汽车用电机知识培训

转子
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.2 直流电机的工作原理
一、直流发电机工作原理 直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。 直流发电机是将机械能转变成电能的旋转机械。 是将机械能转变成电能的旋转机械 右图为 右图为直流发电机的物理模 为定子磁极，abcd是固定 型，N、S为定子磁极，abcd是固定 在可旋转导磁圆柱体上的线圈， 在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线 圈连同导磁圆柱体称为电机的转子 或电枢。线圈的首末端a 或电枢。线圈的首末端a、d连接到 两个相互绝缘并可随线圈一同旋转 的换向片上。 的换向片上。转子线圈与外电路的 连接是通过放置在换向片上固定不 动的电刷进行的。 动的电刷进行的。
电机运转平稳，震动小、噪声小。
b. ZR多时，每槽导体数相应减少，可减小换向元件中的 电抗电势ex和电枢反应电势ea，有利于换向。 c. ZR多时，可取换向片数K=Z ，可减小槽内互感。
R
a. ZR多时，槽内导体数较少，有利于热量散发，可降低转子升
温。
e. ZR多时，槽面积的利用率相对减少，工艺性也较差。 综上所述，槽数ZR宜适当多，但不能太多，对于P =2040W 的电机一般取ZR=12
1.3.1 直流发电机的励磁方式
供给励磁绕组电流的方式称为励磁方式。分为他励和 供给励磁绕组电流的方式称为励磁方式。分为他励和自励 励磁方式 他励 两大类，自励方式又分并励 串励和复励三种方式 并励、 三种方式。 两大类，自励方式又分并励、串励和复励三种方式。 1、他励：直流电机的励磁电流 他励： 由其它直流电源单独供给。 由其它直流电源单独供给。 他励直流发电机的电枢电流 和负载电流相同， 和负载电流相同，即：
+
I = Ia
U
G
−
I = Ia
If
+
Uf
−
2、并励： 并励： 发电机的励磁绕组与电 枢绕组并联。 枢绕组并联。且满足
3、串励： 串励： 励磁绕组与电枢绕组串 联。满足
Ia = I+I f
Ia = I f = I
+
I
U
Ea
−
+
I
U
−
If
If
Ia
Ea Ia
4、复励 并励和串励两种励磁方式的结合。 并励和串励两种励磁方式的结合。电机有两个励磁绕 一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联。 组，一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联。
当电枢旋转到右图所示位置时 原N极性下导体ab转到S极 极性下导体ab转到S ab转到 方向从左向右， 下，受力方向从左向右，原S 极下导体cd转到N极下， cd转到 极下导体cd转到N极下，受力方 向从右向左。 向从右向左。该电磁力形成逆 时针方向的电磁转矩。 时针方向的电磁转矩。线圈在 该电磁力形成的电磁转矩作用 下继续逆时针方向旋转。 下继续逆时针方向旋转。 与直流发电机相同， 与直流发电机相同，实际的 直流电动机的电枢并非单一线 磁极也并非一对。 圈，磁极也并非一对。
4.1.1三相异步电动机的基本结构 一、定子部分 1.定子铁心 由导磁性能很好的硅钢片叠成——导磁部分。 定子铁心： 导磁部分。 1.定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成 导磁部分 定子绕组：放在定子铁心内圆槽内——导电部分。 导电部分。 2、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内 导电部分 机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。 3、机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。 二、转子部分 转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。 1、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。 转子绕组： 鼠笼式转子： 2、转子绕组： 1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根 裸导条，形成一个多相对称短路绕组。 绕线式转子： 裸导条，形成一个多相对称短路绕组。2）绕线式转子：转子绕 组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。 组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。 三、气隙 异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到 异步电动机的气隙是均匀的。 的最小值。 的最小值。
1.2 直流电机的电枢电动势和电磁转矩
1.2.1
直流电机的电枢电动势
产生:电枢旋转时, 产生 电枢旋转时,主磁场在电枢绕组中感应的电动势简称为电
枢电动势。 枢电动势。
大小: 大小:
Ea
pN = Φ n = C eΦ n 60 a
pN 其中C e = 为电机的结构常数 (电动势常数 ) 60 a
1.3 直流发电机
变压器 直流电机
直流发电机 直流电动机 同步电机 交流电机 异步电机 控制电机 异步发电机 同步发电机
电机
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
1.1.1 直流电机的主要结构
定子 主磁极：产生恒定的气隙磁通， 主磁极：产生恒定的气隙磁通，由铁心和励磁绕组构成 换向磁极：改善换向。 换向磁极：改善换向。 电刷装置：与换向片配合, 电刷装置：与换向片配合,完成直流与交流的互换 机座和端盖：起支撑和固定作用。 机座和端盖：起支撑和固定作用。 电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。 电枢铁心：主磁路的一部分，放置电枢绕组。 电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。 电枢绕组：由带绝缘的导线绕制而成，是电路部分。 换向器：与电刷装置配合, 换向器：与电刷装置配合,完成直流与交流的互换 转轴 轴承
当原动机驱动 电机转子逆时针旋 转时同，线圈abcd 转时同，线圈abcd 将感应电动势。 将感应电动势。如 右图，导体ab在N极 右图，导体ab在 ab 点高电位， 下，a点高电位，b 点低电位；导体cd 点低电位；导体cd 极下， 在S极下，c点高电 点低电位； 位，d点低电位；电 极性为正， 刷A极性为正，电刷 极性为负。 B极性为负。
• •
×
•
•
U1
n
×
V1
× × × × •
W2
U2
车用异步电机
车用异步电机的工作原理和 三相异步交流电机的工作原理 相似，由于汽车上没有交流电 只能通过电容来产生相位差促使 电机工作。原理图见右图
1.2.2 直流电机的电磁转矩
产生:电枢绕组中有电枢电流流过时,在磁场内受电磁力的作用, 产生 电枢绕组中有电枢电流流Hale Waihona Puke Baidu时,在磁场内受电磁力的作用,
当原动机驱动电机转子逆时针 如右图。 旋转 180 0 后，如右图 导体ab在 极下， 点低电位， 导体ab在S极下，a点低电位， ab 点高电位；导体cd 极下， cd在 b点高电位；导体cd在N极下，c点 低电位， 点高电位；电刷A 低电位，d点高电位；电刷A极性 仍为正，电刷B极性仍为负。 仍为正，电刷B极性仍为负。 与电刷A接触的导体总是位于N 与电刷A接触的导体总是位于N 极下，与电刷B 极下，与电刷B接触的导体总是位 极下,电刷A的极性总是正的， 于S极下,电刷A的极性总是正的， 电刷B的极性总是负的， 电刷B的极性总是负的，在电刷 两端可获得直流电动势。 A、B两端可获得直流电动势。 实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。 实际直流发电机的电枢是根据实际需要有多个线圈。线圈分 布在电枢铁心表面的不同位置，按照一定的规律连接起来， 布在电枢铁心表面的不同位置，按照一定的规律连接起来，构成 电机的电枢绕组。磁极也是根据需要N 极交替旋转多对。 电机的电枢绕组。磁极也是根据需要N、S极交替旋转多对。
e
（3）气隙б的选择 气隙б值的大小，对电机的噪声、换向性 能和效率等均有影响。 增大б可减少表面损耗和电磁噪声，改善 换向性能，但会增加损耗、降低效率。减 小б可减少损耗，提高效率，但б值太 小，会增加工艺难度、增加表面损耗和电 磁噪声，使换向性能变坏。
二、直流电动机工作原理 直流电动机是将电能转变 直流电动机是将电能转变 成机械能的旋转机械。 成机械能的旋转机械。 把电刷A 把电刷A、B接到直流电源 电刷A接正极，电刷B 上，电刷A接正极，电刷B接负 极。此时电枢线圈中将电流流 过。
在磁场作用下， 在磁场作用下，N极性下导体 ab受力方向从右向左， 受力方向从右向左 ab受力方向从右向左，S 极下导 cd受力方向从左向右 受力方向从左向右。 体cd受力方向从左向右。该电磁 力形成逆时针方向的电磁转矩。 力形成逆时针方向的电磁转矩。 当电磁转矩大于阻转矩时， 当电磁转矩大于阻转矩时，电机 转子逆时针方向旋转。 转子逆时针方向旋转。
n
+
M
T2
−
Ea < U
I f Ea
+ Uf
−
1.4.3 直流电动机的工作特性 他励（并励）直流电动机的工作特性 1、转速特性
I 定义： n 定义：当 U = U N、 f = I fN 时， = f(I a )
Ra UN 由方程式可得 n = − Ia C eΦ C eΦ
4.1三相异步电动机的基本工作原理与结构
车用电机的特点
（1）低电压、大电流。汽车上的电源由发动机启动交流 发电机向蓄电池充电获得，因此车用电机大多数是低压直 流电机，其工作电流都比较大。 （2）工作电压波动大。汽车上使用的电机电器和电子系 统，都由蓄电池供电，在不同时间内，蓄电池的电压幅值 变化的范围较大。因此要求标称电压为12V的电机在电源 压8-16V范围内都能正常工作。 （3）环境条件苛刻，车用电机与一般工业用和家用电器 电机相比，环境条件更苛刻。车用电机应能满足耐热、耐 冲击震动，同时还要满足三防（防潮、防霉、放烟雾）和 防尘要求。
4.1.2 三相异步电动机的基本工作原理 一、转动原理
1、电生磁：三相对称绕组通 三相对称绕组通
往三相对称电流产生圆形旋转 磁场。 磁场。
•
n1
V2
W1
2、磁生电：旋转磁场切割转 旋转磁场切割转
子导体感应电动势和电流。 子导体感应电动势和电流。 转子载流（ 3、电磁力：转子载流（有功 转子载流 分量电流） 分量电流）体在磁场作用下受 电磁力作用，形成电磁转矩， 电磁力作用，形成电磁转矩， 驱动电动机旋转，将电能转化 驱动电动机旋转， 为机械能。 为机械能。
第1章 直流电机
1.4.2 直流电动机的基本方程 规定各物理量的参考方向如图,电动机的基本方程如下： 规定各物理量的参考方向如图 电动机的基本方程如下： 电动机的基本方程如下
E a = C e Φn
U = E a + I a R a + 2 ∆U
b
Ia
≈ E a + I a Ra
+ U − Tem T0
1
（2）极弧系数a的选择 永磁电机的定子通常均采用凸极结构，极弧系数a的选 择要满足下列要求： a 利用率高 b漏磁小 c 电枢反应电势小 d 电磁噪声小 总结：极弧系数a大，极磁面积大，利用率高，但a太大会使 极尖漏磁增加，使电枢反应电势 a曾加，对换向不 利，因此a不能选得太大，一般取a=0.56-0.75之间。
（4）效率高。随着耗电的增加，发动机负 载也增加，从而使汽车耗油量上升，为了 减少油耗，因此要求车用电机应有较高的 效率。
电机的基本原理
电机是利用电磁感应原理工作的机械。 电机是利用电磁感应原理工作的机械。 电磁感应原理工作的机械 电机常用的分类是按功能分，有发电机、电动机、 电机常用的分类是按功能分，有发电机、电动机、变压器和 控制电机四大类； 控制电机四大类； 归纳如下： 归纳如下
该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩。 该力与电枢铁心半径之积称为电磁转矩。
pN Φ Ia = CTΦ Ia 大小: 大小: T e m = 2 πa pN 其中C T = 为电机的转矩常数， 为电机的转矩常数，有 C T = 9.55 C e 2 πa
电机设计
（1）电枢（转子）槽数的选择
a. ZR多时能使绕组在电枢圆周上的分布比较均匀，能使
Tem
−
Φ
Ea > U
二. 转矩平衡方程
发电机轴上有三个转矩： 发电机轴上有三个转矩：原动机输入给的驱动转矩 T1 、电磁转 转矩平衡方程为： 矩 Tem 和机械摩擦及铁损引起的空载转矩 T0。转矩平衡方程为：
T1 = T em + T 0
1.4 直流电动机
1.4.1 直流电机的可逆原理 一台电机既可作为发电机运行， 一台电机既可作为发电机运行，又可作为电 电机既可作为发电机运行 动机运行，这就是直流电机的可逆原理。 动机运行，这就是直流电机的可逆原理。
+
I
Ea
U
If1
−
I
+
U
Ea
−
If 1
If 2
Ia
If 2
Ia
1.3.2 直流发电机的基本方程
如图规定各物理量的参考方向 一.电动势平衡方程
+ U −
Ia
T1
T0
Ea
If
Ea = U + I a Ra + 2 ∆U b ≈ U + I a Ra
从方程式可见，直流发电机满足 方程式可见，
n
+
+ Uf −