4.1

三相交流異步感應(yīng)電動機(jī)4.2

三相同步交流發(fā)電機(jī)4.3

直流電動機(jī)

4.4

控制電機(jī)

4.5

電動汽車中的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)第四章汽車中的電機(jī)交流電動機(jī)電動機(jī)直流電動機(jī)鼠籠式繞線式異步機(jī)同步機(jī)：他勵(lì)、異勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)汽車電機(jī)的分類特殊電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)：每輸入一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)動一定角度或者一段距離。發(fā)電機(jī)電機(jī)微型直流電動機(jī)他勵(lì)式永磁式交流發(fā)電機(jī)直流發(fā)電機(jī)4.1三相交流異步感應(yīng)電動機(jī)4.1.1三相異步電動機(jī)的根本構(gòu)造返回小型三相異步電動機(jī)〔照片〕定子鐵心及繞組〔照片〕鼠籠轉(zhuǎn)子〔照片〕YBZXAC三相異步機(jī)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子定子定子繞組（三相）機(jī)座轉(zhuǎn)子：在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。線繞式鼠籠式轉(zhuǎn)子銅條+短路端環(huán)AYCBZ(?)電流出(

)電流入X4.1.2三相異步電動機(jī)的工作原理1.旋轉(zhuǎn)磁場(1)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生AXYCBZAXBYCZ合成磁場方向：向下XBZAYCAXYCBZ其它電流角度下的磁場方向：AXYCBZAAXBYCZ旋轉(zhuǎn)方向：取決于三相電流的相序。改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向：換接其中兩相。(2)

旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向(3)

旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速大小

一個(gè)電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360°電流頻率為fHz，那么磁場1/f秒旋轉(zhuǎn)1圈，每秒旋轉(zhuǎn)f圈。每分鐘旋轉(zhuǎn)：n1稱為同步轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)(轉(zhuǎn)/分)磁極對數(shù)〔P〕的概念A(yù)XBYCZ此種接法下，合成磁場只有一對磁極，則極對數(shù)為1。即：AXYCBZ極磁對數(shù)〔P〕的改變C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'將每相繞組分成兩段，按右以下圖放入定子槽內(nèi)。形成的磁場那么是兩對磁極。AXBYCZ極對數(shù)C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'極對數(shù)和轉(zhuǎn)速的關(guān)系(轉(zhuǎn)/分)當(dāng)時(shí)可見三相異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速極對數(shù)每個(gè)電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)(轉(zhuǎn)/分)(轉(zhuǎn)/分)(轉(zhuǎn)/分)SNFF2、轉(zhuǎn)動原理感應(yīng)電動勢：大?。篹＝Blυ

方向：右手定那么載流導(dǎo)體受力：大?。篎＝Bli方向：左手定那么電動機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系電動機(jī)轉(zhuǎn)速（額定轉(zhuǎn)速）:電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但

異步電動機(jī)無轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運(yùn)動無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流提示：如果轉(zhuǎn)差率的概念：異步電機(jī)運(yùn)行中:轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機(jī)轉(zhuǎn)速之差。電動機(jī)起動瞬間:（轉(zhuǎn)差率最大）即：轉(zhuǎn)子最大轉(zhuǎn)速:（轉(zhuǎn)差率最?。?/p>

S范圍：0<S≤1例：三相異步電動機(jī)p=3，電源f1=50Hz，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速n=960r/min。求：轉(zhuǎn)差率s，轉(zhuǎn)子電動勢的頻率f2同步轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)差率：解：4.1.3三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性與運(yùn)行狀態(tài)1.機(jī)械特性(1)電磁轉(zhuǎn)矩三相交流電

三相定子繞組

電磁轉(zhuǎn)矩的物理方程：鼠籠

I2ФT＝K×F×r即：F＝BIli2R1R2i1u1e1e2*電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)方程：式中E20為S＝1時(shí)的E2轉(zhuǎn)子功率因數(shù)代入電磁轉(zhuǎn)矩的物理方程中把和以及可得，電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)方程：根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式10n1Tn得特性曲線：啟動時(shí)n=0最大轉(zhuǎn)速n=n1時(shí)(2)固有機(jī)械特性三個(gè)重要轉(zhuǎn)矩n1Tn電機(jī)在額定電壓下，以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，輸出額定功率時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。額定轉(zhuǎn)矩：(1)〔牛頓?米〕nN(千瓦)(轉(zhuǎn)/分)如果電機(jī)將會因帶不動負(fù)載而停轉(zhuǎn)。最大轉(zhuǎn)矩：(2)電機(jī)帶動最大負(fù)載的能力。求解10smTm過載系數(shù)：三相異步機(jī)

(2)工作時(shí)，一定令負(fù)載轉(zhuǎn)矩，否則電機(jī)將停轉(zhuǎn)。致使注意：

(1)三相異步機(jī)的和電壓的平方成正比，所以對電壓的波動很敏感，使用時(shí)要注意電壓的變化。電機(jī)嚴(yán)重過熱起動轉(zhuǎn)矩：(3)電機(jī)起動時(shí)的轉(zhuǎn)矩。n1Tn其中則體現(xiàn)了電動機(jī)帶載起動的能力。若電機(jī)能起動，否則將起動不了。n1TnTmTst機(jī)械特性曲線TL啟動：Tst>TL(負(fù)載轉(zhuǎn)矩)，電機(jī)啟動轉(zhuǎn)速n，轉(zhuǎn)矩Tcc點(diǎn)：轉(zhuǎn)矩達(dá)最大Tm，轉(zhuǎn)速n繼續(xù)，T，沿cb走bb點(diǎn)：T=TL，轉(zhuǎn)速n不再上升，穩(wěn)定運(yùn)行假設(shè)TL，暫時(shí)T<TL,nsI2Tn電動機(jī)的自適應(yīng)負(fù)載能力

電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。常用特性段s=0s=1TN(1)電動運(yùn)行狀態(tài)2.運(yùn)行狀態(tài)圖4.12三相異步電動機(jī)電動運(yùn)行第一象限的A點(diǎn)：電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n皆為正，T與n的方向一致，電動機(jī)正向電動運(yùn)行(驅(qū)動電動汽車前進(jìn))第三象限的B點(diǎn)：電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n皆為負(fù)，T與n的方向也一致，電動機(jī)反向電動運(yùn)行(驅(qū)動電動汽車倒車)(2)再生制動狀態(tài)第二象限的B點(diǎn)：電動汽車下坡時(shí)，電動機(jī)運(yùn)行速度不斷加大，使n＝nB>n1。電動轉(zhuǎn)矩T為負(fù)值，是制動性轉(zhuǎn)矩。系統(tǒng)處于再生制動狀態(tài)。1.起動起動電流：中小型鼠籠式電機(jī)起動電流為額定電流的5~7倍。定子電流原因：起動時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割磁力線速度很大。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流大電流使電網(wǎng)電壓降低影響其他負(fù)載工作頻繁起動時(shí)造成熱量積累電機(jī)過熱影響：4.14三相異步電動機(jī)的使用三相異步機(jī)的起動方法：(1)

直接起動：十千瓦以下的異步電動機(jī)一般采用直接起動。(2)

降壓起動Y－

起動自耦降壓起動(3)轉(zhuǎn)子串電阻起動以下介紹Y－

起動(適用于正常工作時(shí)是接法的鼠籠電動機(jī)〕(適用于正常工作時(shí)是Y接法的鼠籠電動機(jī)〕(適用于線繞式電動機(jī)〕A

正常運(yùn)行ZBYXCY－

起動：

起動ABCXYZ設(shè)：電機(jī)每相阻抗為AZBYXC正常運(yùn)行UPABCXYZ起動UP'Y－

起動應(yīng)注意的問題：（2）（1）僅適用于正常接法為三角形接法的電機(jī)。

所以降壓起動適合于空載或輕載起動的場合Y－

起動。Ist時(shí)，Tst也

方法：和電源相接的任意兩相互換，就可實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。2.三相異步電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)ABCM3~電源ABCM3~電源3.三相異步電動機(jī)的制動(1)

反接制動：

當(dāng)需要電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動時(shí)，將電動機(jī)接電源的任意兩相反接，使電動機(jī)由原來的旋轉(zhuǎn)方向反過來，旋轉(zhuǎn)磁場立即反轉(zhuǎn)，它與由于慣性仍在原方向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子相互作用，產(chǎn)生相反的制動轉(zhuǎn)矩。使轉(zhuǎn)速迅速降為零。(這時(shí)并迅速斷電)當(dāng)電動機(jī)脫離三相電源后，將S2接通直流電源，那么在電動機(jī)內(nèi)會產(chǎn)生一個(gè)恒定的不旋轉(zhuǎn)的磁場。轉(zhuǎn)子由于機(jī)械慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn),因而轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流。載有電流的導(dǎo)體在恒定磁場的作用下,受到制動力FT,產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩Tz,使轉(zhuǎn)子迅速停車。(2)

能耗制動：4.三相異步電動機(jī)的調(diào)速(1)

改變極對數(shù)有級調(diào)速(2)改變轉(zhuǎn)差率無級調(diào)速調(diào)速方法：(3)改變電源頻率(變頻調(diào)速)

無級調(diào)速變頻電源

可變此種調(diào)速方法開展很快，且調(diào)速性能較好。其主要環(huán)節(jié)是研制變頻電源〔常由整流器、逆變器等組成〕。三相異步機(jī)銘牌1.型號Y132M－4磁極數(shù)(極對數(shù)

p=2)同步轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)差率三相異步電動機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)2.轉(zhuǎn)速:電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)速(n)。如：n=1440轉(zhuǎn)/分3.聯(lián)接方式：

Y/

接法Y接法：

接法：ABCZXYABCZXYABCXYZAZBYXCABCXYZ接線盒：4.額定電壓：定子繞組在指定接法下應(yīng)加的線電壓。線電壓AZBYXC線電壓ABCXYZ例：380/220Y/

是指：線電壓為380V時(shí)采用Y接法；

當(dāng)線電壓為220V時(shí)采用

接法。

說明：一般規(guī)定電動機(jī)的運(yùn)行電壓不能高于或低于額定值的5％。5.額定電流：定子繞組在指定接法下的線電流。如：

表示三角接法下，電機(jī)的線電流為11.2A，相電流為6.48A；星形接法時(shí)線、相電流均為6.48A。6.額定功率：

額定功率指電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的功率()，不等于從電源吸收的功率()。兩者的關(guān)系為：其中鼠籠電機(jī)

=72－93％

額定負(fù)載時(shí)一般為0.7~0.9，空載時(shí)功率因數(shù)很低約為0.2~0.3。額定負(fù)載時(shí)，功率因數(shù)最大。注意：實(shí)用中應(yīng)選擇適宜容量的電機(jī)，防止“大馬〞拉“小車〞的現(xiàn)象。7.功率因數(shù)(cos

1)：此外還有絕緣等級等參數(shù)，不一一介紹。P2PNcos

1例：三相異步電動機(jī)，額定功率PN=10kW，額定轉(zhuǎn)速nN=1450r/min，啟動能力Tst/TN=1.2，過載系數(shù)

=1.8，

接法運(yùn)行時(shí)，IN=20A,?！才ｎD?米〕〔1〕額定轉(zhuǎn)矩TN〔2〕啟動轉(zhuǎn)矩Tst〔3〕最大轉(zhuǎn)矩Tm#〔4〕用Y－方法起動時(shí)Tst'與Ist'(牛頓?米)(千瓦)(轉(zhuǎn)/分)4.2三相同步交流發(fā)電機(jī)4.2.1交流發(fā)電機(jī)的構(gòu)造轉(zhuǎn)子；定子；整流器；端蓋與電刷總成返回1.轉(zhuǎn)子(1)組成：爪極、磁軛、磁場繞組、滑環(huán)、轉(zhuǎn)軸等。(2)作用：產(chǎn)生磁場2.定子(電樞)(1)組成：定子鐵心、定子繞組。(2)作用：產(chǎn)生電源電動勢*三相繞組中的每個(gè)繞組中的線圈個(gè)數(shù)、匝數(shù)和節(jié)距都完全相同。首端A、B、C或末端X、Y、Z在定子槽中的排列，彼此相隔。ABCXYZ3.整流器(1)組成：整流板與整流二極管(安裝在后端蓋上)。(2)作用：把交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟?.端蓋與電刷總成(1)端蓋：封閉整個(gè)電機(jī)內(nèi)部，支撐轉(zhuǎn)子。(2)電刷總成從結(jié)構(gòu)上分：外裝式、內(nèi)裝式；從搭鐵形式分：內(nèi)搭鐵式、外搭鐵式。交流發(fā)電機(jī)的工作原理1.發(fā)電原理(1)正弦磁場的產(chǎn)生*磁場繞組接通直流電源被勵(lì)磁。*轉(zhuǎn)子爪極凸緣的外形，使發(fā)電機(jī)磁場近似于正弦，即(2)正弦交流電動勢的產(chǎn)生*發(fā)動機(jī)帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)*定子繞組切割磁力線*三相繞組中產(chǎn)生對稱的正弦交流電動勢uAuBuC2.整流原理(1)整流器①

組成*六管發(fā)電機(jī)：由六只硅二極管組成三相橋式全波整流電路。*八管發(fā)電機(jī)：除具有組成三相橋式全波整流電路的六只硅二極管外，還有2個(gè)中性點(diǎn)二極管。*九管發(fā)電機(jī)：除了常用的六只硅二極管外，又增加了三只功率較小的磁場二極管。*十一管發(fā)電機(jī)：由六只整流二極管、二只中性點(diǎn)二極管和3只磁場二極管組成。②

整流過程*某一瞬間三只正極管的正極電位最高者導(dǎo)通。*某一瞬間三只負(fù)極管的負(fù)極電位最低者導(dǎo)通。*某一時(shí)刻六只整流管僅有兩只二極管導(dǎo)通，把三相交流電源的線電壓加在負(fù)載上。*六只整流二極管兩兩成對依次循環(huán)導(dǎo)通，在負(fù)載上得到一個(gè)比較平穩(wěn)的直流脈動電壓。三相橋式整流電路中的電壓波形uBuAuC3.勵(lì)磁方式與電壓調(diào)節(jié)器他勵(lì)：由蓄電池提供勵(lì)磁電流。自勵(lì)：發(fā)電機(jī)自己提供勵(lì)磁電流。電壓調(diào)節(jié)：利用三極管的開關(guān)特性，控制磁場電流的接通與切斷。UU1U2UNn他勵(lì)自勵(lì)UC4.3直流電動機(jī)4.3.1根本構(gòu)造定子繞組

定子鐵心

機(jī)座

定子磁極的作用：產(chǎn)生磁場轉(zhuǎn)子電樞的作用：產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T機(jī)座：用來固定磁極和端蓋等，也是磁路的一局部返回磁場鐵心永磁式：由永久磁鐵做成。勵(lì)磁式：磁極上繞線圈，然后在線圈中通過直流電，形成電磁鐵。電樞鐵心：由硅鋼片疊裝而成。1.定子(磁場)：鐵心、繞組、電刷裝置。2.轉(zhuǎn)子(電樞)電樞繞組：單個(gè)繞組元件組成。勵(lì)磁繞組NS············NS機(jī)座轉(zhuǎn)子換向器：許多互相絕緣的楔形銅片(換向片)，形成一個(gè)圓柱體，安裝在電機(jī)軸的一端。根據(jù)勵(lì)磁線圈和轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)接關(guān)系，勵(lì)磁式的直流電機(jī)又可細(xì)分為：他勵(lì)電動機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。并勵(lì)電動機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。串勵(lì)電動機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復(fù)勵(lì)電動機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。M他勵(lì)UfIfIaUM并勵(lì)UIfM串勵(lì)UM復(fù)勵(lì)UFF注意：電刷和電源固定聯(lián)接，換向片與線圈無論怎樣轉(zhuǎn)動，總是N極下的導(dǎo)體電流向里流，S極下的導(dǎo)體電流向外流。電動機(jī)才能在一個(gè)方向下連續(xù)轉(zhuǎn)動，使電樞的電磁轉(zhuǎn)矩方向不變。U+–NSII直流電源電刷換向器線圈4.3.2工作原理通電線圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)左手定則KT：與線圈的結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)（與線圈大小，磁極的對數(shù)等有關(guān)）

：線圈所處位置的磁通Ia：電樞繞組中的電流電磁轉(zhuǎn)矩的大小：由轉(zhuǎn)矩公式可知：(1)

產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的條件：必須有勵(lì)磁磁通和電樞電流。(2)改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向：改變電樞電流的方向或者改變磁通的方向。–FFU+NSIIEE電樞中的反電勢：電機(jī)轉(zhuǎn)動電樞線圈處于磁場中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢大?。?右手定則)和原通入的電流方向相反方向：KE：與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)n：電動機(jī)轉(zhuǎn)速

：磁通當(dāng)忽略繞組中的電阻Ra，外加電壓，可見，當(dāng)U一定時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速和磁通成反比，通過改變

可調(diào)速。4.3.3機(jī)械特性機(jī)械特性指的是電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速間的關(guān)系。2.串勵(lì)電動機(jī)具有軟的機(jī)械特性，適宜于拖動恒功率負(fù)載〔P一定時(shí)，T和n成反比〕，如：電氣機(jī)車等。1.他勵(lì)、并勵(lì)電動機(jī)具有硬的機(jī)械特性。適宜于拖動恒轉(zhuǎn)矩(TL一定，和轉(zhuǎn)速無關(guān)〕的生產(chǎn)機(jī)械，如：金屬加工、起重機(jī)械等。n1230T3.復(fù)勵(lì)電動機(jī)的機(jī)械特性介于上述二者之間，既有較大的起動轉(zhuǎn)矩和過載能力，又能在輕載、空載下工作。4.3.4直流電動機(jī)的使用2.反轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向由電磁力矩的方向確定。(1)改變勵(lì)磁電流的方向。(2)或改變電樞電流的方向。改變直流電機(jī)轉(zhuǎn)向的方法：兩者不可同時(shí)改變1.起動＊起動電流大，原因：n＝0，反電勢E=0，Ra小，所以Ist很大。＊常用辦法：電樞電路串電阻起動。起動時(shí)，Rst串入限流。起動過程中，隨n逐漸切除起動電阻。3.調(diào)速由可知，有三種方法。調(diào)壓(調(diào)磁)調(diào)速改變電樞回路電阻調(diào)速4.直流電動機(jī)在汽車中的應(yīng)用(1)

串勵(lì)式直流電動機(jī)：中小型汽車中的起動機(jī)。(2)復(fù)勵(lì)式直流電動機(jī)：大型汽車、柴油機(jī)中的起動機(jī)。(3)小型(微型)永磁直流電動機(jī)：與直流伺服電動機(jī)構(gòu)造特性相似?？照{(diào)中的鼓風(fēng)電機(jī)、雨刷電機(jī)、電動座椅電機(jī)、油泵電機(jī)等。步進(jìn)電動機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移或直線位移的執(zhí)行元件，它是利用電磁鐵原理來工作的。1．根本結(jié)構(gòu)ABC定子轉(zhuǎn)子①定子：定子內(nèi)圓周均勻分布著六個(gè)磁極，磁極上有勵(lì)磁繞組，每兩個(gè)