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1、汽车电工电子技术,高等职业教育“十二五”规划教材,贾宝会 张文 主编,机械工业出版社,掌握汽车交流发电机结构和工作原理 能够完成汽车交流发电机拆装及检测 了解三相异步电动机结构、工作原理、起动、调速、制动、常用低压控制电器和基本控制电路 掌握直流电动机结构和工作原理 能够完成启动机用直流电动机的拆解及简单检测 了解步进电动机的结构和工作原理 能够理解步进电动机在汽车上怠速控制,本章学习目标,6.1 正弦交流电,1掌握汽车交流发电机结构和工作原理。 2能够拆解和组装汽车交流发电机。 3能够对汽车交流发电机的定子、转子绕组等进行简单检测 。,学习目的,1. 三相同步交流发电机的结构,l-后端盖；2
2、-电刷架；3-电刷；4-电刷弹簧压盖；5-硅二极管；6-散热板；7-转子；8-定子总成；9-前端盖；10-风扇；11-皮带轮 图6-1 国产JF系列硅整流发电机的结构图,6.1.1 汽车交流发电机结构和工作原理,(1)转子,1-滑环；2-转轴；3-爪极；4-磁轭；5-励磁绕组 图6-2 交流发电机的转子结构,（2）定子,（3）前后端盖 （4）电刷组件,a) 外部拆装式 b) 内部拆装式 图6-4 发电机电刷架结构,（5）风扇 （6）皮带带轮,2. 整流器 （1）正极管 （2) 负极管,图6-5 硅二极管的安装示意图,3. 三相同步交流发电机的工作原理,1-定子铁心；2-定子绕组；3-磁极 图6
3、-6 三相同步交流发电机原理,磁极,三相绕组,n,单相绕组,（是转动的，亦称转子）,三相绕组的三相电动势幅值相等, 频率相同, 彼此之间相位相差120。,+,+,+,铁心,绕组,电枢（是固定的，亦称定子）：定子铁心内圆周表面有槽，放入三相电枢绕组。,三相电源是由三相发电机产生的频率相同、幅值相等、相位互差120的三相对称正弦电压。,三相交流电压出现正幅 值（或相应零值）的 顺序称为 相序。在此相序为1-2-3-1称为顺相序。 在电力系统中一般用黄、绿、红区别1、2、3三相。,（2）整流原理和过程,图6-7 汽车交流发电机三相桥式整流电路及电压、电流波形,三相桥式全波整流电路中，3个正二极管的正
4、极引出线分别同3相绕组的首端相连，在某一瞬间，只有与电位最高的一相绕组相连的正二极管导通。同样，3个负二极管的引出线也同三相绕组的首端相连，在同一瞬间，只有与电位最低的一相绕组相连的负二极管导通，同时导通的两个管子总是将发电机的电压加到负载两端，6只二极管轮流导通。,交流发电机刚开始发电时，需由蓄电池供给励磁电流，此时为他励。当发电机电压高于蓄电池电压时，即由发电机自己供给励磁电流，也就是由他励转变为自励。,4. 交流发电机的励磁方式,1. 输出特性,图6-8 交流发电机输出特性,6.1.2 交流发电机的工作特性,2交流发电机自动限制电流的机理,阻抗Z是由绕组的电阻R和感抗,组成。,与转速成正
5、比。高速时，绕组电阻R与,相比可以忽略不计，因此可以认为定子绕组的阻抗Z与转速成正比。,定子绕组具有一定阻抗Z，对通过绕组的电流起阻碍作用。,3空载特性,图6-9 交流发电机的空载特性,从曲线可以看出，随着转速的升高，端电压上升较快，由他励转入自励时，即向蓄电池进行补充充电。,4外特性,图6-10 交流发电机的外特性,电压调节器的配用,从图中可看出发电机转速越高，端电压也越高，输出电流也越大。当保持任一转速时，端电压均随输出电流的增大而下降。由于端电压受转速和负载变化的影响，交流发电机必须配用电压调节器才能保持电压的恒定。,1. 电压调节器的功用与种类,常用的硅整流交流发电机配用的电压调节器有
6、：触点式和电子式电压调节器两种。,2.触点式电压调节器,利用触点的开闭使励磁电路串入或隔除调节电阻来调节励磁电流，从而达到调节发电机输出电压的目的。,6.1.3 电压调节器的工作原理,FT61型调节器的电路基本结构,1-低速触点支架；2-衔铁；3-磁化线圈；4-拉力弹簧；5-磁轭；6-电刷；7-滑环；8-励磁绕组；9-三相电枢绕组；10-点火开关；“”-点火接柱；F-磁场接柱；R1-加速电阻；R2-调节电阻；R3-温度补偿电阻；B-发电机火线接线柱；K1-低速触点；K2-高速触点,电子式电压调节器有晶体管式和集成电路式调节器（IC调节器）。晶体管式调压器利用晶体管的开关作用，控制发电机励磁电路
7、的通断，调节励磁电流，使得发电机电压稳定。集成电路式调节器（IC调节器）可以作为一个标准件安装。 电子调压器没有触点，使用过程中无需保养与维护，体积小，结构简单，目前已逐步取代触点式调节器。,3. 电子式电压调节器,电子式电压调节器有晶体管和集成电路调节器（IC调节器）两种，其外观图如图所示。,1. 工作描述,按照要求对给定的汽车交流发电机进行拆解，掌握汽车交流发电机的基本结构，正确地使用万用表等工具对转子、定子、整流器等主要部件进行检测。,（1）掌握汽车交流发电机的基本结构。 （2）能够熟练地使用万用表等基本检测工具。 （3）能够对汽车交流发电机的主要零部件进行检测。,2. 工作目标,【工作
8、任务】汽车交流发电机的拆解与检测,（1）交流发电机的不解体检测,用万用表的挡测量发电机F与E之间的电阻值和B和E之间的电阻值。如果F与E之间的电阻值超过规定值，可能是电刷与滑环接触不良；若小于规定值，励磁绕组之间可能存在匝间短路或者搭铁故障；若电阻为零，可能是滑环之间有短路故障或者F接线柱存在搭铁故障。,3. 工作过程,(2) 交流发电机的解体检测 1） 检查转子,图 6-13转子绕组断路的检测,图6-14转子绕组搭铁的检测,a) 定子绕组断路的检测 b) 定子绕组搭铁的检测 图6-15 定子绕组检测,2）检查定子,3）二极管检测,4. 工作评价,6.2 三相异步电动机,1了解三相异步电动机的
9、结构和工作原理。 2能够理解三相异步电动机启动、调速和制动过程。 3能够完成三相异步电动机的Y-起动电路连接与分析。,学习目的,6.2.1三相异步电动机的基本结构和工作原理,1.定子,定子是电动机的固定部分，主要由定子铁心、定子绕组和机座等组成，如图6-18所示。,图6-18 定子组成 a) 定子铁心的硅钢片 b) 定子铁心和机座 c) 嵌有三相绕组的定子,2. 转子,转子是电动机的转动部分，由转子铁心、转子绕组和转轴等组成。其外形如图6-19a所示。,图6-19 鼠笼式转子 a) 转子外形 b) 鼠笼绕组,3.三相异步电动机工作原理,（1）旋转磁场的产生 将定子三相绕组联成如图6-20a所示
10、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6-20b所示。,a)三相绕组 b)三相对称交流电 图6-20 通过定子绕组的三相对称电流,旋转磁场,图6-21 三相电流产生的旋转磁场（P=1）,（2）旋转磁场的转速,定子绕组磁场的旋转速度又称同步转速,与三相电流的频率和磁极对数P有关。,表6-1 三相异步电动机旋转磁场的同步转速(50HZ),转差率,通常把旋转磁场的转速与转子转速n的差值称为转差，转差与的比值称为转差率S，通常用百分数表示,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同步转速
11、n0 。如果两者相等,转子与旋转磁场之间就不存在相对运动，因而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，这也正是异步电动机名称的由来。,6.2.2 三相异步电动机铭牌与接线,1. 铭牌上主要的技术参数,（1）型号 不同型号的电动机的机座长度、中心高度、转速等技术参数不相同。 （2）功率 电动机在铭牌规定的运行条件下，正常工作时的输出功率(kW)。 （3）电压 电动机定子绕组的额定线电压(V)。 （4）电流 电动机在额定工作状况下运行时流入定子绕组的线电流(A)。 （5）转速 电动机在额定工作状况下运行时转子每分钟
12、的转速(r/min)。 （6） 接法 接法是指电动机定子三相绕组在额定运行时所采取的连接方式，有星形（Y）接法和三角形（）接法。 （7）绝缘等级 绝缘等级分为A、E、B三级，其对应的极限温度为105、120和130。 （8）工作方式 指电动机的运转状态，分连续、短时和断续三种。,2.三相异步电动机的接线,a) Y接法 b) 接法 图6-22 三相异步电动机的星形联结和三角形联结,6.2.3 三相异步电动机的起动、调速、制动,1. 三相异步电动机的起动,（1）直接启动 所谓直接启动，就是将电动机的定子绕组通过电源开关或接触器直接接入电源，在额定电压下进行启动，也称为全压启动。,三相笼型电动机单向
13、旋转可用开关或接触器控制，图6.23为接触器控制电路。 接触器控制电路图中，Q为开关，FU1、FU2为主电路与控制电路的熔断器，KM为接触器，KR为热继电器，SB1、SB2分别为起动按钮与停止按钮，M为笼型感应电动机。,图6.23 单向旋转,1） Y-D起动法 凡是正常运行时三相定子绕组接成三角形运转的三相笼型感应电动机，都可采用Y-D降压起动。起动时，定子绕组先接成Y联结，接入三相交流电源，起动电流下降到全压起动时的1/3，对于Y系列电动机直接起动时起动电流为额定电流IN的5.57倍。,(2) 降压起动,当转速接近额定转速时，将电动机定子绕组改成D联结，电动机进入正常运行。这种方法简便、经济
14、，可用在操作较频繁的场合，但其起动转矩只有全压起动时的1/3，Y系列电动机起动转矩为额定转矩的1.42.2倍。图6-24为用于13kW以上电动机的起动电路，由三个接触器和一个时间继电器构成。,图6-24 Y-D起动,2） 自耦变压器起动法 图6-25是采用自动控制自耦变压器降压起动的控制电路。是由交流接触器、热继电器、时间继电器、按钮和自耦变压器等元件组成。图中KM1为正常运转接触器，KM2为降压起动接触器，KA为起动中间继电器，KT为降压起动时间继电器。,图6-25 自耦变压器降压起动,2. 三相异步电动机的调速控制,三相异步电动机的调速公式为,其中，S为转差率，n0为理想转速（定子磁场旋转
15、速度），f为转子电流频率，为极对数。,（1）变频调速 异步电动机的同步转速正比于定子电源的频率，若连续地调节定子电源频率，即可实现连续地改变电动机的转速。,图6-26 变频调速装置,交直交变频调速的原理,交直交变频调速就是变频器先将工频交流电整流成直流电，逆变器在微控制器（如DSP）的控制下，将直流电逆变成不同频率的交流电。目前市面上的变频器多是这种原理工作的。,（2）改变极对数的调速 三相异步电动机的同步转速为,由上式可知，改变极对数即可改变电动机的转速。多速电动机启动时最好先接成低速，然后再换接为高速，这样可获得较大的启动转矩。多速电动机虽然体积稍大，价格稍高，只能有级调速。,3.三相异步
16、电动机的制动,（1）反接制动,反接制动就是当运行的电动机断电后，立即将电源的三根导线中的任意两根对调，再接通电动机，使旋转磁场改变旋转方向，产生的与转子惯性旋转方向相反的电磁转矩，对转子起着制动作用。,（2）能耗制动,电动机在断开三相电源的同时，接上直流电源，如图6-27所示，直流电流在定子绕组中产生固定的磁场，而转子由于惯性继续按原方向转动而产生感应电流。,图6-27 能耗制动,【工作任务】三相异步电动机的Y-起动电路实现与分析,1.工作描述,按照图6-24所示的三相异步电动机的Y-起动电路图和元件代号及功能表（参见表6-2），完成电路连接与分析。,2. 工作目标,（1）熟悉三相异步电动机的铭牌数据。 （2）认识闸刀开关、接触器、继电器（本例中使用时间继电器、热继电器）、熔断器等常用低压电器。 （3）理解三相异步电动机接线盒中端子连接图。 （4）使用常用低压电器和提供的导线完成电路的连
