异步电机在额定负载运行时:,转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：,异步电动机的重要物理量之一,根据转矩公式,4.2.3 三向异步电动机的转矩和机械特性,转矩特性：电磁转矩与转差率之
5、间的关系,机械特性：电磁转矩与转速之间的关系,电动机的自适应负载能力,电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整， 这种能力称为自适应负载能力。,直至新的平衡。此过程中， 时， 电源提供的功率自动 增加。,三个重要转矩,n0,T,n,（牛顿米）,如果 电机将会 因带不动负载而停转。,n0,T,n,求解,过载系数：,三相异步机,n0,T,n,第二节 直流电动机,学习目标 1了解直流电动机的基本工作原理 2掌握汽车起动机用直流电动机的结构 3了解汽车常用直流电动机学习要求 应知：直流电动机的基本工作原理；起动机用直流电动机的结构； 汽车常用直流永磁电动机应用场合。 应会：起动机用直流电动机的结构拆
6、解,一、直流电动机的基本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。如图4-14所示为 直流电动机工作原理示意图。,直流电动机的原理如图4-14所示，在磁场中放置一个线圈，线 圈的两点分别与两片换向片连接，两只电刷分别与两片换向片接 触，并与蓄电池的正极或负极接通。电流方向为：蓄电池正极励 磁绕组正电刷换向片电枢绕组负电刷蓄电池负极。按照 电枢绕组中的电流方向，由左手定则可以确定电枢左边受向上的作 用力，右边受向下的作用力，整个电枢线圈受到顺时针方向的转矩 作用而转动。当电枢转过半周后，换向片与正负电刷接触位置正好 换位，电枢绕组
7、因受转矩作用仍按顺时针方向转动。这样在电源连 续对电动机供电时，其线圈就不停地按同一方向转动。实际电动机的电枢采用多匝线圈，换向片的数量也随绕组匝数 的增多而增多。电动机的电磁转矩M取决于磁通，电枢电流Ia。的乘积，可用 下式表示：M=CmIa 式中，Cm是电机结构常数。,二、直流电动机转矩自动调节过程当电动机接入直流电源时，载流导体产生电磁转矩使电枢旋 转。而电枢旋转时，线圈又会切割磁感线产生感应电动势，其方向 可用右手定则来判断。因其电动势的方向恰与电枢线圈电流方向相 反，故称反电动势ER。其大小与电机结构常数Cm，电枢转速n及磁极 磁通成正比，即ER=Cmn 因为反电动势方向与电源电压方
8、向相反，因而在电动机工作时，其 电压平衡方程式是U= ER+IaRa 式中，U为电源电压，Ra是电枢电路的电阻，由此可得电枢电流为Ia =(U-ER)/Ra 可见，当电源电压U和电枢电阻Ra一定时，电枢电流将随反电动 势的变化而做相反的变化，促使电磁转矩也发生变化。,三、汽车起动机用直流电动机的基本构造汽车起动机用直流电动机由磁极、电枢、换向器等组成，如图 4-15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。,一、串励式直流电动机的构造,串励式直流电动机由电枢、磁极、外壳、电刷和电刷架等组成。,视频：起动机的构造,直流电动机-构造实物,电刷及 电刷架,磁极,电枢,换向器,
9、1.电枢总成,组成:由电枢绕组及电枢铁心、电枢轴及换向器等； 传动机构与电枢轴采用花键配合； 电枢轴采用三点支撑； 电枢轴尾部有限位圈； 铁心：用硅钢片叠成； 绕组：采用很粗的扁铜线绕制，用绝缘纸绝缘，紧固。,一、串励式直流电动机的构造,1.电枢总成,电枢及其内部连接 电枢绕组通常用波绕法，两端焊在换向片上，与每一绕组两端相连接的换向器片 相隔90，这种 绕法电阻较低， 有利于提高转矩。,换向器 由铜片和云母片相间叠压而成。铜片与铜片、铜片与电枢轴间均绝缘，铜片接电枢绕组，用夹固加焊方式连接。 换向器通过电刷来连接磁场绕组与电枢绕组。,1.电枢总成,换向器的作用：将电源提供的直流电转化成电枢绕
10、组所需要的交流电，以保证电枢绕组所产生的转矩方向不变。,电枢轴及铁心:电枢轴由优质钢材车制而成。在电枢轴的一端压装电枢铁心和换向器，铁心由硅钢片叠制成圆柱体；另一端则制成螺旋花键。,1.电枢总成,（1）组成1）铁心：低碳钢制成。2）绕组：由矩形铜条绕制。一端接外壳上的接线柱，另端接二只非搭铁的电刷。3）磁极数目： 一般为4个，同性相对安装。 （2）作用：产生磁场。,磁场与磁路,2.磁极,磁极绕组与电枢绕组的连接方式有并励式、串励式和复励式三种。常见的汽车用起动机均用串励式。,2.磁极,3.电刷与电刷架 （1）电刷 由铜粉（8090）和石墨粉（1020）压制而成。,（2）电刷架 一般为四个，为金
11、属框式，两个正电刷与端盖绝缘，两个负电刷直接接铁。电刷架上装有弹力较大的盘形弹簧。,4.轴承与机壳 （1）轴承采用青铜石墨轴承或铁基含油轴承，可承受冲击性载荷。减速式起动机电枢转速高，故用滚柱轴承或滚珠轴承。 （2）机壳为基础件，并起导磁作用。一端有四个检查窗口，中部有一接线柱，其在机壳内与励磁绕组的一端相接。,5.端盖分前后两个端盖。前端盖用钢板压制，内装电刷架。后端盖用灰铸铁铸成，内装电机传动机构，设拨叉座及驱动齿轮行程调整螺钉。每个端盖的中间均装有青铜石墨轴承或铁基含油轴承；后端盖与机壳之间装中间轴承板对轴起中间支承作用。整机由两个长螺栓通过前后端盖夹紧机壳固定。,1机壳起动机机壳的一端
12、有4个检查窗口，中部只有一个电流输入接线 柱，并在内部与励磁绕组的一端相连。端盖分前、后两个，前端盖 由钢板压制而成，后端盖由灰铸铁浇制而成，呈缺口杯状。它们的 中心均压装着青铜石墨轴承套或铁基含油轴承套，外围有2个或4个 组装螺孔。电刷装在前端盖内，后端盖上有拨又座，盖口有凸缘和 安装螺孔，还有拧紧中间轴承板的螺钉孔。 2励磁绕组励磁绕组是由绕在极靴上的线圈构成的电磁铁(图4-16)。励磁 绕组固定到起动机外壳里面(图4-17)。用铸钢制造的极靴和起动机 外壳连接在一起，可增加励磁绕组的磁场强度(图4-18)。,当电流流过励磁绕 组时，便建立强大的、 静止的电磁场，磁场根 据绕组围绕在极靴的
13、方 向，分为S极和N极。励 磁绕组的极性对调，便 产生相反的磁场。励磁绕组与电枢绕 组的接法有两种：串联 和既有串联也有并联的 复式接法(如图4-19所 示)，复式接法可以在绕 组铜条截面尺寸相同的 情况下增大起动电流， 从而增大转矩。,大多数起动机采用4个励磁绕组。功率大于7.35 kw的起动机有 采用6个励磁绕组的。,3电枢电枢由若干薄的、外圆带槽的硅钢片叠成的铁心和电枢绕组组 成。铁心的叠片结构可以减小涡流电流。电枢绕组安装在叠片外径 边缘的槽内，绕组线匝分别接到换向器铜片，电枢安装在电枢轴 上。图4-20所示为电枢总成。,电枢绕组有两种绕法：叠绕法和波绕法。叠绕法，绕组的两端 线头分别
14、接相邻的两个换向器铜片(如图4-21所示)。此种绕法，在 一对正负电刷之间的导线电流方向一致。波绕法，绕组一端线头接 的换向器铜片与另一端线头接的换向器铜片相隔900或1800（如图4- 22所示）。此种绕法，电枢转到某一位置时，因为某些绕组两端线 头接到同极性电刷上，会造成一些绕组没有电流。由于波绕法的绕 组电阻较低，所以常用。,4换向器及电刷换向器由许多换向片组成，换向片的内侧制成燕尾形，嵌装在 轴套上，其外圆车成圆形。换向片与换向片之间均用云母绝缘。电 刷架一般为框式结构，其中正极刷架与端盖绝缘安装，负极刷架直 接搭铁。刷架上装有弹性较好的盘形弹簧。电刷由铜粉与石墨粉压 制而成，呈棕红色
15、，装在端盖上的电刷架中，通过电刷弹簧保持与 换向片之间具有适当的压力。电刷与刷架的组合如图4-23所示。,四、汽车电器中几种典型直流电动机直流电动机除了转子、定子双线圈结构外，还有由永磁铁构成 定子的永磁直流电动机，简称为永磁电动机。如图4-24所示为刮水 器永磁电动机的结构示意简图。永磁电动机在汽车上得到了广泛的 应用。,1刮水电动机刮水器可以清除挡风玻璃上的雨水、雪或灰尘。目前汽车上广 泛采用电动刮水器，电动刮水器的主要动力部件就是刮水电动机， 刮水电动机大多是永磁式电动机。图4-25所示为美国福特公司采用 的永磁式刮水电动机。,刮水电动机为了满足刮水器的要求，要实现高、低速挡位工 作。采
16、用三刷式电动机。其工作原理如图4-26所示。直流电动机工作时，在电枢内的所有线圈中同时产生反向电动 势，每个小线圈都产生相等的反向电动势ER=cn，电动势的方向如 图中所示。,当开关S拨到低速挡L时，在两个电刷B1、B3之间有两条并联支 路，各有3个线圈，电动势方向如图所示，根据电动机的电压平衡式U=ISR+ER=ISR+3cnn=(U-ISR)/3c当开关S拨到高速挡H时，在两个电刷B2、B3之间也有两条并联 支路，一个支路有2个线圈串联，另一支路有4个线圈串联，但其中 一个线圈的电动势与另外3个线圈的电动势方向相反，故在电动机电 枢绕组上的得到总的反向电动势为2cn，根据电动机的电压平衡式U=ISR+ER=ISR+3cnn=(U-ISR)/2c由上式可知，由于反向电动势的减小，使电枢的转速上升，重 新达到电压平衡。这样永磁刮水电动机就得到了高、低不同的转 速，使得刮水器具有高、低两种工作挡位。操作：按照图4-26所示，将开关S分别与H、L连接，观察刮水电 动机的转速变化，并分析工作过程。,
