项目四-汽车常用执行器认知课件.pptx
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1、项目四项目四 汽车汽车常用执行器认知常用执行器认知任务一 认识电动机任务一任务一 认识电动机认识电动机一、电动机概述一、电动机概述1电动机的种类任务一任务一 认识电动机认识电动机1电动机的种类电动机的种类根据电能的不同,电动机可分为直流电动机和交流电动机。直流电动机按结构及工作原理分为无刷和有刷直流电动机;按绕组激励方式分为他励、并励、串励和复励直流电动机。交流电动机按照电源的相数分为单相和三相电动机;按转速分为同步和异步电动机;按启动与运行方式分为电容启动式、电容运转式和电容启动运转式电动机;按用途又分为驱动用电动机和控制用电动机。任务一任务一 认识电动机认识电动机1电动机的种类电动机的种类
2、其中,驱动用电动机分为电动工具(如钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等)用电动机、家电(如洗衣机、电风扇、电冰箱等)用电动机和其他通用小型机械设备(如各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等)用电动机;控制用电动机分为步进电动机和伺服电动机。任务一任务一 认识电动机认识电动机2电动机的结构电动机的结构无论直流电动机还是交流电动机,在总体结构上都是由一个固定的定子和一个转动的转子(又称电枢)组成的,如图所示。任务一任务一 认识电动机认识电动机2电动机的结构电动机的结构定子由铁芯、绕组与机座三部分组成。定子铁芯是电动机磁路的一部分,一般由硅钢片叠压而成,片与片之间是绝缘的,以减少涡流损耗。定子
3、铁芯硅钢片的内圆冲有定子槽,槽中安放绕组,硅钢片铁芯在叠压后成为一个整体,固定于机座上。任务一任务一 认识电动机认识电动机2电动机的结构电动机的结构转子由铁芯与绕组组成。转子铁芯一般压装在转轴上,由硅钢片叠压而成,也是电动机磁路的一部分。转子铁芯、气隙与定子铁芯一同构成了电动机的完整磁路。定子和转子的铁芯结构如图所示。任务一任务一 认识电动机认识电动机二、直流电动机二、直流电动机1直流电动机的结构直流电动机由定子和转子两部分组成,定子固定不动,转子可以旋转,在这两部分之间的间隙称为空气隙,其结构图如图所示。任务一任务一 认识电动机认识电动机1直流电动机的结构直流电动机的结构汽车内的直流电动机分
4、为直接传动启动机、减速传动启动机以及永磁减速式启动机。启动系统由直流电动机、单向传动机构和操纵机构3部分组成。如图所示为启动机内直流电动机的结构。工业生产用直流电动机的工作电压高、工作功率大;汽车用直流电动机的工作电压相对较小,一般为12 V,功率也相对较小。任务一任务一 认识电动机认识电动机1直流电动机的结构直流电动机的结构1)定子定子是电动机不动的部分,由主磁极、换向磁极、电刷、机座、端盖和轴承组成。如图所示为直流电动机的定子。任务一任务一 认识电动机认识电动机1直流电动机的结构直流电动机的结构主磁极安装在机座的内壁上,它由主磁极铁芯和励磁绕组组成,可以建立主磁场。主磁极铁芯包括极芯和极掌
5、两部分。极芯上绕有励磁绕组,各个主磁极上的绕组都是串联的。极掌的作用是使空气隙中的磁感应强度均匀分布。一般直流电动机的主磁极通过将直流电流通入装在主磁极铁芯上的励磁绕组来建立。主磁极的个数为偶数,励磁绕组的连接必须使得相邻主磁极的极性按照N,S极交替出现的规律进行。一般情况下,汽车中的启动机有4个磁极,功率较大的为6个磁极。任务一任务一 认识电动机认识电动机1直流电动机的结构直流电动机的结构换向磁极在相邻两个主磁极之间,构造与主磁极相似但尺寸要小一些。它的作用是产生附加磁场,改善电动机的换向,减少电刷与换向器之间产生的火花。在功率较小的直流电动机中也有不装换向磁极的。电刷固定在机座上,它可以把
6、外电路的电压、电流引入电枢绕组或把电枢绕组中的电动势、电流引出到外电路。如图所示,电刷主要由石墨制成导电块的电刷、加压弹簧和刷盒组成。借助于加压弹簧的压力和选装的换向器保持滑动接触,使电枢绕组与外电路相通。任务一任务一 认识电动机认识电动机1直流电动机的结构直流电动机的结构机座可以固定主磁极、换向磁极和端盖等内部零件,一般由铸钢或铸铁制成。机座是电动机磁路的一部分,上面的接线盒有励磁绕组的电枢绕组的接线端,用来对外接线。端盖安装在机座两端并通过端盖中的轴承支撑转子,将定子、转子连为一体,同时端盖可以保护电动机内部零件的安全。任务一任务一 认识电动机认识电动机1直流电动机的结构直流电动机的结构2
7、)转子直流电动机的转动部分称为转子,又称电枢。它由电枢铁芯、绕组、换向器等组成,如图所示。任务一任务一 认识电动机认识电动机1直流电动机的结构直流电动机的结构电枢铁芯由硅钢片叠加压制而成,在外圆上有分布均匀的槽用来嵌放绕组。铁芯也作为电动机磁路的一部分。绕组是产生感应电动势的部件。其中,许多绕组元件按照一定的规则嵌放在铁芯槽内和换向片相连,使各组线圈的电动势相加。绕组端部用钢丝箍住,防止绕组发生位置偏移。任务一任务一 认识电动机认识电动机1直流电动机的结构直流电动机的结构换向器由铜质换向片组成,外形为圆柱形,片与片之间用云母绝缘,如图所示。任务一任务一 认识电动机认识电动机2直流电动机的工作原
8、理直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理是基于载流导体与磁场之间直流电动机的工作原理是基于载流导体与磁场之间的相互作用。的相互作用。任务一任务一 认识电动机认识电动机2直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理1)转动原理如图所示为直流电动机的模型,将电刷A端、B端接到直流电源上,电刷A端接正极,电刷B端接负极。此时,电枢线圈中有电流沿着abcda的方向流动。线圈ab边和cd边在磁场中受到电磁力的作用,N极性下导体ab受力方向从右向左,S极下导体cd受力方向从左向右。电磁力形成逆时针方向的电磁转矩,电动机转子逆时针方向旋转。任务一任务一 认识电动机认识电动机2直流电动机的工作原理直流电动机的工
9、作原理当电枢自图所示位置旋转90时,电流因为换向片的空隙而为0,磁感应强度也变为0。此时,线圈边不受力,转矩消失,但由于机械惯性的作用,电枢仍能转过一个角度,使原N极性下导体ab转到S极下,原S极下导体cd转到N极下,如图所示。这时的电刷A端接负极,电刷B端接正极,电流流动方向变为adcba。N极性下导体cd受力方向从右向左,S极下导体ab受力方向从左向右,使电枢仍能逆时针方向继续旋转。任务一任务一 认识电动机认识电动机2直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理虽然通过电刷的电源是直流电,但由于换向片的作用,使线圈中流过的电流是交流的,所以其产生的转矩方向保持不变,使电枢能朝着一个方向持续旋转
10、,进而可以带动其他工作机械。任务一任务一 认识电动机认识电动机2直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理2)电磁转矩)电磁转矩直流电动机稳定运转情况下,电磁转矩T是由通过电枢电路的电流与电动机总磁通量相互作用而产生的。电动机产生的电磁转矩为(4-1-1)式中,CT转矩常数;每极的磁通;Ia电枢电流。aTTC任务一任务一 认识电动机认识电动机2直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理由式可知,电动机电磁转矩T与每极的磁通量和电枢电流Ia的乘积成正比。电磁转矩T的方向由每极的磁通量和电枢电流Ia的方向所决定。任务一任务一 认识电动机认识电动机2直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理因电动机上本身
11、机械摩擦等原因而形成的阻转矩称为空载损耗转矩,用符号T0表示。直流电动机拖动生产机械而输出的转矩称为负载转矩,用符号TL表示,其大小取决于直流电动机拖动负载的大小。当电磁转矩T与空载损耗转矩T0和负载转矩TL相平衡时,电动机才能稳定运行,即(4-1-2)式(4-1-2)称为直流电动机的转矩平衡方程式。0LTTT任务一任务一 认识电动机认识电动机2直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理3)反电动势)反电动势电动机的电枢绕组在磁场中受力转动,转动过程中与定子磁极的磁场相切而产生感应电动势,其方向可用右手定则来判断。该感应电动势产生的电流与电源提供的电枢电流方向总相反,因此把这个感应电动势称为反电
12、动势。电枢绕组一根导线的平均反电动势为(4-1-3)avaveB lv任务一任务一 认识电动机认识电动机2直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理电刷间的反电动势E与每根导线中的平均反电动势eav成正比,速度v与电枢的转速n成正比,所以反电动势常用以下公式表示,即(4-1-4)式中,CE电动势常数。EECn任务一任务一 认识电动机认识电动机2直流电动机的工作原理直流电动机的工作原理由此可知,直流电动机转动时反电动势E的大小与每极的磁通量和电动机转速n的乘积成正比,它的方向与电枢电流相反,所以反电动势在电路中起着限制电流的作用。任务一任务一 认识电动机认识电动机2直流电动机的工作原理直流电动机的
13、工作原理通过基尔霍夫定律分析可知,在电动机运行稳定时,基于电枢绕组的端电压U等于电枢绕组的压降IaRa与反电动势E之和,即(4-1-5)式(4-1-5)称为直流电动机的电压平衡方程式。aaUEI R任务一任务一 认识电动机认识电动机3直流电动机的铭牌参数直流电动机的铭牌参数每台电动机的机座上都有一块铭牌,标记了电动机的型号和额定值等数据,如图所示。了解铭牌上面的参数,是选择、安装、使用和修理电动机的重要前提。直流电动机型 号Z4-112/2-1 额定功率2.2 kW励磁方式他励额定电压440 V额定电流15 A效 率81%额定转速 3 000 r/min温升80定 额连续 年 月 编号 电动机
14、厂任务一任务一 认识电动机认识电动机3直流电动机的铭牌参数直流电动机的铭牌参数型号是指为了适应不同用途和不同工作环境的需要,将电动机制成不同的系列,每种系列用各种型号表示。型号Z4-112/2-1,Z表示直流电动机,4表示4系列,112表示机座中心高112 mm,“/”后面第一个数字代表极数为2,第二个数字代表铁芯长度序号1。额定功率是指电动机在额定运行情况下,转轴所允许输出的机械功率。励磁方式是指励磁绕组和电枢绕组的连接方式。任务一任务一 认识电动机认识电动机3直流电动机的铭牌参数直流电动机的铭牌参数额定电压是指电动机额定运行时,在定子绕组上所加的电压值。一般规定电动机的电压不应超过额定值的
15、5%。额定电流是指电动机额定运行时,定子绕组上的电流值。效率是指电动机产生的机械动能与其消耗的电能之比。额定转速是指电动机在额定电压、额定电流和额定输出功率情况下的转速。任务一任务一 认识电动机认识电动机3直流电动机的铭牌参数直流电动机的铭牌参数温升是指电动机的各个部件高出环境的温度。定额是按照电动机允许使用时间长短的规定,分为连续、短时和断续三种。连续是指电动机连续不断地输出额定功率而温升不超过铭牌允许值;短时是指电动机不能连续使用,只能在规定的较短时间内输出额定功率;断续是指电动机只能短时输出额定功率,但是可以多次反复启动和运行。任务一任务一 认识电动机认识电动机3直流电动机的铭牌参数直流
16、电动机的铭牌参数电动机除了铭牌标记的参数之外,还有一个很重要电动机除了铭牌标记的参数之外,还有一个很重要的性能指标的性能指标机械特性。机械特性用来表述电动机机械特性。机械特性用来表述电动机转速与电磁转矩之间的关系,有软特性和硬特性两种。转速与电磁转矩之间的关系,有软特性和硬特性两种。软特性是指当负载转矩在一定范围内变换时,转速的软特性是指当负载转矩在一定范围内变换时,转速的变化很小;硬特性是指负载转矩在一定范围内变换时,变化很小;硬特性是指负载转矩在一定范围内变换时,转速的变化很大。转速的变化很大。任务一任务一 认识电动机认识电动机4直流电动机的励磁方式直流电动机的励磁方式直流电动机根据励磁绕
17、组和电枢绕组连接方式的不同,可分为他励、并励、串励和复励四种类型。如图所示为不同励磁方式的接线方法,其中U表示运行时加在电动机出线端的电源电压,Ia表示电枢电流,If表示励磁电流,I表示经过负载或电源供给电动机的总电流。任务一任务一 认识电动机认识电动机4直流电动机的励磁方式直流电动机的励磁方式他励电动机的励磁绕组与电枢绕组各自分开,励磁绕组由独立的直流电源供电,励磁电流If的大小只取决于励磁电源的电压和励磁回路的电阻,而与电动机的电枢电压大小及负载无关。并励电动机的励磁绕组与电枢绕组相并联。励磁电流一般为额定电流的5%,要产生足够大的磁通,需要有较多的匝数。所以并励绕组匝数多,导线较细。并励
18、发电动机电压建立的首要条件就是其磁极必须有剩磁。串励电动机的励磁绕组与电枢绕组相串联。励磁电流与电枢电流相同,数值较大,因此,串励绕组匝数很少,导线较粗。复励电动机至少由两个励磁绕组所组成,一个是串励绕组,另一个是并励绕组或他励绕组。其中,并励绕组或他励绕组起主要作用,串励绕组起辅助作用。任务一任务一 认识电动机认识电动机5直流电动机在汽车中的应用直流电动机在汽车中的应用随着电动机及其相关技术的发展,汽车也在不断地追求驾驶舒适性和自动操纵性,微型直流电动机已成为现代汽车不可缺少的部件。有些型号的轿车已安装了20个以上的微型电动机,可活动的设备无论是做圆周运动,做横向摆动,还是做直线移动,一般都
19、有微型电动机作为动力源,如电动座椅坐垫的位置移动、靠背和头枕角度的变化、后视镜的摆动、照明灯的洗涤、玻璃车窗的开关、电动车门锁的操纵、散热器冷却风扇的转动等。其中,刮水器电动机的驱动机构是采用蜗杆传动形式,将电动机输出轴转动减速和变向;中控门锁的电动机采用齿轮齿条传动形式,起到减速并将旋转改变为直线移动。任务一任务一 认识电动机认识电动机5直流电动机在汽车中的应用直流电动机在汽车中的应用如图所示为电动机在汽车上的几个应用事例。任务一任务一 认识电动机认识电动机5直流电动机在汽车中的应用直流电动机在汽车中的应用1)刮水器电动机)刮水器电动机如图所示为一个典型的刮水器电动机。大多数刮水器电动机都属
20、于三刷直流电动机,通过一个蜗轮蜗杆减速器增加转矩。三刷电动机可以实现双速摆动。若通过两个正对电刷供电,电动机就工作于正常速度;若通过地刷和一个中间电刷供电,电动机就工作于高速状态。因为这样减少了电刷之间的电枢绕组,从而减小电阻,增大电流,提高转速。任务一任务一 认识电动机认识电动机5直流电动机在汽车中的应用直流电动机在汽车中的应用一般刮水器电动机的正常转速为45 r/min,高速时的转速为65 r/min,但电动机必须在低速(5 r/min)时克服摆动条的启动阻力。典型轿车刮水器电动机在高速和低速下的工作特性曲线如图所示。任务一任务一 认识电动机认识电动机5直流电动机在汽车中的应用直流电动机在
21、汽车中的应用2)电动车窗电动机)电动车窗电动机目前,轿车的车窗基本都采用了电动车窗。电动车窗升降系统的电动机,广泛采用的是永磁电动机。永磁电动机是通过改变电枢电流的方向来改变电动机的旋转方向使车窗玻璃上升或下降,电动机本身不搭铁,而是通过控制开关搭铁。如图所示为美国福特公司采用的永磁式电动机的电动升降门窗电路图。任务一任务一 认识电动机认识电动机5直流电动机在汽车中的应用直流电动机在汽车中的应用现以左后门窗为例说明其工作原理。当主控开关中的左后门窗开关拨到Up时,电流方向为:蓄电池正极点火开关电路断电器主控开关中左后门窗Up触点左后门窗分控开关Up触点电动机左后门窗分控开关Down触点主控开关
22、中左后门窗Down触点搭铁。电动机旋转,带动左后门窗玻璃上升。任务一任务一 认识电动机认识电动机5直流电动机在汽车中的应用直流电动机在汽车中的应用当主控开关中的左后门窗开关拨到Down时,电流方向为:蓄电池正极点火开关电路断电器主控开关左后门窗Down触点分控开关左后门窗Down触点电动机分控开关左后门窗Up触点主控开关左后门窗Up触点搭铁。电动机旋转,带动左后门窗玻璃下降。上述过程中,流过电动机电枢的电流方向相反,所以电动机旋转方向相反,带动玻璃上升或下降。与此类似的双向永磁电动机也被利用到电动后视镜、电动座椅、电动天窗等系统的触动电路中,在开关控制下,带动部件实现两个方向的运动。任务一任务
23、一 认识电动机认识电动机5直流电动机在汽车中的应用直流电动机在汽车中的应用3)空调鼓风电动机)空调鼓风电动机空调鼓风机用于促使车内冷气、暖气、除霜和通风的气流流动。采用的电动机通常为永磁式单速电动机,其大多数安装在暖风机总成内,如图所示。任务一任务一 认识电动机认识电动机5直流电动机在汽车中的应用直流电动机在汽车中的应用鼓风机开关位于仪表板上,开关通过控制调速电阻来控制电动机转速,其电路如图所示。任务一任务一 认识电动机认识电动机5直流电动机在汽车中的应用直流电动机在汽车中的应用当空调鼓风电动机开关置于低速(Low)、中速1(Med1)、中速2(Med2)或高速挡(High)时,电路中所串联的
24、电阻值越来越小,电阻值的变化改变了空调鼓风电动机的输入电压。由于鼓风电动机是单速电机,工作电压越高,转速越高。所以随着串联的电阻越小,鼓风电动机的工作电压越高,转速越快。任务一任务一 认识电动机认识电动机三、步进电动机三、步进电动机步进电动机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电动机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电动机按设定的方向转动一个固定的角度,称为“步距角”,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的。任务一任务一 认
25、识电动机认识电动机1步进电动机的种类步进电动机的种类永磁式步进电动机一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为7.5或15。反应式步进电动机一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为1.5,但噪声和振动都很大。反应式步进电动机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。混合式步进电动机混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相:两相步进角一般为1.8,而五相步进角一般为0.72。这种步进电动机的应用最为广泛。任务一任务一 认识电动机认识电动机三、步进电动机三、步进电动机步进电动机的实物图及内部机构示意如图所示。任务一任务一 认识电动机认识电动机2步进电动机的工作原
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