汽车电工电子技术：4 汽车直流电动机的检测
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1. 直接启动
直流电动机刚接入电源启动时，因为电动机转速
等于零，电枢上的反电动势Ea为零，启动电流为
I st
U Ea Ra
U Ra
第二部分 收集与处理信息
1. 直接启动
直接启动的启动转矩为
2. 降压启动
M st KTIst
降压启动有下面两种方法：一是在电枢回 路串电阻；一是降低电枢端电压。较大功率的 直流电动机宜采用降压启动。
第一节 直流电动机的工作原理和特性 一、直流电动机的工作原理
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。
第二部分 收集与处理信息
二、直流电动机的电磁转矩与反电动势
1. 直流电动ຫໍສະໝຸດ Baidu的反电动势
ea Ba Lv
式中：Ba —— 一个主磁极下的平均气隙磁感应强度； L —— 导线的有效长度； v —— 导线切割磁力线的线速度。
第二部分 收集与处理信息
3. 串励电动机
4. 复励电动机 这种电动机的励磁绕组分成两部分，一部分与电枢绕
组并联，称为并励绕组；另一部分与电枢绕组串联，称 为串励绕组 。
第二部分 收集与处理信息
第四节 直流电动机的机械特性 一、他励或并励直流电动机的机械特性
他励直流电动机的机械特性方程式，可由他励直流 电动机的基本方程式导出。
➢ 降低电枢电压启动 降低电枢电压的启动方法需要专用的可调直流电源，
启动时先降低电源电压，启动电流会随之降低。随 着启动过程的进行，转速逐渐升高，反电动势也逐 渐增加，再慢慢提高电源电压，直到达到电源电压 的额定值。
3. 电枢
第二部分 收集与处理信息
3. 电枢
➢ 电枢的作用：产生电磁转矩。 ➢ 电枢的组成：主要由电枢铁芯、电枢绕组和换向器组
成。 ➢ 电枢的结构：电枢铁心由相互绝缘的硅钢片叠装而成，
其圆周上制有安放电枢绕组的线槽，内孔借花键槽压 装在电枢轴上。 4. 换向器及电刷
第二部分 收集与处理信息 第三节 直流电动机的励磁方式
n CT K U N Ra Rf A B
CeK Tem CeK
Tem
由机械特性曲线可以看出：
（1）特性为非线性“软”，负载增大（减小）时，转速自动减小（增
大），保持功率基本不变，牵引性能好。
（2）理想空载转速为无穷大，实际上由于有剩磁磁通存在，一般可达
（5～6），空载运行会出现“飞车”现象。因此，串励电动机是不允许
汽车起动机内部组成结构如图所示：
第一部分 学习任务描述
汽车起动机内部组成结构如图所示，请分析相关电气元 件的结构与检测方法：
（1）能知道起动机的类型与型号。 （2）能分析起动机的工作原理。 （3）能检测起动机的转子总成。 （4）能检测起动机的电刷总成 。 （5）能检测起动机的定子绕组。
第二部分 收集与处理信息
第二部分 收集与处理信息
2. 磁场绕组 磁场绕组由绕在极靴上的线圈构成，磁场绕组固定
到起动机外壳里面，用铸钢制造的极靴和起动机外壳连 接在一起，可增加磁场绕组的磁场强度。
磁场绕组的连接方式有两种：一种是4个绕组串联后 再与电枢绕组串联，另一种是两个绕组先串联后并联， 然后再与电枢绕组串联。
第二部分 收集与处理信息
直流电动机的主磁场由励磁绕组中的励磁电流产生， 根据不同的励磁方式，直流电动机可分为他励电动机、 并励电动机、串励电动机和复励电动机 。
1. 他励电动机 励磁绕组与电枢绕组由不同的直流电源供电，两者不
相连接。
第二部分 收集与处理信息
1. 他励电动机
2. 并励电动机 这种电动机的励磁绕组和电枢绕组相并联。
空载或轻载运行或用皮带传动的。
（3）由于与的平方成正比，因此串励电动机的起动转矩大，过载能力强。
第二部分 收集与处理信息
第五节 直流电动机的启动、制动、反转和调速控制
一、直流电动机的启动控制
直流电动机的启动方法有：直接启动和降压启动两 种。其中降压启动又有两种方法：一是降低电枢的端 电压；二是在电枢回路中串联电阻。
情境四 汽车直流电动机的检测
能力目标： 通过本次项目的完成，你应能够： 1 描述直流电动机的基本结构和工作原理。 2 知道串励直流电动机的机械特性。 3 描述永磁电动机在汽车上的应用。 4 认知汽车起动机的内部组成结构。 5 检测汽车起动机总成。 6 检测汽车刮水电动机总成。
第一部分 学习任务描述
第二部分 收集与处理信息
他励与并励电动机的机械特性基本相同，转速将随转矩 的增加而近似地按线性规律下降，但因电枢电阻Ra很小，转 速下降的程度微小。从空载到满载，转速的降低仅为额定转 速的5％～10％。因此，他励与并励电动机具有硬机械特性。
第二部分 收集与处理信息 二、串励直流电动机的机械特性
n U N Ia Ra Ia R f Ce
第二部分 收集与处理信息
2. 直流电动机的电磁转矩
对于给定的电动机，总的电磁转矩T与平均电磁力Fa成正 比，每极主磁通φ与平均气隙磁感应强度Ba成正比，导线的 有效长度L是一个常数，电枢总电流Ia与一根电枢导体中流 过的电流ia成正比，所以总的电磁转矩用下式表示
T CT Ia
式中，是与电动机结构有关的常数，称为转矩常数。
式中： U —— 加于电枢绕组两端的电压 ； Ra ——电枢电阻，其中包括电枢绕组的电阻和
电枢与换向器的接触电阻； Rf —— 励磁绕组等效电阻 。
2. 直流电动机的电磁转矩
Fa Ba Lia
式中： Ba—— 一个主磁极下的平均气隙磁感应强度 ； L —— 导线的有效长度；
ia —— 导线切割磁力线的线速度。
三、直流电动机转矩自动调节过程
工作负载增大时 工作负载减小时
第二部分 收集与处理信息 第二节 汽车启动机用直流电动机的结构
汽车起动机用直流电动机由磁极、电枢、换向器等组成， 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。
1. 机壳 起动机机壳的一端有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。
电刷间的反电动势与每根导线中的平均反电动势成正 比，线速度与电枢的转速成正比，所以反电动势可用下 式表示：
Ea Cen
式中：Ce ——与电动机结构有关的常数，称为电动势常数
第二部分 收集与处理信息
1. 直流电动机的反电动势
根据基尔霍夫定律，在串励电动机稳定运行时，满足方程
U Ea Ia Ra Ia Rf
直流电动机刚接入电源启动时，因为电动机转速
等于零，电枢上的反电动势Ea为零，启动电流为
I st
U Ea Ra
U Ra
第二部分 收集与处理信息
1. 直接启动
直接启动的启动转矩为
2. 降压启动
M st KTIst
降压启动有下面两种方法：一是在电枢回 路串电阻；一是降低电枢端电压。较大功率的 直流电动机宜采用降压启动。
第一节 直流电动机的工作原理和特性 一、直流电动机的工作原理
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。
第二部分 收集与处理信息
二、直流电动机的电磁转矩与反电动势
1. 直流电动ຫໍສະໝຸດ Baidu的反电动势
ea Ba Lv
式中：Ba —— 一个主磁极下的平均气隙磁感应强度； L —— 导线的有效长度； v —— 导线切割磁力线的线速度。
第二部分 收集与处理信息
3. 串励电动机
4. 复励电动机 这种电动机的励磁绕组分成两部分，一部分与电枢绕
组并联，称为并励绕组；另一部分与电枢绕组串联，称 为串励绕组 。
第二部分 收集与处理信息
第四节 直流电动机的机械特性 一、他励或并励直流电动机的机械特性
他励直流电动机的机械特性方程式，可由他励直流 电动机的基本方程式导出。
➢ 降低电枢电压启动 降低电枢电压的启动方法需要专用的可调直流电源，
启动时先降低电源电压，启动电流会随之降低。随 着启动过程的进行，转速逐渐升高，反电动势也逐 渐增加，再慢慢提高电源电压，直到达到电源电压 的额定值。
3. 电枢
第二部分 收集与处理信息
3. 电枢
➢ 电枢的作用：产生电磁转矩。 ➢ 电枢的组成：主要由电枢铁芯、电枢绕组和换向器组
成。 ➢ 电枢的结构：电枢铁心由相互绝缘的硅钢片叠装而成，
其圆周上制有安放电枢绕组的线槽，内孔借花键槽压 装在电枢轴上。 4. 换向器及电刷
第二部分 收集与处理信息 第三节 直流电动机的励磁方式
n CT K U N Ra Rf A B
CeK Tem CeK
Tem
由机械特性曲线可以看出：
（1）特性为非线性“软”，负载增大（减小）时，转速自动减小（增
大），保持功率基本不变，牵引性能好。
（2）理想空载转速为无穷大，实际上由于有剩磁磁通存在，一般可达
（5～6），空载运行会出现“飞车”现象。因此，串励电动机是不允许
汽车起动机内部组成结构如图所示：
第一部分 学习任务描述
汽车起动机内部组成结构如图所示，请分析相关电气元 件的结构与检测方法：
（1）能知道起动机的类型与型号。 （2）能分析起动机的工作原理。 （3）能检测起动机的转子总成。 （4）能检测起动机的电刷总成 。 （5）能检测起动机的定子绕组。
第二部分 收集与处理信息
第二部分 收集与处理信息
2. 磁场绕组 磁场绕组由绕在极靴上的线圈构成，磁场绕组固定
到起动机外壳里面，用铸钢制造的极靴和起动机外壳连 接在一起，可增加磁场绕组的磁场强度。
磁场绕组的连接方式有两种：一种是4个绕组串联后 再与电枢绕组串联，另一种是两个绕组先串联后并联， 然后再与电枢绕组串联。
第二部分 收集与处理信息
直流电动机的主磁场由励磁绕组中的励磁电流产生， 根据不同的励磁方式，直流电动机可分为他励电动机、 并励电动机、串励电动机和复励电动机 。
1. 他励电动机 励磁绕组与电枢绕组由不同的直流电源供电，两者不
相连接。
第二部分 收集与处理信息
1. 他励电动机
2. 并励电动机 这种电动机的励磁绕组和电枢绕组相并联。
空载或轻载运行或用皮带传动的。
（3）由于与的平方成正比，因此串励电动机的起动转矩大，过载能力强。
第二部分 收集与处理信息
第五节 直流电动机的启动、制动、反转和调速控制
一、直流电动机的启动控制
直流电动机的启动方法有：直接启动和降压启动两 种。其中降压启动又有两种方法：一是降低电枢的端 电压；二是在电枢回路中串联电阻。
情境四 汽车直流电动机的检测
能力目标： 通过本次项目的完成，你应能够： 1 描述直流电动机的基本结构和工作原理。 2 知道串励直流电动机的机械特性。 3 描述永磁电动机在汽车上的应用。 4 认知汽车起动机的内部组成结构。 5 检测汽车起动机总成。 6 检测汽车刮水电动机总成。
第一部分 学习任务描述
第二部分 收集与处理信息
他励与并励电动机的机械特性基本相同，转速将随转矩 的增加而近似地按线性规律下降，但因电枢电阻Ra很小，转 速下降的程度微小。从空载到满载，转速的降低仅为额定转 速的5％～10％。因此，他励与并励电动机具有硬机械特性。
第二部分 收集与处理信息 二、串励直流电动机的机械特性
n U N Ia Ra Ia R f Ce
第二部分 收集与处理信息
2. 直流电动机的电磁转矩
对于给定的电动机，总的电磁转矩T与平均电磁力Fa成正 比，每极主磁通φ与平均气隙磁感应强度Ba成正比，导线的 有效长度L是一个常数，电枢总电流Ia与一根电枢导体中流 过的电流ia成正比，所以总的电磁转矩用下式表示
T CT Ia
式中，是与电动机结构有关的常数，称为转矩常数。
式中： U —— 加于电枢绕组两端的电压 ； Ra ——电枢电阻，其中包括电枢绕组的电阻和
电枢与换向器的接触电阻； Rf —— 励磁绕组等效电阻 。
2. 直流电动机的电磁转矩
Fa Ba Lia
式中： Ba—— 一个主磁极下的平均气隙磁感应强度 ； L —— 导线的有效长度；
ia —— 导线切割磁力线的线速度。
三、直流电动机转矩自动调节过程
工作负载增大时 工作负载减小时
第二部分 收集与处理信息 第二节 汽车启动机用直流电动机的结构
汽车起动机用直流电动机由磁极、电枢、换向器等组成， 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。
1. 机壳 起动机机壳的一端有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。
电刷间的反电动势与每根导线中的平均反电动势成正 比，线速度与电枢的转速成正比，所以反电动势可用下 式表示：
Ea Cen
式中：Ce ——与电动机结构有关的常数，称为电动势常数
第二部分 收集与处理信息
1. 直流电动机的反电动势
根据基尔霍夫定律，在串励电动机稳定运行时，满足方程
U Ea Ia Ra Ia Rf