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1、汽车电工电子技术,作者：倪 勇,责任编辑：樊晓燕 出版日期：2009年9月 IDPN：308-2009-146 课件章数：9,第8章,发电机和电动机,本章要点,1.三相交流发电机的结构、工作原理和工作特性。 2.直流电动机的结构、工作原理和工作特性。,8.1 三相交流发电机,8.1.1 三相交流同步发电机的工作原理 交流发电机就是把通电线圈所产生的磁场在发电机中旋转，使其磁力线切割静止的定子线圈，在线圈内产交变电动势。交流发电机的工作原理如图8-1所示。 若转子不停地旋转，则感应电动势和负载中电流的方向和大小将随时间作周期性变化，于是就产生交变电动势和交变电流。 实际汽车用的交流发电机通常是三
2、相同步交流发电机，即是指转子的转速与旋转磁场的转速相同（同步转速）的三相交流发电机。,图8-2为三相交流发电机发电整流电路示意图。发电机定子中分布有三相绕组，内部有一个转子，转子上安装着磁极和励磁绕组。 当外电路使励磁绕组通电时，便产生磁场。转子旋转时，磁力线和定子绕组之间产生相对运动，根据电磁感应原理可知，定子三相绕组中将产生交变电动势。这就是交流发电机的发电原理。 对三相交流发电机而言，定子绕组的匝数越多，转子转速越高，则绕组输出的感应电动势也越大。,图8-1交流发电机发电原理图,图8-2三相交流发电机发电整流电,2整流原理 定子绕组中所感应出的交流电，要靠硅二极管组成的整流器改变为直流电
3、。 汽车用三相交流发电机的整流器利用全波整流电路将交流电变为直流电，其原理如图8-3所示。,（a）整流电路 （b）三相交流电压及整流输出电压波形 图8-3三相全波整流电路,3新型交流发电机 汽车用交流发电机最常用的是九管的交流发电机，也就是具有九个硅二极管的发电机。如图8-4所示，其中六个硅二极管组成整流器，另外三个二极管提供通过发电机中的励磁绕组的电流，称为励磁二极管。九管交流发电机不仅可以控制充电指示灯指示蓄电池的充电情况，指示充电系统是否发生故障，还可以在停车时，提醒驾驶员断开点火开关。,图8-4 9管交流发电机的原理图,由于二极管有0.6V的门坎电压，所以汽车用交流发电机只有在发电机在
4、较高转速的时候才能自己发电给励磁线圈供电，称为自励过程。当发电机的转速较低时，由蓄电池供给励磁线圈电流，称为他励过程。因此，交流发电机发电，要先经过他励过程，再经过自励过程。工作原理如下： 当点火开关闭合后，首先由蓄电池提供电流。电路为： 蓄电池正极充电指示灯 调节器触点 励磁绕组Rf 搭铁 蓄电池负极。此时，充电指示灯由于有电流通过，所以灯会亮。,但发动机起动后，随着发电机转速提高，发电机的端电压也不断升高，当发电机的输出电压与蓄电池电压相等时，发电机“B”端和“”端的电位相等，此时，充电指示灯由于两端电位差为零而熄灭。指示发电机已经正常工作，励磁电流由发电机自己供给。发电机中三相绕组产生的
5、三相交流电动势经六只二极管整流后，输出直流电，向负载供电，并向蓄电池充电。 当发电机高速运转、充电系统发生故障而导致发电机不发电时，“”端无电压输出，所以充电指示灯由于两端电位差增大而发亮，警告驾驶员及时排除故障。九管交流发电机在停车后，蓄电池向充电指示灯继续提供电流，因此充电指示灯会一直亮着，提醒驾驶员断开点火开关。,8.1.2 三相交流同步发电机的结构,图8-5交流发电机结构图,1 转子,图8-6转子结构图,2定子,图8-7定子结构与三相绕组星形连接图,3端盖 4. 整流器,图8-8硅二极管及安装示意图,8.2 直流电动机,8.2.1 直流电动机结构与工作原理 1直流电动机的工作原理,图8
6、-9 直流电动机模型,直流电动机的基本工作原理是利用通电直导线在磁场中受电磁力的作用，产生电磁转矩使电动机转动。 图8-9表示一台最简单的两极直流电机模型，通电线圈处在磁场中。线圈的首端和末端分别接在两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片，其间相互绝缘固定在转轴上。换向片上放置着一对固定不动的电刷b1和b2，当线圈旋转时通过换向片和电刷与外电路接通。,如图，当电刷b1和b2分别和换向片A、B连接时，电流流向为电刷b1AabcdB电刷b2，电流有效边ab边和cd边将受到电磁力的作用。根据左手定则，该电磁力产生逆时针的电磁转矩，该转矩使通电线圈逆时针旋转。 当线圈转过180o时，线圈cd边在上，ab
7、边在下。由于此时换向片也上下变换位置，换向片A在下B在上，电流的流向为电刷b1BdcbaA电刷b2。根据左手定则，此时的电磁转矩仍使线圈逆时针方向旋转。可见通过换向片的换向作用，电流有效边ab边和cd边的电流适时地改变了方向，从而产生方向不变的电磁转矩，在该转矩作用下，电枢线圈持续旋转，这就是电动机的转动工作原理。,图8-10直流电机结构图,1）定子部分 定子主要由主磁极、励磁线圈、机座、电刷装置和端盖等组成。,图8-11直流电机剖面示意图 图8-12主磁极,2）转子部分 直流电机的转子是电机的转动部分，由电枢铁心、电枢绕组、换向器、电机转轴和轴承等部分构成。,（a）冲片 （b）装配图 图8-
8、13电枢铁心,（a） 换向片 （b） 换向器切面图 图8-14换向器的结构,（a）电枢和励磁线圈 （b）永磁直流电机 如图8-15电刷装置 图8-16直流电机工程表示,8.2.2 直流电动机的电枢电势与电磁转矩,1直流电动机的电磁转矩 当直流电动机接上直流电源时，由于载流导体将在磁场中受到电磁力的作用，从而产生电磁转矩使电枢转子旋转。 2直流电动机的电枢电动势 直流电动机接入直流电源后，产生电磁转矩，使电枢旋转，同时当电枢旋转时，由于电枢绕组又切割磁力线，则其中又产生了感应电动势，其方向按右手定则判断，恰与电枢电流方向相反，故称其为反电动势。,8.2.3直流串励电动机的转矩特性、转速特性,直流
9、电动机的电路部分主要有电枢回路和励磁回路，根据它们的连接方式（亦称为励磁方式）共有四种，分别为并励、串励、复励和他励。 励磁绕组与电枢绕组并联的称并励，串联的称串励。如存在两个励磁线圈，一个与电枢绕组并联，一个与电枢绕组串联称复励。如果励磁绕组采用其它电源供电，两个绕组互不连接的称为他励。 汽车用直流电动机通常采用串励连接方式，图8-17为串励直流电动机的电路图，其励磁绕组和电枢绕组串联接到直流电源。,图8-17串励电动机电路图 图8-18串励电动机的转矩特性,本章小结,1电机是以磁场作为媒介进行机械能和电能相互转换的电磁装置。把机械能转换为电能的装置称为发电机，把电能转换为机械能的装置称电动
10、机。 2通电导线在磁场中将受磁场电磁力作用，这就是电动机转动动力，其受力遵守左手定则；导线在磁场中作切割磁力线时将产生动生电动势，其方向遵守右手定则，这就是发电机“发电”的原因。 3三相交流发电机发电原理：交流同步发电机就是把通电线圈所产生的磁场在发电机中旋转，使其磁力线切割定子线圈，在定子线圈内产生交变电动势，这就是交流电的“发电”原理。 4汽车用三相交流发电机由转子、定子、整流器及前后端盖等几大部分构成。,5. 直流电动机的通电线圈在磁场中受电磁力的作用，由于换向器的电流换向作用，使得电枢线圈持续旋转。 6直流电动机由定子及转子两大部分组成。 7. 直流电动机的输出转矩会随着负载的变化自动进行调节，即具有硬机械特性。 8直流电动机的转矩输出具有硬机械特性。,实验8 电动机检修实验,一、实验目的 二、实验原理 三、实验设备 四、实验内容 五、实验注意事项 六、预习思考题 七、实验报告,END,
