2.2 起动机用直流电动机（课件）《汽车电气设备构造与维修》（高教版·第3版）同步精品课堂

2.2 起动机用直流电动机 《汽车电气设备构造与维修》（高教版·第3版） 同步精品课堂—中职专业课 1 学习目标 学习 目标 1.准确阐述直流电动机的工作原理 2.识别并说明直流电动机各组成部分 3.掌握直流电动机的特性 4.解释电动机在不同运行状态下的表现 新知学习 情景导入 同学们，在日常生活里，咱们都见过汽车启动的场景。当按下汽车启动按钮的瞬间，发动机便迅速运转起来，让汽车得以顺利前行。大家有没有想过，是什么在背后 “发力”，推动发动机启动呢？其实，这背后的关键功臣之一就是起动机用直流电动机。今天，就让我们一同深入探索起动机用直流电动机的奥秘，去揭开它在汽车启动等众多场景中发挥关键作用的神秘面纱，从它的工作原理、组成部件，到独特的特性，一步步走进这个充满科技魅力的电气世界。 新知学习 一、直流电动机的工作原理 直流电动机是将直流电能转变为机械能的装置。它是根据载流导体在磁场中受到电磁力作用而发生运动的原理工作的。 新知学习 如图2-3所示,在直流电动机的电刷A、B上外加直流电压,这时线圈中将有电流流过,其流向由电刷B经d-c-b-a到电刷A,于是载流导体在磁场中受到电磁力作用,形成力矩(称电磁转矩)使线圈转动。 一、直流电动机的工作原理 由左手定则可以确定,电磁转矩使线圈顺时针转动。当线圈转过180°时,线圈中的电流虽然改变了方向,即从a到d,但线圈在磁场中的位置也相应发生了改变,电磁转矩方向也就不变,使线圈仍按原来的顺时针方向继续旋转。 为了增大电磁转矩和转动的平稳性,电动机都采用多组线圈和相应的换向片,同时用两对或数对磁极产生磁场。 新知学习 二、直流电动机组成 起动机的直流电动机主要由定子、转子、换向器、电刷及端盖等组成,如图 2-4所示。 新知学习 二、直流电动机组成 1. 定子 定子俗称“磁极”,作用是产生磁场,分励磁式和永磁式两类。为增大转矩,汽车起动机通常采用四个磁极(少数大功率起动机采用6个磁极),两对磁极相对交错安装,定子与转子铁心形成的磁力线回路如图 2-5所示,低碳钢板制成的机壳是磁路的一部分。 新知学习 二、直流电动机组成 (1)励磁式定子。励磁式电动机定子铁心为低碳钢,铁心磁场要靠绕在外面的励磁绕组通电建立。 新知学习 为使电动机磁通能按设计要求分布,将铁心制成如图2-6所示形状,并用埋头螺栓紧固在机壳上。励磁绕组由扁铜带(矩形截面)绕制而成,其匝数一般为6~10匝:铜带之间用绝缘纸绝缘,并用白布带以半叠包扎法包好后浸上绝缘漆烘干而成。 二、直流电动机组成 励磁绕组与转子串联,故称串励式电动机。 具体连接如图2-7所示,先将励磁绕组两两串联后并联再与电枢(转子)绕组串联。 新知学习 二、直流电动机组成 (2)永磁式定子。 永磁式电动机不需要电磁绕组,可节省材料,而且能使电动机磁极的径向尺寸减小;在输出特性相同的情况下其质量比励磁定子式电动机可减轻30%以上。 条形永磁铁可用冷粘接法粘在机壳内壁上或用片弹簧均匀地固装在起动机机壳内表面上。由于结构尺寸及永磁材料性能限制,永磁起动机的功率一般不大于2 kW。 新知学习 二、直流电动机组成 2.转子 转子俗称“电枢”,由电枢轴、铁心、电枢绕组和换向器等组成。转子的作用是产生电磁转矩。典型起动机转子结构如图2-8所示。 新知学习 二、直流电动机组成 转子铁心由硅钢片叠成后固定在转子轴上。铁心外围均匀开有线槽,用以放置转子绕组;转子绕组由较大矩形截面的铜带或粗铜线绕制而成。在铁心线槽口两侧,用轧纹将转子绕组挤紧以免转子高速旋转时由于惯性作用将绕组甩出,转子绕组的端头均匀地焊在换向片上。为防止铜制绕组短路,在铜线与铜线之间及铜线与铁心之间用性能良好的绝缘纸隔开。 新知学习 减速型起动机转子速度较普通型转子转速提高了50%~70%,绝缘性能及动平衡要求更高,因此采用环氧树脂涂封或耐热尼龙纸作为转子槽绝缘纸。 二、直流电动机组成 换向器由铜片和云母叠压而成,压装于电枢轴前端,铜片间绝缘,铜片与轴之间也绝缘,换向片与线头采用锡焊连接。减速起动机的换向器用塑料取代了云母,换向片与线头采用了银铜硬钎焊,耐高速又耐高温。考虑到云母的耐磨性较好,当换向片损以后,云母片就会凸起,影响电刷与换向片的接触,因此,有些汽车使用的起动机换向片之间的云母片规定割低0.5~0.8 mm。 新知学习 二、直流电动机组成 转子轴驱动端制有螺旋形花键,用以套装传动机构中的单向离合器。 转子与定子铁心气隙,普通起动机一般为 0.5~0.8 mm,减速型起动机一般为 0.4~0.5 mm。 新知学习 二、直流电动机组成 3.电刷端盖 电刷端盖一般用浇铸或冲压法制成,盖内装有四只(或四组)电刷架及电刷,其中两只搭铁电刷利用与端盖相通的电刷架搭铁。另外两只电刷的电刷架则与端盖绝缘,绝缘电刷引线与励磁绕组的一个端头相连接(永磁起动机的绝缘电刷则直接与主开关接线柱连接),如图 2-4和图 2-9所示。 新知学习 二、直流电动机组成 起动机电刷通常用铜粉(80%~90%)和石墨粉压制而成,以减小电阻并提高耐磨性。电刷架上有盘形弹簧(功率小的起动机也有采用螺旋弹簧的),用以压紧电刷。 新知学习 二、直流电动机组成 4.驱动端盖 驱动端盖(图2-4)上有拨叉座和驱动齿轮行程调整螺钉,还有支撑拨叉的轴销孔。为了避免电枢轴弯曲变形,一些起动机装有中间支撑板。端盖及中间支撑板上的轴承多用青铜石墨轴承或铁基含油轴承。轴承一般采用滑动式,以承受起动机工作时的冲击性载荷。有些减速型起动机采用球轴承。 两端盖与机壳靠两个较长的穿心连接螺栓将起动机组装成一个整体。端盖与机壳间接合面上一般制有定位用安装记号。 新知学习 三、直流电动机特性 直流电动机按励磁方式可分为永磁式和电磁式两大类,电磁式按励磁绕组与电枢绕组的连接关系又可分并励式、串励式和复励式三种,如图 2-10所示。图 2-11 为几种电动机的机械特性,即电动机输出转速与电磁转矩之间的关系。 新知学习 三、直流电动机特性 永磁式直流电动机磁极磁通工作时保持不变。 并励式直流电动机励磁绕组与电枢绕组并联在同一电源上,若外电压不变、励磁电阻不变,则每极磁通也基本不变。 新知学习 故永磁式、并励式电动机转速与转矩之间的关系基本相同。转速将随转矩的增加而近似地按线性规律下降,但下降较慢,即它们具有较“硬”的机械特性,适应性能较差。永磁式、并励式直流电动机常用于减速型起动机。 三、直流电动机特性 串励式直流电动机的励磁绕组与电枢绕组相串联，电枢电流等于励磁绕组电流,并与总电流相等。串励式电动机具有起动转矩大、轻载转速高、重载转速低、短时间内能输出最大功率等特点,具有较“软”的机械特性,因此特别适合应用于直接驱动式起动机。 新知学习 三、直流电动机特性 新知学习 复励式电动机的磁极上有两组励磁绕组,一组同电枢串联,另一组则同电枢并联。复励式电动机在空载运行的情况下与并励电动机相似,加了负载后,串励绕组的磁场将随负载的增加而加强,运行情况接近串励电动机。因此它的机械特性比并励式软,较串励式硬。复励式直流电动机被一些大功率起动机所采用。 随堂练习 (1)简述直流电动机的工作原理。 (2)说明直流电动机中定子、转子、换向器和电刷的作用。 课堂练习 1.直流电动机中，产生磁场的部件是（ ） A. 转子 B. 换向器 C. 定子 D. 电刷 答案：C 解析：定子是直流电动机中静止的部分，其主要作用是产生磁场。转子是转动部分，在磁场中受力转动；换向器的作用是改变电流方向；电刷用于与换向器接触，引入或引出电流。 课堂练习 2.直流电动机中，换向器的作用是（ ） A. 产生磁场 B. 改变电流方向 C. 减小摩擦 D. 连接电源 答案：B 解析：换向器在直流电动机中，每当转子转过一定角度，就改变绕组中的电流方向，使转子能持续朝一个方向转动。产生磁场是定子的功能；减小摩擦不是换向器的主要作用；连接电源是通过电刷等与外部电路相连，并非换向器的主要功能。 课堂练习 3.当直流电动机的负载转矩增加时，其转速会（ ） A. 升高 B. 降低 C. 不变 D. 先升高后降低 答案：B 解析：根据直流电动机的机械特性，当负载转矩增加时，电动机的电磁转矩要相应增加以平衡负载转矩，这会导致电枢电流增大，电枢电阻压降增大，反电动势减小，从而转速降低。 课堂练习 4.直流电动机在启动瞬间，其电枢电流（ ） A. 为零 B. 较小 C. 很大 D. 与额定电流相等 答案：C 解析：直流电动机启动瞬间，转速为零，反电动势为零，根据欧姆定律，电枢电流仅受电枢电阻限制，由于电枢电阻很小，所以启动瞬间电枢电流很大。 课堂练习 5.直流电动机的励磁方式有（ ）种。 A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 答案：D 解析：直流电动机的励磁方式有他励、并励、串励和复励 4 种。他励是励磁绕组与电枢绕组分别由不同电源供电；并励是励磁绕组与电枢绕组并联；串励是励磁绕组与电枢绕组串联；复励则包含并励和串励两种绕组。 课堂练习 6.串励直流电动机的特点是（ ） A. 转速高、转矩小 B. 转速低、转矩大 C. 转速高、转矩大 D. 转速低、转矩小 答案：B 解析：串励直流电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，其电流相同。当负载增加时，电枢电流增大，励磁电流也增大，磁场增强，电磁转矩增大，同时转速降低，所以具有转速低、转矩大的特点，适合用于启动转矩要求大的场合。 课堂练习 7.直流电动机的效率等于（ ） A. 输出功率 / 输入功率 B. 输入功率 / 输出功率 C. 输出功率 - 输入功率 D. 输入功率 - 输出功率 答案：A 解析：效率的定义是输出功率与输入功率的比值，对于直流电动机，其效率等于输出机械功率除以输入电功率，反映了电动机将电能转化为机械能的有效程度。 课堂练习 8.直流电动机的电枢反应是指（ ） A. 电枢磁场对励磁磁场的影响 B. 励磁磁场对电枢磁场的影响 C. 电枢电流对转速的影响 D. 电枢电压对转矩的影响 答案：A 解析：直流电动机的电枢反应是指电枢磁场对励磁磁场的影响。电枢电流产生的电枢磁场会使气隙磁场发生畸变，影响电动机的运行性能，如换向等。不是励磁磁场对电枢磁场的影响，也不是电枢电流对转速、电枢电压对转矩的影响。 课堂小结 感谢观看 $$