《汽車電工電子技術(shù)》教材同步PPT課件,汽車電工電子技術(shù),汽車,電工,電子技術(shù),教材,同步,PPT,課件 第四章第四章 汽車電動門窗升降電路汽車電動門窗升降電路4.1 4.1 直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理4.2 4.2 直流電動機的勵磁方式直流電動機的勵磁方式4.3 4.3 直流電動機的啟動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速直流電動機的啟動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速4.5 4.5 三相交流電路三相交流電路4.6 4.6 車用直流起動機車用直流起動機4.4 4.4 無刷直流電機無刷直流電機4.1 4.1 直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理直流電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理4.1.1 直流電動機的結(jié)構(gòu)直流電動機的結(jié)構(gòu)4.1.2 直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理4.1.3 直流電動機的反電動勢和電磁直流電動機的反電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩4.1.4 直流電動機的轉(zhuǎn)矩平衡直流電動機的轉(zhuǎn)矩平衡4.1.5 直流電動機的銘牌直流電動機的銘牌 直直流流電電動動機機主主要要由由定定子子（固固定定部部分分）和和電樞（旋轉(zhuǎn)部分）兩大部分組成。電樞（旋轉(zhuǎn)部分）兩大部分組成。圖圖5-15-1所示為直流電動機的結(jié)構(gòu)圖。所示為直流電動機的結(jié)構(gòu)圖。4.1.1 直流電動機的結(jié)構(gòu)直流電動機的結(jié)構(gòu)圖圖圖圖4-1 4-1 直流電動機的結(jié)構(gòu)圖直流電動機的結(jié)構(gòu)圖直流電動機的結(jié)構(gòu)圖直流電動機的結(jié)構(gòu)圖 定子主要由主磁極、換向磁極、機座、端定子主要由主磁極、換向磁極、機座、端蓋、電刷裝置等部件組成。蓋、電刷裝置等部件組成。（1 1）主磁極）主磁極 主磁極的作用是產(chǎn)生主磁場。主磁極的作用是產(chǎn)生主磁場。1 1定子定子圖圖圖圖4-2 4-2 主磁極結(jié)構(gòu)圖主磁極結(jié)構(gòu)圖主磁極結(jié)構(gòu)圖主磁極結(jié)構(gòu)圖 （2 2）換向磁極）換向磁極 在相鄰的主磁極之間裝有換向磁極，它在相鄰的主磁極之間裝有換向磁極，它也是由鐵芯和繞組構(gòu)成。也是由鐵芯和繞組構(gòu)成。其作用是消除或減小換向時的火花，保其作用是消除或減小換向時的火花，保護換向器，使電動機可靠安全的運行。護換向器，使電動機可靠安全的運行。（3 3）機座）機座 圖圖圖圖4-3 4-3 機座結(jié)構(gòu)圖機座結(jié)構(gòu)圖機座結(jié)構(gòu)圖機座結(jié)構(gòu)圖（4 4）電刷裝置）電刷裝置 電刷裝置一般由電刷、刷握、引線、電刷電刷裝置一般由電刷、刷握、引線、電刷彈簧等構(gòu)成。彈簧等構(gòu)成。直流電動機的轉(zhuǎn)子是電動機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換直流電動機的轉(zhuǎn)子是電動機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以常稱之為電樞。的樞紐，所以常稱之為電樞。電樞部分包括電樞鐵芯、電樞繞組、換向電樞部分包括電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸、軸承、風扇等。器、轉(zhuǎn)軸、軸承、風扇等。2 2電樞電樞（1 1）電樞鐵芯）電樞鐵芯 （2 2）電樞繞組）電樞繞組圖圖圖圖4-4 4-4 小型直流電動機電樞沖片和電樞鐵芯示意圖小型直流電動機電樞沖片和電樞鐵芯示意圖小型直流電動機電樞沖片和電樞鐵芯示意圖小型直流電動機電樞沖片和電樞鐵芯示意圖（3 3）換向器）換向器圖圖圖圖4-5 4-5 換向器結(jié)構(gòu)示意圖換向器結(jié)構(gòu)示意圖換向器結(jié)構(gòu)示意圖換向器結(jié)構(gòu)示意圖 流流電電動動機機也也是是由由磁磁路路和和電電路路兩兩個個基基本本部部分分組成的。組成的。它它的的工工作作原原理理仍仍以以電電磁磁力力定定律律和和電電磁磁感感應應定律為基礎。定律為基礎。4.1.2 直流電動機的工作原理直流電動機的工作原理圖圖圖圖4-6 4-6 直流電動機的工作原理圖直流電動機的工作原理圖直流電動機的工作原理圖直流電動機的工作原理圖E Ea aK Ke en n （4-14-1）式式中中，K Ke e電電動動勢勢常常數(shù)數(shù)，由由電電動動機機本本身的結(jié)構(gòu)所決定。身的結(jié)構(gòu)所決定。直流電動機運轉(zhuǎn)時，電樞中的電流為直流電動機運轉(zhuǎn)時，電樞中的電流為（4-24-2）式中，式中，U U外加電壓；外加電壓；R Ra a電樞繞組的電阻。電樞繞組的電阻。4.1.3 直流電動機的反電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩直流電動機的反電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩 于是得于是得U U=E Ea a+R Ra aI Ia a（4-34-3）這這是是直直流流電電動動機機的的電電壓壓平平衡衡方方程程式式，顯顯然然E Ea aU U。上上式式兩兩邊邊乘乘以以電電流流（I Ia a），即即得得功功率平衡方程：率平衡方程：UIUIa a=E=Ea aI Ia a+R+Ra aI Ia a2 2（4-44-4）式式中中，E Ea aI Ia a電電磁磁功功率率，它它轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化為為電電動動機機的的機機械械功功率率，如如果果不不計計摩摩擦擦損損耗耗，它它也也就就是電動機的輸出功率；是電動機的輸出功率；R Ra aI Ia a2 2電樞繞組的銅耗；電樞繞組的銅耗；UIUIa a電源供給的電功率（不計鐵耗）。電源供給的電功率（不計鐵耗）。直直流流電電動動機機的的電電磁磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩（T T）與與每每極極磁磁通通（）和電樞電流（）和電樞電流（I Ia a）成正比：）成正比：TT=K KT TIIa a （4-54-5）式式中中，KTKT轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩常常數(shù)數(shù)，取取決決于于電電動動機機的結(jié)構(gòu)。的結(jié)構(gòu)。直流電動機的穩(wěn)定運行狀況取決于負載直流電動機的穩(wěn)定運行狀況取決于負載的大??；當負載發(fā)生變化時，電動機的轉(zhuǎn)速、的大小；當負載發(fā)生變化時，電動機的轉(zhuǎn)速、電流、轉(zhuǎn)矩都將自動地作相應的變化來達到電流、轉(zhuǎn)矩都將自動地作相應的變化來達到新的平衡。新的平衡。轉(zhuǎn)速公式可由式（轉(zhuǎn)速公式可由式（4-14-1）和式（）和式（4-34-3）得）得出出（4-64-6）4.1.4 直流電動機的轉(zhuǎn)矩平衡直流電動機的轉(zhuǎn)矩平衡 直流電動機的銘牌上標明其型號、額定直流電動機的銘牌上標明其型號、額定數(shù)據(jù)和勵磁方式等。數(shù)據(jù)和勵磁方式等。型號主要說明產(chǎn)品代號和規(guī)格代號。型號主要說明產(chǎn)品代號和規(guī)格代號。例如，型號為例如，型號為Z-132L-THZ-132L-TH的直流電動機，的直流電動機，說明此直流電動機是中心高為說明此直流電動機是中心高為132mm132mm，長機座，長機座，適用于濕熱帶地區(qū)使用的普通直流電動機。適用于濕熱帶地區(qū)使用的普通直流電動機。4.1.5 直流電動機的銘牌直流電動機的銘牌 直直流流電電動動機機在在標標準準環(huán)環(huán)境境溫溫度度下下，帶帶額額定定負負載載、按按規(guī)規(guī)定定勵勵磁磁方方式式勵勵磁磁且且使使勵勵磁磁電電流流為為額額定定值值、電電樞樞繞繞組組加加額額定定電電壓壓時時的的運運行行方方式式，稱為額定運行。稱為額定運行。額定數(shù)據(jù)主要有如下幾個。額定數(shù)據(jù)主要有如下幾個。額定電壓（額定電壓（U UN N）指直流電動機額定運行時，）指直流電動機額定運行時，電樞繞組外接電源的電壓，也是電動機安全工電樞繞組外接電源的電壓，也是電動機安全工作的最高電壓。作的最高電壓。1 1額定電壓額定電壓 額定電流（額定電流（I IN N）指直流電動機額定運行）指直流電動機額定運行時，電樞繞組流過的直流電流，也是電動機按時，電樞繞組流過的直流電流，也是電動機按規(guī)定長期額定運行時電樞繞組可以通過的最大規(guī)定長期額定運行時電樞繞組可以通過的最大電流。電流。2 2額定電流額定電流 額額定定功功率率（P PN N）指指電電動動機機額額定定運運行行時時，軸軸上輸出的機械功率。即上輸出的機械功率。即P PNN=U UN NI IN N N N （4-74-7）式中，式中，N N額定效率。額定效率。3 3額定功率額定功率 額定轉(zhuǎn)速（額定轉(zhuǎn)速（n nN N）指電動機額定運行時的轉(zhuǎn)）指電動機額定運行時的轉(zhuǎn)速。速。根據(jù)銘牌上一些物理量的額定值，可以計根據(jù)銘牌上一些物理量的額定值，可以計算另一些物理量的額定值，則額定轉(zhuǎn)矩為算另一些物理量的額定值，則額定轉(zhuǎn)矩為（4-84-8）4 4額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 勵勵磁磁方方式式是是指指勵勵磁磁繞繞組組的的供供電電方方式式，勵勵磁磁方式與電動機的性能有密切關(guān)系。方式與電動機的性能有密切關(guān)系。直直流流電電動動機機有有他他勵勵、并并勵勵、串串勵勵和和復復勵勵種勵磁方式。種勵磁方式。5 5勵磁方式勵磁方式4.2 4.2 直流電動機的勵磁方式直流電動機的勵磁方式4.2.1 他勵直流電動機他勵直流電動機4.2.2 并勵直流電動機并勵直流電動機4.2.3 串勵直流電動機串勵直流電動機4.2.4 復勵直流電動機復勵直流電動機 勵磁電流為勵磁電流為式中，式中，U Uf f勵磁電壓；勵磁電壓；R Rf f勵磁電阻（包括勵磁繞組電勵磁電阻（包括勵磁繞組電阻和勵磁調(diào)節(jié)電阻）。阻和勵磁調(diào)節(jié)電阻）。為了能用較小的電流產(chǎn)生足夠的磁場，為了能用較小的電流產(chǎn)生足夠的磁場，勵磁繞組匝數(shù)很多，導線截面很細，所以勵磁繞組匝數(shù)很多，導線截面很細，所以R Rf f比較大，一般的關(guān)系是比較大，一般的關(guān)系是R Rf fR Ra a。4.2.1 他勵直流電動機他勵直流電動機圖圖圖圖4-7 4-7 他勵直流電動機的等效電路圖他勵直流電動機的等效電路圖他勵直流電動機的等效電路圖他勵直流電動機的等效電路圖 并勵直流電動機的勵磁繞組與其電樞電并勵直流電動機的勵磁繞組與其電樞電路并聯(lián)后，共同由一個直流電源供電，其等路并聯(lián)后，共同由一個直流電源供電，其等效電路如圖效電路如圖4-84-8所示，這時電源輸出的電流等所示，這時電源輸出的電流等于電樞電流與勵磁電流之和，即于電樞電流與勵磁電流之和，即I I=I Ia a+I If f （4-94-9）4.2.2 并勵直流電動并勵直流電動圖圖圖圖4-8 4-8 并勵直流電動機的等效電路圖并勵直流電動機的等效電路圖并勵直流電動機的等效電路圖并勵直流電動機的等效電路圖圖圖圖圖4-9 4-9 并勵直流電動機的機械特性曲線并勵直流電動機的機械特性曲線并勵直流電動機的機械特性曲線并勵直流電動機的機械特性曲線 串勵直流電動機的勵磁繞組和電樞繞組串勵直流電動機的勵磁繞組和電樞繞組串聯(lián)后，由一個電源供電，其等效電路如圖串聯(lián)后，由一個電源供電，其等效電路如圖4-104-10所示。所示?？梢姶畡钪绷麟妱訖C的勵磁電流就是電可見串勵直流電動機的勵磁電流就是電樞電流，其數(shù)值為樞電流，其數(shù)值為（4-114-11）4.2.3 串勵直流電動機串勵直流電動機圖圖圖圖4-10 4-10 串勵直流電動機的等效電路圖串勵直流電動機的等效電路圖串勵直流電動機的等效電路圖串勵直流電動機的等效電路圖 復勵直流電動機的主磁極上裝有兩個勵復勵直流電動機的主磁極上裝有兩個勵磁繞組。磁繞組。一個勵磁繞組與電樞電路并聯(lián)，稱為并一個勵磁繞組與電樞電路并聯(lián)，稱為并勵繞組；另一個勵磁繞組與電動機電樞串聯(lián)，勵繞組；另一個勵磁繞組與電動機電樞串聯(lián)，稱為串勵繞組；兩繞組共同由一個直流電源稱為串勵繞組；兩繞組共同由一個直流電源供電。供電。4.2.4 復勵直流電動機復勵直流電動機圖圖圖圖4-11 4-11 復勵直流電動機的等效電路圖復勵直流電動機的等效電路圖復勵直流電動機的等效電路圖復勵直流電動機的等效電路圖4.3 4.3 直流電動機的啟動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速直流電動機的啟動、反轉(zhuǎn)和調(diào)速4.3.1 啟動啟動4.3.2 反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)4.3.3 調(diào)速調(diào)速 電動機在啟動的瞬間轉(zhuǎn)速電動機在啟動的瞬間轉(zhuǎn)速n=0n=0，所以此時，所以此時E Ea=0a=0，此時電樞電流稱為啟動電流（，此時電樞電流稱為啟動電流（I Istst），），根據(jù)式（根據(jù)式（4-24-2）可知）可知（4-124-12）根據(jù)式（根據(jù)式（5-165-16）可知為了減小啟動電流，）可知為了減小啟動電流，對于容量稍大的直流電動機，啟動時可降低對于容量稍大的直流電動機，啟動時可降低加在電樞繞組上的電壓，或在電樞電路中串加在電樞繞組上的電壓，或在電樞電路中串聯(lián)啟動變阻器。聯(lián)啟動變阻器。4.3.1 啟動啟動 降壓啟動的方法只適用于他勵直流電動機。降壓啟動的方法只適用于他勵直流電動機。這種方法要求有一個電壓可變的直流電源（如這種方法要求有一個電壓可變的直流電源（如可控硅電源）專供電樞使用?？煽毓桦娫矗９╇姌惺褂?。啟動時，降低電樞電壓，待啟動后，隨著啟動時，降低電樞電壓，待啟動后，隨著轉(zhuǎn)速的升高逐步升高電樞電壓，直到轉(zhuǎn)速達到轉(zhuǎn)速的升高逐步升高電樞電壓，直到轉(zhuǎn)速達到額定值。額定值。1 1降壓啟動降壓啟動2 2串聯(lián)啟動變阻器串聯(lián)啟動變阻器圖圖圖圖4-12 4-12 并勵直流電動機串并勵直流電動機串并勵直流電動機串并勵直流電動機串變阻器啟動原理電路變阻器啟動原理電路變阻器啟動原理電路變阻器啟動原理電路 改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向叫反轉(zhuǎn)。改變電動機的旋轉(zhuǎn)方向叫反轉(zhuǎn)。改改變變電電動動機機的的旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)方方向向就就是是改改變變電電動動機機電電磁轉(zhuǎn)矩方向。磁轉(zhuǎn)矩方向。電電磁磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩的的方方向向是是由由主主磁磁通通方方向向和和電電樞樞電流的方向共同決定的。電流的方向共同決定的。因因此此，改改變變電電樞樞電電流流或或主主磁磁通通的的方方向向都都能使電磁轉(zhuǎn)矩方向改變。能使電磁轉(zhuǎn)矩方向改變。實實現(xiàn)現(xiàn)電電動動機機反反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的的具具體體方方法法有有改改變變電電樞樞電壓極性和改變勵磁電壓極性。電壓極性和改變勵磁電壓極性。4.3.2 反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)1 1改變電樞電壓極性改變電樞電壓極性圖圖圖圖4-13 4-13 并勵直流電動機改變電樞電壓極性電路圖并勵直流電動機改變電樞電壓極性電路圖并勵直流電動機改變電樞電壓極性電路圖并勵直流電動機改變電樞電壓極性電路圖 將勵磁繞組兩極接線調(diào)換，即可改變勵磁將勵磁繞組兩極接線調(diào)換，即可改變勵磁電壓的極性，使勵磁電流方向改變，從而使主電壓的極性，使勵磁電流方向改變，從而使主磁通的方向改變。磁通的方向改變。這種實現(xiàn)反轉(zhuǎn)的方法在實際中一般很少采這種實現(xiàn)反轉(zhuǎn)的方法在實際中一般很少采用。用。因為改接勵磁繞組接線時，勵磁電流有可因為改接勵磁繞組接線時，勵磁電流有可能出現(xiàn)中斷，從而引起能出現(xiàn)中斷，從而引起“飛車飛車”事故。事故。2 2改變勵磁電壓極性改變勵磁電壓極性 由由直直流流電電動動機機的的機機械械特特性性方方程程式式可可知知，當當轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩（T T）不不變變（負負載載不不變變）時時，影影響響電電動動機機轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速高高低低的的主主要要是是電電樞樞回回路路電電阻阻（R Ra a）、主主磁通（磁通（）、電源電壓（）、電源電壓（U U）3 3個因素。個因素。因此電動機的轉(zhuǎn)速可由下述因此電動機的轉(zhuǎn)速可由下述3 3種方法調(diào)節(jié)。種方法調(diào)節(jié)。4.3.3 調(diào)速調(diào)速1 1改變電樞電路的電阻調(diào)速改變電樞電路的電阻調(diào)速 圖圖圖圖4-14 4-14 電樞電路串聯(lián)電阻調(diào)速原理圖電樞電路串聯(lián)電阻調(diào)速原理圖電樞電路串聯(lián)電阻調(diào)速原理圖電樞電路串聯(lián)電阻調(diào)速原理圖 圖圖圖圖4-15 4-15 調(diào)速物理過程圖調(diào)速物理過程圖調(diào)速物理過程圖調(diào)速物理過程圖 這種調(diào)速方法的特點如下。這種調(diào)速方法的特點如下。只只能能在在額額定定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速（n nN N）以以下下進進行行調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)，簡稱下調(diào)。簡稱下調(diào)。由由于于流流過過調(diào)調(diào)速速電電阻阻（R Re e）上上的的電電流流為為電電樞樞電電流流，其其數(shù)數(shù)值值較較大大，故故R Re e上上的的能能量量損損耗耗大，不經(jīng)濟。大，不經(jīng)濟。使使電電動動機機的的機機械械特特性性變變軟軟。當當負負載載變變動動時時，電電動動機機的的速速度度變變化化較較大大，這這對對于于要要求求穩(wěn)速的負載來說是不利的。穩(wěn)速的負載來說是不利的。電電樞樞電電流流不不受受影影響響，數(shù)數(shù)值值保保持持不不變變，故這種調(diào)速叫作恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。故這種調(diào)速叫作恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。調(diào)控方法簡單，容易實現(xiàn)。調(diào)控方法簡單，容易實現(xiàn)。2 2改變勵磁電流調(diào)速改變勵磁電流調(diào)速圖圖圖圖4-16 4-16 勵磁電路串聯(lián)電阻調(diào)速原理圖勵磁電路串聯(lián)電阻調(diào)速原理圖勵磁電路串聯(lián)電阻調(diào)速原理圖勵磁電路串聯(lián)電阻調(diào)速原理圖圖圖圖圖4-17 4-17 調(diào)速物理過程圖調(diào)速物理過程圖調(diào)速物理過程圖調(diào)速物理過程圖 這種調(diào)速方法的特點如下。這種調(diào)速方法的特點如下。調(diào)速平滑，可做到無級調(diào)速。調(diào)速平滑，可做到無級調(diào)速。流流經(jīng)經(jīng)調(diào)調(diào)速速電電阻阻（R Re e）的的勵勵磁磁電電流流較較小小，故功率損耗小，比較經(jīng)濟。故功率損耗小，比較經(jīng)濟。調(diào)調(diào)速速后后機機械械特特性性變變軟軟，運運行行的的穩(wěn)穩(wěn)定定性性差。差。調(diào)速范圍比較小。調(diào)速范圍比較小。只只能能在在額額定定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速（n nN N）以以上上調(diào)調(diào)速速，簡簡稱上調(diào)，也稱為弱磁調(diào)速。稱上調(diào)，也稱為弱磁調(diào)速。直流電動機常由單獨的可調(diào)整流裝置供電。直流電動機常由單獨的可調(diào)整流裝置供電。目目前前用用得得最最多多的的可可調(diào)調(diào)直直流流電電源源是是晶晶閘閘管管整整流（流（SCRSCR）裝置。）裝置。調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)電電源源電電壓壓就就可可均均勻勻調(diào)調(diào)速速。因因為為加加在在電電樞樞上上的的電電壓壓不不能能超超過過額額定定值值（U UN N），所所以以這這種種調(diào)調(diào)速速方方法法只只能能在在額額定定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速（n nN N）以以下下作作均均勻勻調(diào)調(diào)速。速。這種調(diào)速方法具有調(diào)速范圍廣、平滑性好這種調(diào)速方法具有調(diào)速范圍廣、平滑性好等優(yōu)點，但需要專用的直流調(diào)壓電源。等優(yōu)點，但需要專用的直流調(diào)壓電源。3 3降低電源電壓降低電源電壓 4.4 4.4 無刷直流電機無刷直流電機4.4.1 無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)4.4.2 無刷直流電動機的工作原理無刷直流電動機的工作原理 無刷直流電動機按照其工作特性，基本無刷直流電動機按照其工作特性，基本上可以分為兩大類。上可以分為兩大類。（1 1）具有直流電動機特性的無刷直流電動機）具有直流電動機特性的無刷直流電動機 （2 2）具有交流電動機特性的無刷直流電動機）具有交流電動機特性的無刷直流電動機 無無刷刷直直流流電電動動機機的的組組成成：電電動動機機本本體體、位位置傳感器和電子換向線路。置傳感器和電子換向線路。4.4.1 無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)1 1電動機本體電動機本體圖圖圖圖4-18 4-18 曲型無刷直流電動機本體基本結(jié)構(gòu)曲型無刷直流電動機本體基本結(jié)構(gòu)曲型無刷直流電動機本體基本結(jié)構(gòu)曲型無刷直流電動機本體基本結(jié)構(gòu) 位置傳感器在無刷直流電動機中起著測定位置傳感器在無刷直流電動機中起著測定轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為邏輯開關(guān)電路提供正轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，為邏輯開關(guān)電路提供正確的換相信息，即將轉(zhuǎn)子磁鐵磁極的位置信號確的換相信息，即將轉(zhuǎn)子磁鐵磁極的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號，然后去控制定子繞組換相。轉(zhuǎn)換成電信號，然后去控制定子繞組換相。位置傳感器種類較多，目前在無刷直流電位置傳感器種類較多，目前在無刷直流電動機中常用的位置傳感器有電磁式位置傳感器、動機中常用的位置傳感器有電磁式位置傳感器、光電式位置傳感器和磁敏式位置傳感器。光電式位置傳感器和磁敏式位置傳感器。2 2位置傳感器位置傳感器 無刷直流電動機電子換向線路是用來控制無刷直流電動機電子換向線路是用來控制電動機定子上各相繞組通電的順序和時間，主電動機定子上各相繞組通電的順序和時間，主要由功率邏輯開關(guān)單元和位置傳感器信號處理要由功率邏輯開關(guān)單元和位置傳感器信號處理單元兩個部分組成。單元兩個部分組成。功率邏輯開關(guān)單元是控制電路的核心，其功率邏輯開關(guān)單元是控制電路的核心，其功能是將電源的功率以一定邏輯關(guān)系分配給無功能是將電源的功率以一定邏輯關(guān)系分配給無刷直流電動機定子上各相繞組，以便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)刷直流電動機定子上各相繞組，以便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場，從而使電動機產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。的磁場，從而使電動機產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。3 3電子換向線路電子換向線路 而各相繞組導通的順序和時間主要取決而各相繞組導通的順序和時間主要取決于來自位置傳感器的信號。于來自位置傳感器的信號。但位置傳感器所產(chǎn)生的信號一般不能直但位置傳感器所產(chǎn)生的信號一般不能直接用來控制功率邏輯開關(guān)單元，往往需要經(jīng)接用來控制功率邏輯開關(guān)單元，往往需要經(jīng)過一定邏輯處理后才能去控制功率邏輯開關(guān)過一定邏輯處理后才能去控制功率邏輯開關(guān)單元。單元。圖圖圖圖4-19 4-19 無刷直流電動機工作原理的方框圖無刷直流電動機工作原理的方框圖無刷直流電動機工作原理的方框圖無刷直流電動機工作原理的方框圖4.4.2 無刷直流電動機的工作原理無刷直流電動機的工作原理圖圖圖圖4-20 4-20 三相繞組無刷直流電動機半控橋電路原理圖三相繞組無刷直流電動機半控橋電路原理圖三相繞組無刷直流電動機半控橋電路原理圖三相繞組無刷直流電動機半控橋電路原理圖 在在圖圖4-204-20中中3 3只只光光電電器器件件（VP1VP1、VP2VP2、VP3VP3）的的安安裝裝位位置置各各相相差差120120，均均勻勻分分布布在在電動機一端。電動機一端。借借助助安安裝裝在在電電動動機機軸軸上上的的旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)遮遮光光板板（也也稱稱截截光光器器）的的作作用用，使使得得從從光光源源射射來來的的光光線線依依次次照照射射在在各各個個光光電電器器件件上上，并并依依照照某某一一光光電電器器件件是是否否被被照照射射到到光光線線來來判判斷斷轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子磁磁極的位置。極的位置。圖圖4-204-20中中所所示示位位置置傳傳感感器器的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子位位置置和和如圖如圖4-214-21（a a）所示的位置相對應。）所示的位置相對應。圖圖圖圖4-21 4-21 各相繞組電流與電動機轉(zhuǎn)子磁場的旋轉(zhuǎn)示意圖各相繞組電流與電動機轉(zhuǎn)子磁場的旋轉(zhuǎn)示意圖各相繞組電流與電動機轉(zhuǎn)子磁場的旋轉(zhuǎn)示意圖各相繞組電流與電動機轉(zhuǎn)子磁場的旋轉(zhuǎn)示意圖4.5 4.5 三相交流電路三相交流電路4.5.1 三相電源三相電源4.5.2 三相電源和負載的聯(lián)結(jié)三相電源和負載的聯(lián)結(jié)4.5.3 三相交流電路的功率三相交流電路的功率4.5.1 三相電源三相電源1 1三相交流電動勢三相交流電動勢圖圖圖圖4-22 4-22 三相交流發(fā)電機三相交流發(fā)電機三相交流發(fā)電機三相交流發(fā)電機 選定電動勢的參考方向由繞組的末端指選定電動勢的參考方向由繞組的末端指向首端，如圖向首端，如圖4-234-23（b b）所示，則）所示，則（4-134-13）相相應應的的波波形形圖圖、相相量量圖圖如如圖圖4-234-23（a a）、（b b）所示。）所示。圖圖圖圖4-23 4-23 三相對稱電動勢三相對稱電動勢三相對稱電動勢三相對稱電動勢2 2三相電源的星形聯(lián)結(jié)三相電源的星形聯(lián)結(jié)（1 1）星形聯(lián)結(jié)）星形聯(lián)結(jié) 把把上上述述三三相相繞繞組組的的末末端端U2U2、V2V2和和W2W2連連在在一一起，就構(gòu)成星形聯(lián)結(jié)，如圖起，就構(gòu)成星形聯(lián)結(jié)，如圖2-172-17所示。所示。圖圖圖圖4-24 4-24 三相電源的星形聯(lián)結(jié)三相電源的星形聯(lián)結(jié)三相電源的星形聯(lián)結(jié)三相電源的星形聯(lián)結(jié) 圖圖4-254-25所示為三相電源作星形聯(lián)結(jié)時的所示為三相電源作星形聯(lián)結(jié)時的電壓相量圖，由圖可見，星形聯(lián)結(jié)時，線電電壓相量圖，由圖可見，星形聯(lián)結(jié)時，線電壓是相電壓的壓是相電壓的 倍，即倍，即（4-144-14）（2 2）星形聯(lián)結(jié)時線電壓和相電壓的關(guān)系）星形聯(lián)結(jié)時線電壓和相電壓的關(guān)系 圖圖圖圖4-25 4-25 三相電源星形聯(lián)結(jié)時的電壓相量圖三相電源星形聯(lián)結(jié)時的電壓相量圖三相電源星形聯(lián)結(jié)時的電壓相量圖三相電源星形聯(lián)結(jié)時的電壓相量圖 需要說明的是，三相電源也可以作三角需要說明的是，三相電源也可以作三角形聯(lián)結(jié)，其線電壓和電源相電壓的關(guān)系是形聯(lián)結(jié)，其線電壓和電源相電壓的關(guān)系是（4-154-15）圖圖圖圖4-26 4-26 三相電源的三角形聯(lián)結(jié)三相電源的三角形聯(lián)結(jié)三相電源的三角形聯(lián)結(jié)三相電源的三角形聯(lián)結(jié)4.5.2 三相電源和負載的聯(lián)結(jié)三相電源和負載的聯(lián)結(jié)1 1三相負載的星形聯(lián)結(jié)三相負載的星形聯(lián)結(jié) 當負載作星形聯(lián)結(jié)時，線電流和對應的當負載作星形聯(lián)結(jié)時，線電流和對應的相電流為同一個電流，即：相電流為同一個電流，即：圖圖圖圖4-27 4-27 三相負載的星形聯(lián)結(jié)原理圖三相負載的星形聯(lián)結(jié)原理圖三相負載的星形聯(lián)結(jié)原理圖三相負載的星形聯(lián)結(jié)原理圖用有效值表示為用有效值表示為（4-164-16）從圖從圖4-274-27不難看出，這種三相四線制的不難看出，這種三相四線制的供電方式中，三相負載分別與中線構(gòu)成獨立供電方式中，三相負載分別與中線構(gòu)成獨立的單相閉合回路，各相負載的相電壓就是對的單相閉合回路，各相負載的相電壓就是對稱電源的相電壓（稱電源的相電壓（U UP P），因此，各相負載的），因此，各相負載的相電流分別為相電流分別為，（4-174-17）【例例4-14-1】三三相相電電源源作作星星形形聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)，線線電電壓壓是是380V380V，負載是額定電壓為，負載是額定電壓為220V220V的電燈組，問：的電燈組，問：（1 1）三相負載采用什么聯(lián)結(jié)方式；）三相負載采用什么聯(lián)結(jié)方式；（2 2）若若三三相相負負載載的的等等效效電電阻阻R R1 1=R R2 2=R R3 3=510=510，求相電流、線電流和中線電流；求相電流、線電流和中線電流；（3 3）若若三三相相負負載載的的等等效效電電阻阻分分別別為為R R1 1=510=510，R R2 2=510=510，R R3 3=2k=2k，求中線電流。，求中線電流。解解 （1 1）由由三三相相電電源源的的星星形形聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)可可知知，電電源源線電壓為線電壓為380V380V時，相應的相電壓為時，相應的相電壓為 ，U UP P等等于于負負載載的的額額定定電電壓壓，因因此此三三相相負負載載應應接接在在端端線線和和中中線線之之間間，即負載采用星形聯(lián)結(jié)，如圖即負載采用星形聯(lián)結(jié)，如圖2-202-20所示。所示。圖圖圖圖4-28 4-28 三相負載的星形聯(lián)結(jié)原理圖三相負載的星形聯(lián)結(jié)原理圖三相負載的星形聯(lián)結(jié)原理圖三相負載的星形聯(lián)結(jié)原理圖 （2 2）當）當R R1 1=R R2 2=R R3 3=500=500 時，時，負載為對稱三相負載，各負載的相電流相等，負載為對稱三相負載，各負載的相電流相等，即即 負載作星形聯(lián)結(jié)，線電流等于相電流，負載作星形聯(lián)結(jié)，線電流等于相電流，即即 由由于于電電燈燈組組是是電電阻阻性性負負載載，所所以以負負載載相相電電流流和和相相電電壓壓的的相相位位相相同同，因因此此可可作作相相量量圖圖如圖如圖2-212-21（a a）所示。根據(jù)平行四邊形法則，）所示。根據(jù)平行四邊形法則，所得相量的有效值為所得相量的有效值為0.43A0.43A，相位與，相位與 相反。相反。因此，中線電流因此，中線電流（3 3）當）當R R3 3=2k=2k 時，時，作相量圖如圖作相量圖如圖2-212-21（b b）所示，中線電流）所示，中線電流 可可見見，在在三三相相不不對對稱稱負負載載星星形形聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)時時，中中線電流不等于零。線電流不等于零。圖圖圖圖4-29 4-29 例例例例2-82-8相量圖相量圖相量圖相量圖 三相負載的三角形聯(lián)結(jié)時，負載的相電三相負載的三角形聯(lián)結(jié)時，負載的相電壓均為電源的線電壓，即壓均為電源的線電壓，即（4-184-18）負載作三角形聯(lián)結(jié)時，流過端線的線電負載作三角形聯(lián)結(jié)時，流過端線的線電流不等于流過負載的相電流，根據(jù)分析，兩流不等于流過負載的相電流，根據(jù)分析，兩者的有效值關(guān)系：者的有效值關(guān)系：（4-194-19）即三相對稱負載三角形聯(lián)結(jié)時，線電流即三相對稱負載三角形聯(lián)結(jié)時，線電流是相電流的倍。是相電流的倍。2 2三相負載的三角形聯(lián)結(jié)三相負載的三角形聯(lián)結(jié) 無論是星形聯(lián)結(jié)還是三角形聯(lián)結(jié)，三相無論是星形聯(lián)結(jié)還是三角形聯(lián)結(jié)，三相負載總的平均功率都是各負載平均功率之負載總的平均功率都是各負載平均功率之 和，即和，即（4-204-20）當負載對稱時，各相的平均功率相等，當負載對稱時，各相的平均功率相等，總的平均功率為單相平均功率的總的平均功率為單相平均功率的3 3倍，即倍，即 （4-214-21）式中，式中，各相負載的功率因數(shù)。各相負載的功率因數(shù)。4.5.3 三相交流電路的功率三相交流電路的功率 由由于于負負載載星星形形聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)時時，U UL L=U UP P，I IL L=I IP P；負負載載作作三三角角形形聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)時時，I IL L=I IP P，U UL L=U UP P，因因此此，無無論論三三相相負負載載是是星星形形聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)還還是是三三角角形形聯(lián)聯(lián)結(jié)結(jié)，三相總的平均功率為三相總的平均功率為（4-224-22）同同理理，三三相相對對稱稱負負載載總總的的無無功功功功率率（Q Q）和視在功率（和視在功率（S S）為）為（4-244-24）（4-254-25）【例例4-24-2】三三相相交交流流異異步步電電動動機機每每相相阻阻抗抗為為1010，額額定定相相電電壓壓為為380V380V，功功率率因因數(shù)數(shù)為為0.60.6。電電源源的的線線電電壓壓為為380V380V。（1 1）分分別別計計算算電電動動機機接接成成星星形形和和三三角角形形時時的的線線電電流流和和功功率率。（2 2）電動機正常工作時，應采用哪種接法？）電動機正常工作時，應采用哪種接法？解解 （1 1）電動機接成星形時，）電動機接成星形時，電動機接成三角形時，電動機接成三角形時，（2 2）由由于于電電動動機機的的額額定定電電壓壓等等于于電電源源的的線線電壓，因此電動機正常工作時應接成三角形。電壓，因此電動機正常工作時應接成三角形。為為了了減減小小電電動動機機啟啟動動電電流流，可可在在啟啟動動時時接接成成星星形形，啟啟動動完完畢畢正正常常運運行行時時改改接接成成三三角角形。形。4.64.6車用直流起動機車用直流起動機4.6.1 車用直流起動機的構(gòu)造車用直流起動機的構(gòu)造4.6.2 車用直流起動機的傳動機構(gòu)車用直流起動機的傳動機構(gòu)和電控原理和電控原理 車用起動機，都是用串勵直流電動機。車用起動機，都是用串勵直流電動機。它由磁極、電樞和換向器等主要部分組成。它由磁極、電樞和換向器等主要部分組成。其其結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)如如圖圖4-294-29所所示示，電電樞樞繞繞組組與與磁磁場場繞繞組的連接為串聯(lián)方式。組的連接為串聯(lián)方式。4.6.1 車用直流起動機的構(gòu)造車用直流起動機的構(gòu)造圖圖圖圖4-29 4-29 車用直流起動機結(jié)構(gòu)圖車用直流起動機結(jié)構(gòu)圖車用直流起動機結(jié)構(gòu)圖車用直流起動機結(jié)構(gòu)圖1 1磁場繞組磁場繞組磁場繞組磁場繞組 2 2磁極鐵芯磁極鐵芯磁極鐵芯磁極鐵芯 3 3起動機外殼起動機外殼起動機外殼起動機外殼 4 4磁極固定螺釘磁極固定螺釘磁極固定螺釘磁極固定螺釘5 5換向器換向器換向器換向器 6 6轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)子鐵芯 7 7電樞繞組電樞繞組電樞繞組電樞繞組 8 8電樞軸電樞軸電樞軸電樞軸 機殼的作用是固定機件和構(gòu)成導磁回路。機殼的作用是固定機件和構(gòu)成導磁回路。殼體用鑄鐵澆鑄或鋼板卷焊而成。殼體用鑄鐵澆鑄或鋼板卷焊而成。殼體上設有一個接線端子并在內(nèi)部與磁場殼體上設有一個接線端子并在內(nèi)部與磁場繞組的一端相接。繞組的一端相接。1 1磁極磁極2 2機殼機殼圖圖圖圖4-30 4-30 磁場繞組的連接方式圖磁場繞組的連接方式圖磁場繞組的連接方式圖磁場繞組的連接方式圖3 3電樞電樞4 4換向器換向器圖圖圖圖4-31 4-31 換向器剖面圖換向器剖面圖換向器剖面圖換向器剖面圖1 1銅片銅片銅片銅片 2 2軸套軸套軸套軸套 3 3壓環(huán)壓環(huán)壓環(huán)壓環(huán) 4 4云母云母云母云母 換換向向器器的的作作用用是是連連接接磁磁場場繞繞組組、電電樞樞繞繞組組和和電電源源，并并保保證證電電樞樞產(chǎn)產(chǎn)生生的的電電磁磁力力矩矩方方向向不變，使電動機軸能輸出固定方向的轉(zhuǎn)矩。不變，使電動機軸能輸出固定方向的轉(zhuǎn)矩。其其結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)如如圖圖4-314-31所所示示，它它由由許許多多截截面面呈呈燕燕尾尾形形的的銅銅片片圍圍合合而而成成，銅銅片片嵌嵌在在換換向向器器軸軸套套2 2和和壓壓環(huán)環(huán)3 3組組成成的的槽槽中中，銅銅片片之之間間以以及及銅銅片片與與軸軸套套、壓壓環(huán)環(huán)之之間間均均用用云云母母絕絕緣緣，銅銅片片一一端端有焊接電樞繞組線頭的突緣。有焊接電樞繞組線頭的突緣。電刷的作用是將電流引入電動機。一般有電刷的作用是將電流引入電動機。一般有4 4個電刷架，固定在前端蓋上，其中兩個電刷個電刷架，固定在前端蓋上，其中兩個電刷架與端蓋絕緣，稱為絕緣電刷架；另外兩個電架與端蓋絕緣，稱為絕緣電刷架；另外兩個電刷架與端蓋直接鉚合成搭鐵，稱為搭鐵電刷架。刷架與端蓋直接鉚合成搭鐵，稱為搭鐵電刷架。電刷由銅和石墨粉壓制而成，加入銅是為電刷由銅和石墨粉壓制而成，加入銅是為了減少電阻并增加耐磨性。了減少電阻并增加耐磨性。電刷裝在電刷架中，借彈簧壓力將它緊壓電刷裝在電刷架中，借彈簧壓力將它緊壓在換向器上。在換向器上。5 5電刷電刷 端蓋有前后兩個，前端蓋一般用鋼板壓制端蓋有前后兩個，前端蓋一般用鋼板壓制而成，其上裝有而成，其上裝有4 4個電刷架，后端蓋為灰鑄鐵個電刷架，后端蓋為灰鑄鐵澆鑄而成。澆鑄而成。它們分別裝在機殼的兩端，靠兩個長螺栓它們分別裝在機殼的兩端，靠兩個長螺栓與起動機機殼緊固在一起。與起動機機殼緊固在一起。兩端蓋內(nèi)均裝有軸承套，以支撐電樞軸。兩端蓋內(nèi)均裝有軸承套，以支撐電樞軸。6 6端蓋端蓋 圖圖4-324-32所所示示為為車車用用直直流流起起動動機機電電路路控控制制圖圖，當當把把鑰鑰匙匙接接通通到到“START”START”上上時時，點點火火開開關(guān)關(guān)7 7閉閉合合，這這樣樣從從蓄蓄電電池池1010流流出出的的電電流流分分別別經(jīng)經(jīng)過過保持線圈保持線圈5 5和吸拉線圈和吸拉線圈6 6形成并聯(lián)回路。形成并聯(lián)回路。4.6.2 車用直流起動機的傳動機構(gòu)和電車用直流起動機的傳動機構(gòu)和電控原理控原理圖圖圖圖4-32 4-32 車用直流起動機電路控制圖車用直流起動機電路控制圖車用直流起動機電路控制圖車用直流起動機電路控制圖1 1小齒輪小齒輪小齒輪小齒輪 2 2回位彈簧回位彈簧回位彈簧回位彈簧 3 3撥叉撥叉撥叉撥叉 4 4活動鐵芯活動鐵芯活動鐵芯活動鐵芯 5 5保持線圈保持線圈保持線圈保持線圈 6 6吸拉線圈吸拉線圈吸拉線圈吸拉線圈 7 7點火開關(guān)點火開關(guān)點火開關(guān)點火開關(guān) 8 8保險絲保險絲保險絲保險絲 9 9電流表電流表電流表電流表 1010蓄電池蓄電池蓄電池蓄電池1111起動機起動機起動機起動機 1212擋鐵擋鐵擋鐵擋鐵 1313接觸盤接觸盤接觸盤接觸盤 1414、1515接線柱接線柱接線柱接線柱