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百家了7囗公式第三章汽车电机基本结构及拆装
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  第三章汽车电机基本结构及拆装_物理_自然科学_专业资料。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

  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.磁通量(φ) 磁通量是表征在某个面积上的磁场强弱的物理量,用符号φ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 上一页 下一页 返回 第一节磁路的基本知识 3.磁导率(μ) 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μ0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 上一页 下一页 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。 上一页 下一页 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,百家了7囗公式如果 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。 上一页 下一页 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 上一页 下一页 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eL,其表达式为 上一页 下一页 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eL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Nφ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 上一页 下一页 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eM表示,而由互感电动势产生的电流称为互感电流,用符号iM表 示,如图3 -5所示。图中接入变化电流的线称为一次线圈(主线圈), 而与检流计相连接的线称为二次线圈(副线圈)。 上一页 下一页 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. 上一页 下一页 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U1N和U2N 一次绕组的额定电压U1N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U2N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, U1N和U2N都是指 线N 额定电流II、和Ⅳ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, I1N和I2N是指线电流。 上一页 下一页 返回 第一节磁路的基本知识 3.额定容量SN 额定容量用视在功率来表示,单位为伏安(V·A)或千伏安(kV ·A) 在单相变压器中 在三相变压器中 上一页 下一页 返回 第一节磁路的基本知识 4.额定频率fN 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 上一页 下一页 返回 第一节磁路的基本知识 2.变压器的效率η 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。 上一页 下一页 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。 上一页 下一页 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。 上一页 下一页 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。eU和eV,eW其瞬时值 分别为 上一页 下一页 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Up为 上一页 下一页 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, If(n)的曲线.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。 上一页 下一页 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 Ω挡测量励磁绕组电阻值,标 准为5~6 Ω,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。百家了7囗公式! 2.定子的检测 (1)定子绕组电阻值的检测万用表电阻挡Rx1 Ω挡检查三相绕组间的电 阻,应小于1 Ω ,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 Ω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。 上一页 下一页 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%) 上一页 下一页 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。 上一页 下一页 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 上一页 下一页 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. 5~2. 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 上一页 下一页 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φ 改变磁通φ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φ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Rsc。如图3-30所示。 上一页 下一页 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。 上一页 下一页 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。 上一页 下一页 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。 上一页 下一页 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。 上一页 下一页 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串励式电动机的线并励式电动机改变φ的调速线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