第三章汽车电机的基本结构及拆装.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三章汽车电机的基本结构及拆装,第一节磁路的基本知识,第二节汽车发电机的基本结构与拆装,第三节汽车电动机的基本结构与拆装,第一节磁路的基本知识,一、与磁场相关的基本物理量,1.,磁感应强度,(B),磁感应强度是描述磁场强弱的基本物理量，用符号,B,表示。,通过实验可知，将长度为,L,，通入电流为,I,的直导体，如,图,3-1 (a,),所示，按垂直磁感线方向放入一磁场中，则直导体上将受到电磁力,F,F,的方向取决于磁感线方向和通电电流方向。三者关系可用左手定则来判别，如,图,3-1 (b),所示。而,F,的大小如下,下一页,返回,第一节磁路的基本知识,它的方向即为该点的磁场方向，也就是该点的磁感线的切线方向。因此磁感应强度,B,既反映磁场某处的强弱，又反映该处的磁场方向，因此,B,是一个矢量。,一般而言，磁场中各点的,B,的大小和方向都是不相同的。如果磁场中各点的磁感应强度的大小和方向都相同，这样的磁场就称为均匀磁场。对于均匀磁场可用均匀分布、方向相同的磁力线来描述。,2.,磁通量,(,),磁通量是表征在某个面积上的磁场强弱的物理量，用符号,表示。其大小等于磁感应强度和与它垂直的某一截面积,A,的乘积。在均匀磁场中，由于,B,是一个常数，故而磁通的大小为,下一页,上一页,返回,第一节磁路的基本知识,3.,磁导率,(,),磁导率是衡量物质导磁性能的基本物理量，用符号拜表示，它的物理单位是亨,/,米,(H/m),。,经测定，真空中的磁导率为一个常数，用,0,表示，即,4.,磁场强度,(H),磁场强度是计算磁感应强度,B,的一个辅助物理量，用符号,H,表示。,磁场强度与磁感应强度,B,的关系为,下一页,上一页,返回,第一节磁路的基本知识,磁场强度也是一个矢量，磁场中某点的磁场强度的方向即为该点的磁感应强度,B,的方向。磁场强度的单位是,A/m(,或,A/cm),。磁场强度的引入不仅简化了磁场计算，而且常用来分析铁磁材料的磁化状况。,二、电磁感应的基本内容,通过实验可知，将一根直导体放在均匀磁场中，并以速度,v,朝着与磁感线垂直方向运动，在导体的两端接上一个检流计，如,图,3-2,所示，当导体左、右切割磁感线时，可以看到检流计发生偏转,;,而如果导体不运动时，检流计指针是不动的。,下一页,上一页,返回,第一节磁路的基本知识,另外，将线圈两端与检流计连接，将磁铁插入或拔出线圈，如,图,3-3,所示。当磁铁插入线圈时，检流计指针发生偏转,;,而当磁铁在线圈中不动时，检流计指针不动,;,当磁铁拔出线圈时，检流计指针反向偏转。,通过实验可知，当导体对磁场做相对运动而切割磁感线，或者通过线圈的磁通量发生变化时，导体或线圈中就会产生电动势，如果导体或线圈是闭合的，就会有电流通过。这种现象称为电磁感应。,由于电磁感应而产生的电动势称为感应电动势，由感应电动势产生的电流称为感应电流。,下一页,上一页,返回,第一节磁路的基本知识,直导体感应电动势的大小和方向,(1),大小计算在均匀磁场中，长度,z,的直导体以速度,v,做与磁感应强度,B,垂直方向运动时，实验证明其感应电动势如下,e=,BLv,感应电动势的单位为伏特,(v),(2),方向判别直导体切割磁感线产生的感应电动势方向可用右手定则确定,:,伸开右手，大拇指与四指垂直，让磁感线垂直穿过手心，大拇指指向直导体运动方向，而四指的指向即为感应电流方向。,2.,线圈的感应电动势大小和方向,(1),大小计算法拉第电磁感应定律指出,:,当线圈中的磁通发生变化时，线圈中感应出电动势的大小与磁通的变化率成正比，与线圈的匝数,N,成正比，即,下一页,上一页,返回,第一节磁路的基本知识,(2),方向判别线圈中的感应电动势方向可用楞次定律和右手定则来确定。楞次定律指出,:,如果线圈中的感应电动势是由于穿过线圈的磁通发生变化而产生的。则感应电动势在线圈中流过的感应电流，其产生的磁通将力图阻止原磁通的改变。,三、自感和互感,1.,自感,如果线圈中通入变化的电流，它将会使线圈中产生变化的磁通，如,图,3-4,所示。这变化的磁通穿过本身线圈，必将使线圈产生感应电动势，这个由于自己本身线圈中电流变化而产生的感应电动势称为自感电动势,e,L,，其表达式为,下一页,上一页,返回,第一节磁路的基本知识,自感电动势是由于线圈本身流入变化的电流而产生的，为了找出,e,L,与,i,的关系而引入一个新的物理量,自感应系数，简称电感，用符号,L,表示。它与线圈的几何形状及磁导率有关。对于空心线圈，由于,N,与电流,i,的比值为一常数，故定义,电感,L,的物理单位是亨利,(H),，较小的单位是毫亨,(,mH,),，它们之间的关系为,下一页,上一页,返回,第一节磁路的基本知识,2.,互感,当紧靠的两个线圈中的一个线圈流入变化的电流时，可以发现另一个线圈回路中检流计的指针发生偏转，说明该线圈两端产生了感应电动势，这一现象称为互感现象。该感应电动势称为互感电动势，用符号,e,M,表示，而由互感电动势产生的电流称为互感电流，用符号,i,M,表示，如,图,3-5,所示。图中接入变化电流的线圈,1,称为一次线圈,(,主线圈,),，而与检流计相连接的线圈,2,称为二次线圈,(,副线圈,),。,下一页,上一页,返回,第一节磁路的基本知识,四、变压器的工作原理,变压器是根据互感原理而制成的静止电器，最简单的构造如,图,3-6,所示。在一个闭合的铁芯上绕有两组与铁芯绝缘的匝数不等的绕组，与电源相连的绕组称为一次绕组，与负载相连的绕组称为二次绕组，一次绕组和二次绕组都由绝缘导线绕制。,五、变压器绕组,在实际工作中，有时要把绕组串联起来，以增高电压,;,有时又要把绕组并联起来，以增大电流。,图,3-8,中两个绕组,A,和,B,匝数相同，绕向一致，额定电压都为,110 V,，如果要把它们接到,220 V,交流电源上去时，必须,2,3,相连，,1,4,接,220 V,电压,;,而如果要把它们接到,110 V,交流电压上去时，则必须,1,3,相连，,2,4,相连后再接上,110 V,电压，如,图,3-9,所示,.,下一页,上一页,返回,第一节磁路的基本知识,六、变压器的额定值,1.,额定电压,U,1N,和,U,2N,一次绕组的额定电压,U,1N,是根据变压器的绝缘强度和允许温升所规定加人的电压值，而二次绕组的额定电压,U,2N,是在一次绕组加上额定电压时二次绕组的空载电压。在三相变压器中，,U,1N,和,U,2N,都是指线电压。,2.,额定电流,I,1N,和,I,2N,额定电流,II,、和,是根据绝缘材料的强度所允许的温度而长期允许通过的电流最大值。在三相变压器中，,I,1N,和,I,2N,是指线电流。,下一页,上一页,返回,第一节磁路的基本知识,3.,额定容量,S,N,额定容量用视在功率来表示，单位为伏安,(VA),或千伏安,(kV A),在单相变压器中,在三相变压器中,下一页,上一页,返回,第一节磁路的基本知识,4.,额定频率,f,N,额定频率是指加到变压器一次绕组上的电压允许频率。我国规定标准工业频率为,50 Hz,七、变压器的损耗与效率,1.,变压器的损耗,变压器的输入功率为,变压器的输出功率为,下一页,上一页,返回,第一节磁路的基本知识,2.,变压器的效率,八、自藕变压器,普通变压器的一次绕组和二次绕组是互相分开的。而如果将变压器制成如,图,3-10,所示的那样，将一次绕组和二次绕组合在一起，一次绕组和二次绕组之间不仅有磁的藕合联系，还有电的联系，这种变压器称为自藕变压器。,下一页,上一页,返回,第一节磁路的基本知识,自藕变压器的工作原理与普通变压器相同，它也具有变压变流的作用，即,上一页,返回,第二节汽车发电机的基本结构与拆装,一、交流发电机的基本构造和应用,目前，国内外生产的汽车交流发电机其结构基本相同，都是三相同步交流发电机，如,图,3-11,所示。,三相同步交流发电机由风扇、,V,形带轮、转子总成、定子总成、端盖、电刷与刷架等部件组成。,1.,风扇和,V,形带轮,(1),风扇风扇的作用是在发电机工作时强制进行抽风冷却。常见的风扇一般由钢板冲制卷角而成，用半圆键安装在前端盖外侧的转轴上。它将机内的空气通过前端盖上的通风孔吸出来，使空气高速流经发电机内部对发电机的转子线圈和定子线圈进行强制冷却。另一种风扇直接安置在转子爪极上，前、后各一个，从外面看不到风扇，机壳类似网格，能直接把机内的热空气排出机外，冷却效果更好。,下一页,返回,第二节汽车发电机的基本结构与拆装,(2)V,形带轮,V,形带轮通过,V,形带将发动机的转矩传给转子。带轮通常用铸铁铸造，有单槽与双槽两种，用半圆键装在转子轴上，再用弹性垫圈和螺母紧固。,V,形带轮直径会影响发电机的性能。,2.,转子总成,转子总成是交流发电机的磁极部分，用来产生磁场。由转子轴、两块爪形磁极、励磁绕组、磁扼、滑环等组成，如,图,3-12,所示。,3.,定子总成,定子总成是三相交流发电机的电枢，用来产生三相交流电。它由定子铁芯和三相绕组组成。定子铁芯用硅钢片冲制叠压而成。为减少磁损失，硅钢片两侧涂有绝缘漆或进行氧化处理铁芯内圆冲有线槽，以便安放三相绕组，如,图,3-13,所示。,下一页,上一页,返回,第二节汽车发电机的基本结构与拆装,4.,端盖,端盖的作用是支承转子，封闭内部结构，它采用铝合金压铸或用翻砂铸造而成。采用铝合金最主要的目的是为了防止漏磁，同时又可减少发电机质量，使散热性能良好。,5.,电刷和刷架,两只电刷装在刷架的孔内，借弹簧的压力与滑环保持接触，将直流电引入励磁绕组。电刷由石墨制成。刷架多用酚醛玻璃纤维塑料制成。,下一页,上一页,返回,第二节汽车发电机的基本结构与拆装,二、交流发电机的基本工作原理,交流发电机的基本原理是电磁感应原理。当励磁绕组通以直流电时，磁极被磁化，产生轴向磁场，两块爪形磁极被磁化，形成了六对相间排列的磁极。磁感线从转子的,N,极出发，穿过转子与定子间很小的气隙，进入定子铁芯，然后又经空气隙回到相邻的,S,极，通过磁扼构成回路。,当转子旋转时，励磁绕组所产生的磁场也随之转动，形成旋转磁场。固定不动的三相定子绕组在旋转磁场的作用下，产生交流电动势，如,图,3-14,所示。由于三相绕组是对称绕制的，故产生三个频率相同、幅值相等、相位互差,120,的正弦电动势。,e,U,和,e,V,，,e,W,其瞬时值分别为,下一页,上一页,返回,第二节汽车发电机的基本结构与拆装,对于定型的三相同步交流发电机而言，每相电动势有效值的大小，与转子的转速和磁极磁通的乘积成正比。即,若略去发电机内部压降，可得发电机的相电压,U,p,为,下一页,上一页,返回,第二节汽车发电机的基本结构与拆装,三、交流发电机的工作特性,1.,空载特性,空载特性是指交流发电机空载时，输出电压与转速之间的关系，即,I=0,U=f(n),如,图,3-15,所示。,2.,输出特性,输出特性也称负载特性，是指发电机向负载供电时，保持发电机输出电压一定,(,对,12 V,的发电机规定为,14 V,，对,24 V,的发电机规定为,28 V),，发电机的输出电流与转速关系，即输出电压,U,为常数时，,I,f,(n,),的曲线，如,图,3-16,所示。,3.,外特性,外特性是指转速一定时，交流发电机的端电压随输出电流的变化关系，即,n,为常数时，,U=f(I),的曲线。交流发电机的外特性如,图,3-17,所示。,下一页,上一页,返回,第二节汽车发电机的基本结构与拆装,四、交流发电机的检测种类,1.,转子的检测,(1),励磁绕组的检测用万用表电阻挡,R x 1,挡测量励磁绕组电阻值，标准为,56,如,图,3-18,所示。,(2),滑环的检测用万用表检测转子滑环与转子轴颈之间的绝缘电阻值应为,，如,图,3-19,所示。,2.,定子的检测,(1),定子绕组电阻值的检测万用表电阻挡,Rx1,挡检查三相绕组间的电阻，应小于,1,，如,图,3-20,所示。,(2),定子绕组绝缘性检测用万用表电阻挡,Rxl,k,挡,(,或兆欧表,),检查定子绕组与定子铁芯的绝缘电阻应为,，如,图,3-21,所示。,上一页,返回,第三节汽车电动机的基本结构与拆装,一、直流串励式电动机的基本构造,直流串励式电动机主要由电枢、磁极、机壳、端盖、电刷与刷架等部件组成，如,图,3-22,所示。,1.,电枢,(,又称转子总成,),电枢的作用是产生电磁转矩，由电枢铁芯、电枢绕组、换向器与电枢轴组成，如,图,3-23,所示。,2.,磁极,(,又称定子总成,),磁极的作用是建立磁场，它由磁极铁芯和励磁绕组组成。为了增大启动转矩，磁极数一般为,4,个，功率大于,7.35 kW,的电动机有用,6,个磁极的，如,图,3-24,所示。,下一页,返回,第三节汽车电动机的基本结构与拆装,3.,机壳,电动机的外壳构成电动机的导磁回路。在机壳的一端留有检视孔，以便对电刷和换向器进行检修。通常检视孔装有防尘箍，以防灰尘和其他污物进入内部。其上有一绝缘接线柱，是电动机的电流引入线，起动机的电磁开关也安装在机壳上,4.,端盖,端盖有两个。前端盖由铸铁浇铸而成，因起动机的传动机构装在内部，故又称为驱动端盖。在前端盖上设有拨叉座以及驱动齿轮的行程调整螺钉，并有小轴销支承拨叉，为了适应较长的电枢轴，还装有中间轴承板，以免电枢轴弯曲变形。后端盖一般为钢板压制而成。,下一页,上一页,返回,第三节汽车电动机的基本结构与拆装,5.,电刷与刷架,电刷与换向器配合，将电流引入电动机的励磁绕组及电枢绕组。电刷由铜粉与石墨粉压制而成，以减少电阻，并增加耐磨性。其顶部有软铜引线。,刷架多制成框式，固定在后端盖内，正极刷架与端盖绝缘，负极刷架本身搭铁。刷架上装有弹力较强的盘形弹簧，工作中压在电刷后部，以保证电刷与换向器接触良好。,(80%90%),下一页,上一页,返回,第三节汽车电动机的基本结构与拆装,二、电动机的基本工作原理,根据电磁学原理，通电导体在磁场中将受到电磁力的作用而产生运动，其运动的方向随通过电流的方向和所处磁场中磁极的位置而不同，按“左手定则”判定。,将置于永久磁场中并具有转轴的单匝线圈的两个端头，接在与转轴同转的两个彼此绝缘或分开的半圆形换向片上，半圆形换向片再与固定的上、下两块铜片,(,相当于电刷,),滑动接触良好，将铜片引出两个接线柱，这就构成了一个最简单的电动机模型，如,图,3-25,所示。,下一页,上一页,返回,第三节汽车电动机的基本结构与拆装,三、直流电动机的工作特性,1.,启动转矩大且过载能力强,2.,重载与轻载,重载转速低，轻载转速高。,四、直流电动机的启动,直流电动机刚接入电源启动时，因为电动机转速等于零。电枢上的反电动势为零。故而外加电压全部加到电枢电阻上，而电枢电阻一般都较小，此时电动机的电枢电流会很大。即启动电流为,下一页,上一页,返回,第三节汽车电动机的基本结构与拆装,这样大的起动电流,(,为额定电流的,11,倍,),，会使直流电动机的换向器形成火花而烧坏。因此起动时，必须在电枢电路中串人电阻或降低电源电压，以限制其起动电流。但又要考虑起动转矩不应因起动电流减小太多而影响起动能力，一般限制在,1.52.5,倍额定电流。如,图,3-26,所示为并励式直流电动机的起动线路图。,汽车起动机采用串励式直流电动机，即励磁绕组与电枢绕组串联，如,图,3-27,所示。起动时，可使电流达到最大,(,约,100 A),，此时电枢的输出转矩也最大，使汽车很容易起动。而汽车起动机允许短时间超载工作。串励式比并励式直流电动机的起动转矩要大得多。,五、直流电动机的种类,直流电动机的调速一般有以下三种。以并励式直流电动机为例，电动机转速为,下一页,上一页,返回,第三节汽车电动机的基本结构与拆装,1.,改变磁极磁通,改变磁通,值的大小，可以改变转速,n,。为此在励磁电路中串接一个磁场变阻器,R,，如,图,3-28,所示。如把磁场变阻器阻值增大，则励磁电流减小，磁通,也随之减小，电动机的转速升高,;,反之，磁场变阻器阻值减小，则电动机的转速降低。,由于并励电动机的励磁电流较小，而在调速过程中能量耗损也较小，故而实际使用中应用较广。,2.,改变电枢电路中的电阻,在电枢电路中串联一个可调变阻器,R,sc,。如,图,3-30,所示。,下一页,上一页,返回,第三节汽车电动机的基本结构与拆装,3.,改变电源电压,U,由公式,若保持励磁电路中磁通少不变，改变电动机的直流电源电压,U,可以实现平滑调节。,为改变直流电压电源，过去常采用直流发电机，现在大多数采用晶闸管整流电源。,六、直流电动机的转向原理,由直流电动机的工作原理可知，要改变直流电动机的转向，只需要改变电枢电流方向或者励磁电流方向，但两者只能取一，通常是采用改变电枢电流方向。因为励磁电路的电感较大，故而反接时会产生很高的感应电动势而击穿励磁绕组。,下一页,上一页,返回,第三节汽车电动机的基本结构与拆装,七、步进电动机的基本工作原理,步进电动机是一种将脉冲信号转换成相应的机械位移,(,角位移或线位移,),的机电装置。因为其随输入脉冲信号而断续性运转，故又称脉冲电动机。,步进电动机的转角与输入脉冲数成正比，其转速与电脉冲频率成正比，而不受电压波动、负载变化和外界环境的影响。与一般电动机相比，步进电动机具有快速启动、反转和停止等特点，并有调速范围宽、角位移,(,线位移,),误差不会长期累积等优点，因此被广泛应用于数字控制系统中。,与一般电动机不同，步进电动机不是连续性转动，而是按输入脉冲信号一步一步转动的，每输入一个脉冲，电动机就转过一个固定的角度，而它的旋转方向随输入脉冲相序的改变而改变。,下一页,上一页,返回,第三节汽车电动机的基本结构与拆装,图,3-31,所示为最简单的反应式步进电动机。在对称的定子铁芯磁极上，绕有三相星形联结的控制绕组，中间转子铁芯没有绕组。当每对磁极上的每相绕组依次通入脉冲直流电时，转子会跟着节拍旋转起来。,八、直流电动机的检测方法及种类,1.,励磁绕组的检查,(1),断路故障最常见的断路点是在机壳接线柱与绕组抽头之间的连接导线焊接处、各励磁绕组之间的接线处，在拆检的同时应注意观察。,(2),搭铁故障励磁绕组的搭铁故障多因绝缘层击穿或被碰伤所致，可用,220 V,试灯检查，也可用万用表的电阻挡检查，如,图,3-33,所示。,下一页,上一页,返回,第三节汽车电动机的基本结构与拆装,(3),短路故障当励磁绕组存在匝间短路时，绕组表面有烧焦痕迹。对于无烧焦痕迹的绕组，可将其放在电枢感应仪上检查，如,图,3-34,所示。存在短路故障的励磁绕组，感应仪通电,5 min,后，会出现发热现象。,2.,电枢的检查,(1),断路故障首先应查看绕组端头与换向片的焊接点，若有脱焊及焊料熔化流失的痕迹，即可断定此处断路,;,若发现某换向片烧蚀严重，应注意检查此换向片嵌线槽处是否有焊料熔化痕迹。也可用万用表测量换向器上相邻两个铜条之间的电阻是否为,0,，如果不是，则表示换向器铜条之间断路，应更换电枢。,(2),搭铁故障电枢绕组的搭铁故障可用,220 V,试灯检查。用试灯的一支表笔接电枢铁芯，另一支表笔接换向片，如,图,3-35,所示，若试灯亮说明存在搭铁故障。若接触另一些换向片时灯不亮，则说明同时存在搭铁和断路故障。也可用万用表测量换向器的每个铜条与电枢轴之间的电阻是否为,，如果不是则表示换向器铜条有短路，应更换电枢。,下一页,上一页,返回,第三节汽车电动机的基本结构与拆装,3),匝间短路故障首先应检查各线圈在铁芯两端的槽外部分有无变形及相互接触现象。在校正变形并确认无接触故障后，可将电枢放在电枢感应仪上检验，如,图,3-36,所示。,(4),电枢轴弯曲与换向器偏心检查当起动机出现“扫膛”或换向器处出现冒火花等现象时，应按,图,3-37,所示方法检查电枢外圆表面和换向器表面的径向跳动。通常，电枢铁芯外圆表面跳动量不大于,0.15 mm,，换向器表面跳动量不大于,0.05 mm,上一页,返回,图,3-1,磁场对载流导体的作用力,返回,图,3-2,实验一示意图,返回,图,3-3,实验二示意图,返回,图,3,一,4,自感现象,返回,图,3,一,5,互感现象,返回,图,3-6,变压器结构,返回,图,3-8,两个绕组串联,返回,图,3-9,两个绕组并联,返回,图,3-10,自藕变压器,返回,图,3-11,交流发电机,返回,图,3-12,转子示意图,返回,图,3-13,定子示意图,返回,图,3-14,三相交流电,返回,图,3-15,交流发电机空载特性,返回,图,3-16,交流发电机输出特性,返回,图,3-17,交流发电机外特性,返回,图,3-18,励磁绕组电阻值的检查,返回,图,3-19,转子滑轮与转子轴维缘电阻值的检查,返回,图,3-20,定子绕组电阻值的检测,返回,图,3-21,定子绕组绝缘性检测,返回,图,3-22,直流串励式电动机,返回,图,3-23,电枢,返回,图,3-24,磁极,返回,图,3-25,直流电动机的工作原理,返回,图,3-26,并励式直流电动机的起动线路图,返回,图,3-27,串励式电动机的线路,返回,图,3-28,并励式电动机改变,的调速线路,返回,图,3-30,电枢电路中串接电阻调速,返回,图,3-31,反应式米讲电动机工作示意图,返回,图,3-33,励磁绕组搭铁故障检查,返回,图,3-34,励磁绕组短路检查,返回,图,3-35,转子搭铁故障检查,返回,图,3-36,电枢绕组短路检查,返回,图,3-37,电枢轴弯曲检查,返回,