學(xué)習(xí)任務(wù)7電動機(jī)

1、任務(wù)目標(biāo)1 熟悉三相異步交流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理；2 掌握三相異步交流電動機(jī)在汽車上的應(yīng)用；3 熟悉直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理；4 掌握交流電動機(jī)和直流電動機(jī)的區(qū)別和聯(lián)系；5 熟悉汽車直流電動機(jī)的典型應(yīng)用和工作原理；6 熟悉步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理；7 掌握步進(jìn)電動機(jī)的在汽車上的典型應(yīng)用和工作原理。任務(wù)描述電動機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理工作的機(jī)械，按照用電性質(zhì)可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)兩大類，在掌握三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)、組成和工作原理后，學(xué)習(xí)三相交流電動機(jī)控制中的常用低壓電器，并能分析直接啟動控制、正反轉(zhuǎn)控制、行程控制等；在交流電動機(jī)的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)和原理，了解汽車哪些系統(tǒng)中用到直流電

2、動機(jī)，并能對汽車起動機(jī)、汽車雨刮電動機(jī)、 汽車電動車窗、汽車電動座椅等系統(tǒng)中所使用到的直流電動機(jī)進(jìn)行工作原理和控制方式分析，在項(xiàng)目四中學(xué)習(xí)了步進(jìn)電動機(jī)的工作原理，并分析步進(jìn)電動機(jī)在汽車進(jìn)氣控制中的原理。制定計(jì)劃制定計(jì)劃序號序號計(jì)劃內(nèi)容計(jì)劃內(nèi)容參考用參考用時(shí)時(shí)備注備注7.1項(xiàng)目7.1 三相異步交流電動機(jī)47.2項(xiàng)目7.2 直流電動機(jī)37.3項(xiàng)目7.3 汽車典型的直流電動機(jī)37.4項(xiàng)目7.4 步進(jìn)電動機(jī)2項(xiàng)目項(xiàng)目7.3 汽車典型的直流電動機(jī)汽車典型的直流電動機(jī)【問題導(dǎo)入【問題導(dǎo)入】三相異步交流電動機(jī)基本作用是什么？基本組成是什么？轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的原理是什么？ 【知識分析【知識分析】電動機(jī)是利用電磁感應(yīng)原

3、理工作的機(jī)械，用于生產(chǎn)、傳輸、分配及應(yīng)用電能。電動機(jī)的分類方法主要有兩種。一種是按照功能用途分類，可分為發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、變壓器和控制電動機(jī)4大類。發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，包括直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)；電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置，作為拖動各種生產(chǎn)機(jī)械的動力裝置，電動機(jī)是最主要的用電設(shè)備，包括直流電動機(jī)和交流電動機(jī)；變壓器是將一種電壓等級的交流電能轉(zhuǎn)換為同頻率另一種電壓等級交流電能的裝置；控制電動機(jī)主要用于信號的變換與傳遞，在自動控制系統(tǒng)中作為檢測、執(zhí)行元件的特種電動機(jī)，它包括交、直流伺服電動機(jī)，步進(jìn)電動機(jī)，交、直流測速發(fā)電機(jī)等。圖圖 7.1 7.1 三相電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖三相電動機(jī)

4、的結(jié)構(gòu)示意圖圖圖 7.2 7.2 三相異步電動機(jī)工作原理三相異步電動機(jī)工作原理(1) 演示實(shí)驗(yàn)(2) 現(xiàn)象解釋(3) 結(jié)論圖圖 7.3 7.3 三相異步電動機(jī)定三相異步電動機(jī)定子接線子接線AiAiBiCXBYCZtiiAiBiCO1 2 0 2 4 0 3 6 0 (a) t = 0 (b) t = 120 (c) t = 240AAAXXXBBBYYYCCCZZZ3. 三相異步電動機(jī)的極數(shù)與轉(zhuǎn)速三相異步電動機(jī)的極數(shù)與轉(zhuǎn)速（1） 極數(shù)（磁極對數(shù)極數(shù)（磁極對數(shù)p）（2） 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n（3） 轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率s例：有一臺三相異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速例：有一臺三相異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速 n=975r/min

5、，電源頻率電源頻率f=50Hz，求電動機(jī)的極數(shù)和額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率，求電動機(jī)的極數(shù)和額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率S。解：由于電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速接近而略小于同步轉(zhuǎn)速，而解：由于電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速接近而略小于同步轉(zhuǎn)速，而同步轉(zhuǎn)速對應(yīng)于不同的極對數(shù)有一系列固定的數(shù)值。顯然同步轉(zhuǎn)速對應(yīng)于不同的極對數(shù)有一系列固定的數(shù)值。顯然，與，與975r/min最相近的同步轉(zhuǎn)速最相近的同步轉(zhuǎn)速n0=1000r/min，與此相應(yīng)，與此相應(yīng)的磁極對數(shù)的磁極對數(shù)p=3。因此，額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率為：。因此，額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率為： 001000975100%100%2.5%1000nnsn7.1.4 三相異步電機(jī)的機(jī)械特性三相異步電機(jī)的機(jī)械

6、特性1.電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩2. 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性7.1.5 三相異步交流電動機(jī)的控制三相異步交流電動機(jī)的控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械均采用電動機(jī)作為動力源，三相異步電動機(jī)作為應(yīng)用最廣的一種電動機(jī)，需要對其運(yùn)行進(jìn)行自動控制。電動機(jī)或其他電氣設(shè)備電路的接通或斷開，目前普遍采用繼電器、接觸器、按鈕及開關(guān)等控制電器來組成控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)一般稱為繼電接觸器控制系統(tǒng)。圖圖7-8 7-8 刀開關(guān)的電刀開關(guān)的電路符號路符號QS圖圖 7.9 7.9 按鈕的結(jié)構(gòu)和符號按鈕的結(jié)構(gòu)和符號圖圖7.10 7.10 熔斷器的電路符號熔斷器的電路符號圖圖7.11 7.11 接觸器

7、工作原理圖接觸器工作原理圖圖圖7.12 7.12 接觸器電路符號接觸器電路符號(a)接觸器線圈(b) 主觸頭用于主電路(c) 輔助觸頭用于控制電路圖圖 7.14 7.14 行程開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號行程開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號(a) 電路符號STST(c) 電路符號(b) 行程開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖(a) 接線示意圖 (b) 電氣原理圖M3SBSFUKMM3SFUKMKMSB圖圖7-15 7-15 點(diǎn)動控制點(diǎn)動控制2. 三相異步電動機(jī)的控制三相異步電動機(jī)的控制（1） 直接啟動控制電路直接啟動控制電路直接啟動即啟動時(shí)把電動機(jī)直接接入電網(wǎng)，加上額定電壓，一般來說，電動機(jī)的容量不大于直接供電變壓器容量的2

8、030時(shí)，都可以直接啟動。1) 點(diǎn)動控制點(diǎn)動控制圖圖7.16 7.16 直接起動控制直接起動控制M3SF UKMKMSB2SB1KMF RF R2) 直接起動控制直接起動控制（2） 正反轉(zhuǎn)控制正反轉(zhuǎn)控制1) 簡單的正反轉(zhuǎn)控制圖圖7-17 7-17 點(diǎn)動控制點(diǎn)動控制M3SFUKM1SB3SB1KM2SB2KM1KM1KM2KM2FRFR【問題解決【問題解決】1. 三相異步電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械。2. 三相異步電動機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子在空間靜止不動，主要由定子鐵芯、定子繞組、機(jī)座、端蓋等部分組成。定子鐵芯為了減小鐵芯損耗，它是由厚度為0.5mm、片間用絕緣漆絕緣的硅鋼片疊裝壓

9、緊而成的。定子繞組由在空間相差120電角度、對稱排列的結(jié)構(gòu)完全相同的三相繞組組成。定子繞組可連接為Y或接法。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組組成。轉(zhuǎn)子鐵芯也是由0.5mm厚的硅鋼片沖壓而成的。轉(zhuǎn)子繞組有兩種結(jié)構(gòu)形式：籠型轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子。【問題解決【問題解決】3. 三相異步電動機(jī)的工作原理是定子繞組通入三相電源之后，在電動機(jī)定子中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并在閉合的轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流。產(chǎn)生感應(yīng)電流的轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場中受到作用力，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，帶動轉(zhuǎn)子克服阻力旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向取決于旋轉(zhuǎn)磁場的方向，改變電源的相序就能改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向。項(xiàng)目項(xiàng)目7.2 直流電動機(jī)直流電動

10、機(jī)【問題導(dǎo)入【問題導(dǎo)入】直流電動機(jī)組成是什么？工作原理是什么？汽車上哪些系統(tǒng)用到直流電動機(jī)？7.2.1 直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理1. 直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電動機(jī)可作為電動機(jī)運(yùn)行，也可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。不管是電動機(jī)還是發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)基本相同，即包含旋轉(zhuǎn)部分和靜止部分。可旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子，靜止部分稱為定子，圖圖7.22 7.22 小型直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)小型直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)圖圖7.23 7.23 小型直流電動機(jī)的剖面圖小型直流電動機(jī)的剖面圖(a) 電樞沖片 (b)電樞鐵芯裝配圖圖圖7.27 7.27 電樞沖片和電樞鐵芯裝配圖電樞沖片和電樞鐵芯裝配圖(a) 換向片

11、 (b)換向器圖圖7.28 7.28 換向器結(jié)構(gòu)換向器結(jié)構(gòu) 電動機(jī)的產(chǎn)品型號表示電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和使用特點(diǎn)，國產(chǎn)電動機(jī)的型號一般采用大寫的漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字表示，其格式為：第一部分字符用大寫的漢語拼音表示產(chǎn)品代號；第二部分字符用阿拉伯?dāng)?shù)字表示設(shè)計(jì)序號；第三部分字符是機(jī)座代號，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示；第四部分字符表示電樞鐵芯長度代號，用阿拉伯?dāng)?shù)字表示?，F(xiàn)以Z262為例說明如下。Z 26 2電樞鐵芯長度代號機(jī)座代號一般用途直流電動機(jī)設(shè)計(jì)序號2. 直流電動機(jī)的工作原理直流電動機(jī)的工作原理（1） 電磁感應(yīng)與右手定則電磁感應(yīng)與右手定則圖圖7.29 7.29 電磁感應(yīng)與右手定則電磁感應(yīng)與右手定則圖圖7.30

12、7.30 交流發(fā)電機(jī)原理模型交流發(fā)電機(jī)原理模型7.2.2 直流電動機(jī)的勵(lì)磁方式直流電動機(jī)的勵(lì)磁方式 直流電動機(jī)的性能與它的勵(lì)磁方式有密切的關(guān)系。按勵(lì)磁電流供給方式的不同，直流電動機(jī)可分為他勵(lì)和自勵(lì)兩大類，其中自勵(lì)直流電動機(jī)又分為并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)3種。3. 串勵(lì)直流電動機(jī)串勵(lì)直流電動機(jī)串勵(lì)直流電動機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組串聯(lián)后，由一個(gè)電源供，圖圖7.37 7.37 串勵(lì)直流電動機(jī)的等效電路圖串勵(lì)直流電動機(jī)的等效電路圖4. 復(fù)勵(lì)直流電動機(jī)復(fù)勵(lì)直流電動機(jī)復(fù)勵(lì)直流電動機(jī)的主磁極上裝有兩個(gè)勵(lì)磁繞組。一個(gè)勵(lì)磁與電樞電路并聯(lián)，稱為并勵(lì)繞組；另一個(gè)勵(lì)磁繞組與電動機(jī)電樞串聯(lián)，稱為串勵(lì)繞組；兩繞組共同由一個(gè)直流電源

13、供電。圖圖7.39 7.39 復(fù)勵(lì)直流電動機(jī)的等效復(fù)勵(lì)直流電動機(jī)的等效電路圖電路圖UIIf1RaEaIaRf2Rf17.2.3 無刷直流電動機(jī)無刷直流電動機(jī) 無刷直流電動機(jī)按照其工作特性，基本上可以分為兩大類。1. 具有直流電動機(jī)特性的無刷直流電動機(jī) 2. 具有交流電動機(jī)特性的無刷直流電動機(jī)項(xiàng)目項(xiàng)目7.3 汽車典型的直流電動機(jī)汽車典型的直流電動機(jī)【問題導(dǎo)入【問題導(dǎo)入】汽車起動機(jī)的作用是什么？它有哪些部分組成？各個(gè)部分的作用是什么？7.3.1 汽車起動機(jī)汽車起動機(jī) 圖圖7.41 7.41 直流電動機(jī)的組成直流電動機(jī)的組成1-端蓋；2-電刷和刷架；3-磁場繞組；4-磁極鐵心；5-機(jī)殼；6-電樞；7

14、-后端蓋圖圖7.43 7.43 磁場繞組與機(jī)殼的組裝磁場繞組與機(jī)殼的組裝1、4、5、6-磁場繞組；2-外殼；3-電樞圖圖7.44 7.44 磁場繞組與機(jī)殼的組裝磁場繞組與機(jī)殼的組裝1-電樞繞組；2-極靴；3-電樞；4-氣隙(a)四個(gè)繞組相互串聯(lián) (b)兩個(gè)繞組并聯(lián)后再串聯(lián)圖圖7.45 7.45 電動機(jī)內(nèi)部電路圖電動機(jī)內(nèi)部電路圖1-絕緣接線柱；2-勵(lì)磁繞組；3-非搭鐵電刷；4-搭鐵電刷；5-換向器1. 電動刮水器的結(jié)構(gòu)電動刮水器的結(jié)構(gòu)圖圖7.48 7.48 電動刮水器的組成電動刮水器的組成圖圖7.49 7.49 繞線式直流電控刮水電動機(jī)的工作原理繞線式直流電控刮水電動機(jī)的工作原理(1) 改變磁通

15、變速改變磁通變速采用改變電機(jī)磁極磁通變速的方法，只適用于線式直流電動機(jī)。繞線式直流電控刮水電動機(jī)的工作原理如圖7.49所示。圖圖7.50 7.50 永磁式刮水電動機(jī)的變速原理永磁式刮水電動機(jī)的變速原理a）低速旋轉(zhuǎn) b）高速旋轉(zhuǎn) c）電刷的布置(2) 改變電刷間導(dǎo)體數(shù)變速改變電刷間導(dǎo)體數(shù)變速 改變電刷間導(dǎo)體數(shù)變速的方法只能通過永磁電動機(jī)來實(shí)現(xiàn)，如圖7.50所示，圖圖7.52 7.52 電動車窗的控制開關(guān)電動車窗的控制開關(guān)a)結(jié)構(gòu)圖 b) 手動控制c)自動控制圖圖7.53 7.53 電動車窗控制電路電動車窗控制電路圖圖7.54 電動座椅的結(jié)構(gòu)電動座椅的結(jié)構(gòu)圖圖7.55 7.55 電動座椅的控制電路

16、電動座椅的控制電路項(xiàng)目項(xiàng)目7.4 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)【問題導(dǎo)入【問題導(dǎo)入】什么是步進(jìn)電動機(jī)？在汽車上有應(yīng)用嗎？ 圖圖7.56 7.56 反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖示意圖7.4.1 步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作原理 1. 單三拍單三拍 (a) (b) (c) 圖圖7.57 7.57 單三拍通電方式時(shí)轉(zhuǎn)子的位置單三拍通電方式時(shí)轉(zhuǎn)子的位置2. 六拍六拍圖圖7.58 7.58 六拍通電方式時(shí)轉(zhuǎn)子的位置六拍通電方式時(shí)轉(zhuǎn)子的位置7.4.2 步進(jìn)電機(jī)在汽車上的應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)在汽車上的應(yīng)用當(dāng)發(fā)動機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于空調(diào)壓縮機(jī)、動力轉(zhuǎn)向助力泵、發(fā)電機(jī)等負(fù)載的變化會引起怠速發(fā)生波動，因此

17、要對發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速進(jìn)調(diào)整。怠速控制閥ISCV的作用就是通過調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)怠速時(shí)的進(jìn)氣量來調(diào)節(jié)怠速轉(zhuǎn)速。(a)節(jié)氣門直動式 (b) 旁通空氣式圖圖7.60 7.60 怠速空氣量的控制方式怠速空氣量的控制方式1-節(jié)氣門；2-節(jié)氣門操縱臂；3-怠速控制閥(a) (d) (e)圖圖7.61 7.61 永磁轉(zhuǎn)子式步進(jìn)電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與步進(jìn)原理永磁轉(zhuǎn)子式步進(jìn)電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與步進(jìn)原理【任務(wù)工單【任務(wù)工單】【拓展與提升】【拓展與提升】1. 永磁轉(zhuǎn)子步進(jìn)電動機(jī)式怠速控制閥永磁轉(zhuǎn)子步進(jìn)電動機(jī)式怠速控制閥ISCV的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖圖7.63 7.63 永磁轉(zhuǎn)子式步進(jìn)電動機(jī)式永磁轉(zhuǎn)子式步進(jìn)電動機(jī)式ISCVISCV的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)1-閥芯；2-前軸承；3-后軸承；4-密封圈；5-絲桿機(jī)構(gòu)；6-線束插座；7-定子；8-