汽車交流發(fā)電機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)課題

1、目錄： 3.1 磁路的基本物理量 3.2 磁性材料的磁性質(zhì) 3.3 磁路基本定律 3.4 鐵心線圈電路 3.5 變壓器 3.6 電磁鐵與繼電器 3.7 汽車交流發(fā)電機(jī) 3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)第3章 磁路與電機(jī)應(yīng)知： 磁路、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通、磁導(dǎo)率和磁場(chǎng)強(qiáng)度概念。 鐵磁性材料的性質(zhì)。 鐵心線圈電路的分析方法及其規(guī)律，鐵心線圈的結(jié)構(gòu) 和物理意義，交流交流鐵心線圈的功率損耗問題。 變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理。 電磁鐵和繼電器的結(jié)構(gòu)、工作原理。 交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理及工作特性。 串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、機(jī)械特性，直流電機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)的原理，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理。 第3章 磁路與電機(jī)

2、應(yīng)會(huì)： 安培環(huán)路定律、磁路歐姆定律，電磁感應(yīng)定律及其應(yīng)用，霍爾元件的應(yīng)用。 電壓變換、電流變換和阻抗變換的計(jì)算，變壓器在汽車電路中的應(yīng)用。 電磁鐵和繼電器在汽車電路中的應(yīng)用。第3章 磁路與電機(jī)3.1.1 磁感應(yīng)強(qiáng)度3.1 磁路的基本物理量 汽車上有變壓器、交流發(fā)電機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)、電磁鐵、繼電器等含有感性元件的電器設(shè)備。這些設(shè)備中存在電感線圈，當(dāng)電感線圈通電后在電路中就產(chǎn)生了磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁感線在鐵心的限定范圍內(nèi)形成了閉合的路徑，即形成了磁路。 (a)變壓器磁路 (b)直流電動(dòng)機(jī)磁路 (c)磁電式儀表磁路 (d)繼電器磁路3.7.1 汽車交流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)3.7 汽車交流發(fā)電機(jī) 汽車用電均為直流電，當(dāng)

3、汽車電源系統(tǒng)的交流發(fā)電機(jī)工作時(shí)，發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的是正弦交流電，經(jīng)過整流裝置、電壓調(diào)節(jié)器等設(shè)備或器件將正弦交流電轉(zhuǎn)變成直流電。 三相同步交流發(fā)電機(jī)由風(fēng)扇、V形帶輪、轉(zhuǎn)子總成、定子總成、端蓋、電刷與刷架等部件組成。1-端蓋 2-電刷架 3-電刷 4-元件板 5-定子總成 6-轉(zhuǎn)子總成 7-前端蓋 8-風(fēng)扇 9-皮帶輪3.7.1 汽車交流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)3.7 汽車交流發(fā)電機(jī)1. 風(fēng)扇與V形帶輪 常見的風(fēng)扇一般由鋼板沖制卷角而成，用半圓鍵安裝在前端蓋外側(cè)的轉(zhuǎn)軸上。它將機(jī)內(nèi)的空氣通過前端蓋上的通風(fēng)孔吸出來，使空氣高速流經(jīng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部對(duì)發(fā)電機(jī)制轉(zhuǎn)子線圈和定子線圈進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。 V形帶輪通過V形帶將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩傳給

4、轉(zhuǎn)子。帶輪通常用鑄鐵鑄造，有單槽和雙槽兩種，用半圓鍵裝在轉(zhuǎn)子軸上，再用彈簧墊圈和螺母緊固。 3.7.1 汽車交流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)3.7 汽車交流發(fā)電機(jī)2. 轉(zhuǎn)子總成 轉(zhuǎn)子總成是交流發(fā)電機(jī)的磁極部分，用來產(chǎn)生磁場(chǎng)。它由轉(zhuǎn)子軸、兩塊爪形磁極、勵(lì)磁繞組、集電環(huán)等組成。 1-集電環(huán) 2-引線 3-爪形磁極 4-勵(lì)磁繞組 5-磁軸 6-定位圈 7-轉(zhuǎn)子軸3.7 汽車交流發(fā)電機(jī)3. 定子總成 是三相交流發(fā)電機(jī)的電樞，用來產(chǎn)生三相交流電。它由定子鐵心和三相繞組組成。定子鐵心用硅鋼片沖制疊壓而成。鐵心內(nèi)圓沖有線槽，以便安放三相繞組。三相繞組對(duì)稱嵌在定子鐵心槽內(nèi)，三相繞組多為星型聯(lián)結(jié)，一般留有中性線。每個(gè)繞組的線圈個(gè)

5、數(shù)、每個(gè)線圈的節(jié)距和匝數(shù)都完全相等。繞組起端在定子槽內(nèi)的排列相隔。3.7 汽車交流發(fā)電機(jī)4. 端蓋 端蓋分前端蓋和后端蓋，用鋁合金或翻砂鑄成，用于支承轉(zhuǎn)子，封閉內(nèi)部結(jié)構(gòu)。前端蓋鑄有安裝臂，用于安裝與調(diào)整V形帶松緊度。后端蓋內(nèi)裝有電刷和刷架。5. 電刷與刷架 兩只電刷裝在刷架的孔內(nèi)，借彈簧的壓力與滑環(huán)保持接觸，將直流電引入勵(lì)磁繞組。一個(gè)電刷的引線接到發(fā)電機(jī)后端蓋外部的接線柱上，成為發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)(F)接線柱，另一個(gè)電刷接到搭鐵位置(分內(nèi)搭鐵和外搭鐵)。3.7.2 汽車交流發(fā)電機(jī)工作原理3.7 汽車交流發(fā)電機(jī) 汽車交流發(fā)電機(jī)是利用電磁感應(yīng)的原理進(jìn)行工作的。當(dāng)勵(lì)磁線圈通以直流電時(shí)，磁極被磁化產(chǎn)生磁場(chǎng)。

6、磁感線在轉(zhuǎn)子的N極、轉(zhuǎn)子與定子間的氣隙、定子鐵心和S極之間構(gòu)成閉合磁路。 交流發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，由蓄電池給勵(lì)磁繞組提供直流電流，即他勵(lì)；當(dāng)發(fā)電機(jī)達(dá)到蓄電池電壓時(shí)，就由發(fā)電機(jī)供給勵(lì)磁電流，即自勵(lì)。 當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，勵(lì)磁線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。固定不動(dòng)的三相定子繞組在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生了交流電動(dòng)勢(shì)如圖所示。 3.7.2 汽車交流發(fā)電機(jī)工作原理3.7 汽車交流發(fā)電機(jī) 三相繞組的結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生三個(gè)頻率相同、幅值相等、相位相差的正弦電動(dòng)勢(shì)，其瞬時(shí)值可以表示為 對(duì)于定型的三相同步交流發(fā)電機(jī)來說，在略去發(fā)電機(jī)內(nèi)部壓降的情況下，每相繞組相電壓為 Up為每相繞組的相電壓、C為電機(jī)常數(shù)、n為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速

7、、為每極的磁通。在結(jié)構(gòu)常數(shù)確定的情況下，發(fā)電機(jī)電壓的大小與轉(zhuǎn)速和磁通成正比。 3.7.3 汽車交流發(fā)電機(jī)工作特性3.7 汽車交流發(fā)電機(jī) 是指發(fā)電機(jī)輸出電壓經(jīng)整流后的直流輸出電壓與電流、轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。它包括輸出特性、空載特性和外特性。其中輸出特性尤為重要。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性的研究必須基于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來進(jìn)行。1. 輸出特性 輸出特性也叫負(fù)載特性，是指發(fā)電機(jī)輸出電壓U一定時(shí)(對(duì)12V發(fā)電機(jī)規(guī)定為14V，對(duì)24V發(fā)電機(jī)規(guī)定為28V)發(fā)電機(jī)的輸出電流I與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系，即I = f (n)曲線。 3.7.3 汽車交流發(fā)電機(jī)工作特性3.7 汽車交流發(fā)電機(jī)1. 輸出特性 (1)當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速很低時(shí)，其端電

8、壓低于額定電壓，此時(shí)發(fā)電機(jī)不能向外供電；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到空載轉(zhuǎn)速n1時(shí)，電壓達(dá)到額定值；當(dāng)轉(zhuǎn)速高于空載轉(zhuǎn)速n1時(shí)，發(fā)電機(jī)向外供電。空載轉(zhuǎn)速n1為選擇發(fā)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速比的主要依據(jù)。3.7.3 汽車交流發(fā)電機(jī)工作特性3.7 汽車交流發(fā)電機(jī)1. 輸出特性 (2)當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速超過n1時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出電流I隨著轉(zhuǎn)速n的升高及負(fù)載電阻R的減小而增大；當(dāng)轉(zhuǎn)速等于n2時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出額定功率，因此將n2稱為滿載轉(zhuǎn)速?？蛰d轉(zhuǎn)速和滿載轉(zhuǎn)速是發(fā)電機(jī)的主要性能指標(biāo)，使用時(shí)要經(jīng)常查看其是否符合規(guī)定值，即發(fā)電機(jī)是否處于良好的工作狀態(tài)。3.7.3 汽車交流發(fā)電機(jī)工作特性3.7 汽車交流發(fā)電機(jī)1. 輸出特性 (3)當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)

9、速達(dá)到一定值時(shí)，輸出電流不再隨轉(zhuǎn)速的升高和負(fù)載電阻的減小而增大。此時(shí)的電流為發(fā)電機(jī)的最大輸出電流，該性能表明發(fā)電機(jī)具有自動(dòng)限制電流的自我保護(hù)能力。交流發(fā)電機(jī)的最大輸出電流約為額定電流的倍。3.7.3 汽車交流發(fā)電機(jī)工作特性3.7 汽車交流發(fā)電機(jī)2. 空載特性 是指發(fā)電機(jī)空載時(shí)端電壓U與轉(zhuǎn)速之間n的關(guān)系，即U = f (n)曲線。 隨著轉(zhuǎn)速的升高，端電壓上升較快，由他勵(lì)變?yōu)樽詣?lì)時(shí)，除供給用電設(shè)備電能外，向蓄電池充電。空載特性反映了交流發(fā)電機(jī)性能的好壞。 3.7.3 汽車交流發(fā)電機(jī)工作特性3.7 汽車交流發(fā)電機(jī)3. 外特性 是指發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，發(fā)電機(jī)端電壓與輸出電流之間的關(guān)系，即U = f (I

10、)曲線，如圖為一組不同轉(zhuǎn)速n時(shí)的外特性曲線。 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，端電壓越高，輸出電流越大。當(dāng)保持一定轉(zhuǎn)速時(shí)，端電壓隨輸出電流的增大而下降。由于端電壓受轉(zhuǎn)速和負(fù)載變化的影響，交流發(fā)電機(jī)必須配用電壓調(diào)節(jié)器才能保持電壓的恒定。否則，當(dāng)發(fā)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，若突然失去負(fù)載，其電壓會(huì)突然升高，可能擊穿電子元件和燒毀用電設(shè)備。 3.8.1 串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置。直流電動(dòng)機(jī)跟交流電動(dòng)機(jī)相比具有較好的調(diào)速和起動(dòng)性能，這對(duì)汽車電器設(shè)備的工作是重要的。 串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過載能力較大，同時(shí)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載變化明顯，且輸出功率變化不大?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，串

11、勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)在汽車上得到廣泛應(yīng)用。 主要由磁極、電樞、機(jī)殼、端蓋、電刷與刷架等組成，如圖所示。 3.8.1 串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)1. 磁極(定子) 電樞由主磁極、換向磁極、機(jī)座、端蓋和電刷裝置等組成。 主磁極由鐵心和勵(lì)磁繞組組成，勵(lì)磁繞組通以勵(lì)磁電流產(chǎn)生主磁場(chǎng)，為了增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，磁極數(shù)一般為4個(gè)或以上。3.8.1 串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī) 換向磁極由換向磁極鐵心和繞組組成，位于兩主磁極之間，并與電樞串聯(lián)，通以電樞電流，產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，以改善電動(dòng)機(jī)的換向條件。減小換向器上的火花，在小功率直流電動(dòng)機(jī)中不裝換向磁極。 機(jī)座由鑄鋼或原鋼板制成，用以安裝主

12、磁極和換向器等部件，并保護(hù)電機(jī)，它既是電動(dòng)機(jī)的外殼又是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分。 在機(jī)座兩端各有一個(gè)端蓋，端蓋以中心處裝有軸承，用來支持轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸，端蓋上還固定有電刷架，用以安裝電刷。3.8.1 串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)2.電樞(轉(zhuǎn)子)主要由電樞鐵心、電樞繞組、換向器和電樞軸等組成。 電樞鐵心由硅鋼片疊壓而成，其表面有許多均勻分布的槽，用來嵌入電樞繞組，電樞繞組由許多相同的線圈組成，按一定規(guī)律嵌入電樞鐵心的槽內(nèi)并與換向器的兩片相連。通以電流時(shí)在主磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。 換向器是直流電動(dòng)機(jī)的特有裝置，它由許多楔形銅片組成，各片間用云母或其他墊片絕緣。外表呈圓柱形，裝在轉(zhuǎn)軸上，

13、在換向器表面壓著電刷，使旋轉(zhuǎn)的電樞繞組與靜止的外電路一直相通，以引入直流電。3.8.1 串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)3. 機(jī)殼 機(jī)殼構(gòu)成直流電動(dòng)機(jī)的導(dǎo)磁回路。在機(jī)殼的一端留有檢視孔，以便對(duì)電刷和換向器進(jìn)行檢修。4. 端蓋 端蓋有兩個(gè)，前端蓋由鑄鐵澆鑄而成，后端蓋一般由鋼板壓制而成，用螺釘固定在底座的兩端，蓋內(nèi)有軸承用以支撐旋轉(zhuǎn)的電樞。3.8.1 串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)5電刷與刷架 電刷與換向器配合，將電流引入電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組及電樞繞組。電刷由銅粉與石墨粉壓制而成，以減少電阻，并增加耐磨性。刷架一般都制成框式，固定在后端蓋內(nèi)，正極刷架與端蓋絕緣，負(fù)極刷架

14、本身搭鐵。刷架上裝在彈力較強(qiáng)的盤形彈簧，工作中壓在電刷后部，以保證電刷與換向器接觸良好。3.8.2 串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的工作原理3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī) 當(dāng)直流電壓加在電刷兩側(cè)時(shí)，直流電流經(jīng)過電刷A換向片1，線圈abcd換向片2和電刷B形成回路，線圈ab邊和cd邊在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用，受力方向可由左手定則確定。電磁力將使線圈電樞按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。隨著電樞的旋轉(zhuǎn)，線圈的ab邊從N極處轉(zhuǎn)到S極處，換向片2脫離電刷B而與電刷接觸，這時(shí)流經(jīng)線圈的電流方向相反，但N極下導(dǎo)體中電流方向始終不變，因此電磁轉(zhuǎn)矩的大小和方向保持不變，所以，直流電動(dòng)機(jī)通電后能按一定方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。 3.8.2 串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的

15、工作原理3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)2. 電磁轉(zhuǎn)矩 電磁轉(zhuǎn)矩是由電樞繞組通入直流電流后在磁場(chǎng)中受力而形成的，根據(jù)電磁力分布，每根導(dǎo)體所受電磁力為F =BIL。對(duì)于給定的電動(dòng)機(jī)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B與每極磁通成正比，導(dǎo)體電流I與電樞電流成正比，而導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的有效長(zhǎng)度L及轉(zhuǎn)子半徑等都是固定的，取決于電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，因此直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T的大小可表示為式中，CT為轉(zhuǎn)矩常數(shù)，與電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)；為每極磁通；Ia為電樞電流。 3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)3. 電樞反電動(dòng)勢(shì)和電流 當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，在導(dǎo)體中又要產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其大小為 ，其方向由右手定則確定，該電動(dòng)勢(shì)的方向與電樞電流的方向相反，因此稱為反電動(dòng)勢(shì)，其大小為

16、 。 由此可見，直流電動(dòng)機(jī)在旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞反電動(dòng)勢(shì)Ea的大小與每極磁通及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的積成正比，它的方向與電樞電流方向相反，所以反電動(dòng)勢(shì)在電路中起限制電流的作用。電樞電流Ia的大小不僅與Ua、Ra有關(guān)，而且還受到反電動(dòng)勢(shì)Ea的制約。當(dāng)Ua和Ra一定時(shí)，Ia僅取決于Ea。 3.8.3 串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)，對(duì)于機(jī)械負(fù)載來說，最重要的是驅(qū)動(dòng)它的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，即電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)速n。當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)外加電壓U為額定值，電樞回路電阻Ra和勵(lì)磁回路電阻Rf保持不變時(shí)，轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系n=f (T)，稱為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。1. 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大且過

17、載能力強(qiáng) 電動(dòng)機(jī)在恒定電壓運(yùn)轉(zhuǎn)下，起動(dòng)時(shí)n=0，Ia增大，電磁轉(zhuǎn)矩也增大。當(dāng)負(fù)載增強(qiáng)時(shí)，由于軸上的阻力矩增大而使電樞轉(zhuǎn)速下降，Ea也隨之減小，使電樞電流Ia增大，所以，電磁轉(zhuǎn)矩也增大，直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與阻力矩相平衡時(shí)，則又在新的負(fù)載下以新的轉(zhuǎn)速平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。3.8.3 串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)2. 重載轉(zhuǎn)速低，輕載轉(zhuǎn)速高 對(duì)于串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)，電樞電流與勵(lì)磁電流相同。磁通是隨電樞電流而變化的。磁路未飽和時(shí)，磁通基本上與電樞電流成正比，即(為磁通常數(shù))，因而3.8.3 串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī) 串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)在磁路不飽和時(shí)的機(jī)械特性曲線為雙曲

18、線，如圖所示。轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加下降較快，是軟特性。因空載轉(zhuǎn)速過高，串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)不允許空載運(yùn)行，為保證這一點(diǎn)，它和負(fù)載不能用皮帶傳動(dòng)，以防皮帶斷裂或滑脫造成“飛車”事故。當(dāng)磁路飽和時(shí)，轉(zhuǎn)矩增大，電樞電流Ia增大時(shí)，磁通變化不大，機(jī)械特性為直線，如圖曲線后面部分。3.8.3 串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī) 串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)在磁路不飽和時(shí)的機(jī)械特性曲線為雙曲線，如圖所示。轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加下降較快，是軟特性。因空載轉(zhuǎn)速過高，串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)不允許空載運(yùn)行，為保證這一點(diǎn)，它和負(fù)載不能用皮帶傳動(dòng)，以防皮帶斷裂或滑脫造成“飛車”事故。當(dāng)磁路飽和時(shí)，轉(zhuǎn)矩增大，電樞電流Ia增大時(shí)，磁通變

19、化不大，機(jī)械特性為直線，如圖曲線后面部分。1-自然特性曲線 2，3，4-人工機(jī)械特性曲線3.8.4 直流電動(dòng)機(jī)的分類3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī) 直流電動(dòng)機(jī)的主磁場(chǎng)由勵(lì)磁繞組中的勵(lì)磁電流產(chǎn)生，根據(jù)不同的勵(lì)磁方式，直流電動(dòng)機(jī)可分為：他勵(lì)電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)。 此外在小型直流電動(dòng)機(jī)中，也有用永久磁鐵作為主磁極的，稱為永磁電動(dòng)機(jī)，永磁電動(dòng)機(jī)可視為他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的一種。 3.8.4 直流電動(dòng)機(jī)的分類3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)1. 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁繞組與電樞繞組由單獨(dú)電源供電，其特點(diǎn)是電樞總電流I等于負(fù)載電流Ia。如圖所示。2. 并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，其特點(diǎn)是I = I

20、a + If。如圖所示。 3.8.4 直流電動(dòng)機(jī)的分類3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)3. 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，其特點(diǎn)是I = Ia = If。如圖。4. 復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 勵(lì)磁繞組分為兩部分，一部分與電樞繞組并聯(lián)，另一部分與電樞繞組串聯(lián)。如圖所示。不同勵(lì)磁方式的直流電動(dòng)機(jī)，機(jī)械特性差別很大，適用于不同的場(chǎng)合，汽車用起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，因而采用串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)。3.8.5 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速與反轉(zhuǎn)3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)1. 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)從接通電源開始，轉(zhuǎn)子由靜止到穩(wěn)定運(yùn)行的過程。機(jī)械負(fù)載對(duì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的基本要求是：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩夠用但不要過大，起動(dòng)電流要小，起動(dòng)時(shí)間要短

21、，起動(dòng)設(shè)備要簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠。起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 在額定電壓下起動(dòng)，由于Ra很小，故Ist非常大，一般可達(dá)額定電流的1020倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也很大。這樣大的起動(dòng)電流在電刷與換向器接觸處會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的火花，易導(dǎo)致?lián)Q向器損壞。同時(shí)過大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩將使直流電動(dòng)機(jī)及其負(fù)載遭受突然的巨大沖擊，也會(huì)損壞傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和負(fù)載。因此除容量很小的直流電動(dòng)機(jī)外，必須設(shè)法減小直到電流。3.8.5 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速與反轉(zhuǎn)3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)1. 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)減小起動(dòng)電流的方法有兩種：(1) 降低電樞電壓起動(dòng)降低電樞電壓起動(dòng)時(shí)，需要有一個(gè)可調(diào)壓的直流電源專供電樞電路用。隨轉(zhuǎn)速的升高該電源使電源電壓逐漸升高到額定值。該

22、方法適用于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。(2)在電樞電路中串聯(lián)電阻起動(dòng)對(duì)于并勵(lì)、串勵(lì)和復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)，一般都采用在電樞電路內(nèi)串聯(lián)起動(dòng)電阻Rst的方法進(jìn)行起動(dòng)。這時(shí)的電流為起動(dòng)開始瞬間，將起動(dòng)電阻調(diào)在最大，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，逐段將起動(dòng)電阻切除，當(dāng)Rst=0起動(dòng)過程結(jié)束。3.8.5 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速與反轉(zhuǎn)3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)2. 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速用人為的方法使直流電動(dòng)機(jī)在同樣的負(fù)載下得到不同的轉(zhuǎn)速，叫做調(diào)速。直流電動(dòng)機(jī)之所以得到廣泛應(yīng)用，其重要原因是其具有極其可貴的調(diào)速性能，可以在寬廣的范圍內(nèi)進(jìn)行平滑而經(jīng)濟(jì)地調(diào)速。 當(dāng)負(fù)載不變時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)有三種調(diào)速方法：(1)電樞回路串聯(lián)電阻調(diào)速當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，在電樞

23、回路串聯(lián)電阻能使轉(zhuǎn)速下降。這種調(diào)速方法增加了串聯(lián)電阻上的損耗，使電動(dòng)機(jī)效率降低，所以調(diào)速范圍較窄。這種方法多用于對(duì)調(diào)速性能要求不高的設(shè)備上，如起重機(jī)等。3.8.5 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速與反轉(zhuǎn)3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)2. 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速(2)改變電樞電壓調(diào)速對(duì)并勵(lì)和串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)而言，改變電源電壓不僅影響電樞電路，也影響了勵(lì)磁回路，使磁通發(fā)生變化。因此改變電樞電壓調(diào)速一般在他勵(lì)電動(dòng)機(jī)中采用。這樣可保證在磁通恒定的情況下，達(dá)到改變電樞電壓的目的。改變電樞電壓調(diào)速的特點(diǎn)是：只能是降速調(diào)速；調(diào)速范圍寬；電能損耗小，效率高；需專用調(diào)壓直流電源。改變電樞電壓調(diào)速多用于調(diào)速性能要求較高的設(shè)備上，如軋鋼機(jī)

24、、龍門刨床、造紙機(jī)等。3.8.5 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速與反轉(zhuǎn)3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)2. 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速(3)改變磁通調(diào)速保持電源電壓和負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，調(diào)節(jié)勵(lì)磁回路的磁場(chǎng)電阻Rf，通過勵(lì)磁電流If的變化來改變磁通。變磁通調(diào)速的特點(diǎn)是；控制方便，宜于從低速向高速方向調(diào)節(jié)；調(diào)速范圍較??；調(diào)速效率高；機(jī)械特性的硬度變化不大，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。該調(diào)速方法適用于重型車床等的調(diào)速。3.8.5 直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速與反轉(zhuǎn)3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)3. 直流電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)(1)保持電樞電壓兩端極性不變，把勵(lì)磁繞組反接，使勵(lì)磁電流方向改變；(2)保持勵(lì)磁繞組電流方向不變，把電樞繞組反接，使電樞電流方向改變。 直流

25、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向由電磁轉(zhuǎn)矩方向決定。 他勵(lì)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)繞組匝數(shù)多、電感大，勵(lì)磁電流從正向額定值變到負(fù)向額定值時(shí)間長(zhǎng)，反向磁通建立緩慢，且在勵(lì)磁繞組反接斷開瞬間，繞組中產(chǎn)生很大的自感電動(dòng)勢(shì)，可能造成絕緣擊穿，所以他勵(lì)和并勵(lì)電動(dòng)機(jī)通常采用改變電樞電流的方向使其反轉(zhuǎn)。3.8.6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種控制電機(jī)，它可以將脈沖電信號(hào)變換為轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速，所以又稱脈沖電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與輸入的電脈沖數(shù)成正比，其轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正比，因此，它不受電壓、負(fù)載以及環(huán)境條件變化的影響，在脈沖技術(shù)和數(shù)字控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。按照轉(zhuǎn)子材料分類：反應(yīng)式和永磁式。反應(yīng)式轉(zhuǎn)子是用高磁導(dǎo)率的軟磁

26、材料制成；永磁式轉(zhuǎn)子是用永久磁鐵制成。按照定子相數(shù)的不同，又分為三相、四相、五相和六相等幾種。三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理如圖所示。3.8.6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊成。定子上有六個(gè)磁極，磁極上繞有勵(lì)磁繞組，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的磁極組成一相。轉(zhuǎn)子上均勻分布很多齒(圖中只畫四個(gè))，其上無繞組。工作時(shí)，定子各相繞組輪流通電(即輪流輸入脈沖電壓)。從一次通電到另一次通電稱為一拍，每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。對(duì)于給定的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，步距角的大小與通電方式有關(guān)。 3.8.6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)1. m相單m拍(例如三相單三拍)將m相繞組輪流單獨(dú)通電，

27、通電m次完成一個(gè)通電循環(huán)。如三相單三拍的通電順序?yàn)閁VWU或反之。每次通電時(shí)，該相定子磁極吸引轉(zhuǎn)子相應(yīng)的齒，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)相應(yīng)的角度。每次通電時(shí)，轉(zhuǎn)子的位置如圖所示，其步距角為。改變通電順序，即按UWVU順序通電，則轉(zhuǎn)子反向轉(zhuǎn)動(dòng)。3.8.6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)2. m相雙m拍(例如三相雙三拍)每次給兩相繞組通電，通電m次完成一次通電循環(huán)。例如三相雙三拍的通電順序?yàn)閁VVWWUUV或反之。每次通電時(shí)的轉(zhuǎn)子位置如圖所示。步距角仍為。3.8.6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)3. m相2m拍(例如三相六拍)以三相六拍通電方式為例，通電順序?yàn)閁 UVVVWWWUU或反之，通電六次完

28、成一個(gè)通電循環(huán)。顯然，每次通電時(shí)，轉(zhuǎn)子的位置應(yīng)交替如圖所示，步距角為。3.8.6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)無論采用何種通電方式，步距角與轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z和拍數(shù)N之間的關(guān)系為由于轉(zhuǎn)子每經(jīng)過一個(gè)步距角，相當(dāng)于轉(zhuǎn)了1/ZN圈，若脈沖頻率為f ，則轉(zhuǎn)子每秒鐘就轉(zhuǎn)了f /ZN圈，故轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)速為目前，由于結(jié)構(gòu)和工藝的改進(jìn)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)可以做得很多，步距角可以做得很小。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸入脈沖電壓是由驅(qū)動(dòng)電源提供的，它是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的專用電源，它可以按照指令的要求將脈沖信號(hào)按一定的順序輸送給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各相繞組，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按一定的通電方式工作。 3.8.7 直流電動(dòng)機(jī)在汽車上的應(yīng)用3.8 汽車用直流電動(dòng)

29、機(jī)直流電動(dòng)機(jī)在汽車上的應(yīng)用非常廣泛，除了車輛起動(dòng)、行駛及控制所必須的直流電動(dòng)機(jī)之外，在汽車輔助電器設(shè)備中也大量應(yīng)用直流電動(dòng)機(jī)。這些直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用主要是為了完善汽車性能、體現(xiàn)汽車的豪華、舒適、安全與可靠。比如汽車刮水器的作用是刮除風(fēng)擋玻璃上的雨水、雪或灰塵，確保駕駛員有良好的視線。鼓風(fēng)機(jī)用于促使車內(nèi)冷氣、暖氣、除霜及通風(fēng)的氣流流動(dòng)。電動(dòng)車窗升降系統(tǒng)可以代替搖把式車窗。電動(dòng)調(diào)節(jié)的后視鏡，駕駛員只需操作開關(guān)便能將外面的后視鏡調(diào)整到合適的位置。電動(dòng)座椅調(diào)整系統(tǒng)可以為乘員提供乘坐的舒適性。此外在汽車門鎖、電動(dòng)天線、水箱冷卻等系統(tǒng)中也有應(yīng)用。3.8.7 直流電動(dòng)機(jī)在汽車上的應(yīng)用3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)1. 車用起動(dòng)機(jī)由直流電動(dòng)機(jī)、單向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)三部分組成。 1-回位彈簧 2-保持線圈 3-吸引線圈 4-電磁電磁殼體 5-觸點(diǎn) 6-接線柱 7-接觸盤 8-后端蓋 9-電刷彈簧 10-換向器 11-電刷 12-磁極 13-磁極鐵心 14-電樞 15-磁場(chǎng)繞組 16-移動(dòng)襯套 17-緩沖彈簧 18-單向離合器 19-電樞繞組 20-驅(qū)動(dòng)齒輪 21-罩蓋 22-轉(zhuǎn)動(dòng)盤 23-傳動(dòng)套筒 24-拔叉3.8.7 直流電動(dòng)機(jī)在汽車上的應(yīng)用3.8 汽車用直流電動(dòng)機(jī)直