汽車機電一體化論文

1、摘要 近幾十年來，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，中、小功 率電動機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人們的日常生活中都有極其廣泛的的應用。特別是在鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)及家用電器中，更需要有大量的中、 小功率電動機。由于這種電動機的發(fā)展及廣泛的應用，它的使用、保養(yǎng)和維護工作也越來越重要。電動機機應用廣泛，種類繁多、性能各異，分類方法也很多。本文主要介紹了電動機技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀、工作原理和電動機的運行維護。關(guān)鍵詞技術(shù)現(xiàn)狀工作原理運行維護引言電動機是一種實現(xiàn)機、 電能量轉(zhuǎn)換的電磁裝置。 常見的電動機可分為交流電動機和直流 電動機。電動機是隨著生產(chǎn)力的發(fā)展而發(fā)展的，反過來，電動機的發(fā)展也促進了社會生產(chǎn)力的不斷提高。

2、從19世紀末期起，電動機就逐漸代替蒸汽機作為拖動生產(chǎn)機械的原動機，一個多 世紀以來，雖然電動機的基本結(jié)構(gòu)變化不大，但是電動機的類型增加了許多，在運行性能， 經(jīng)濟指標等方面也都有了很大的改進和提高，而且隨著自動控制系統(tǒng)和計算機技術(shù)的發(fā)展， 在一般旋轉(zhuǎn)電動機的理論基礎(chǔ)上又發(fā)展出許多種類的控制電動機，控制電動機具有高可靠性、好精確度、快速響應的特點，已成為電動機學科的一個獨立分支。第一章電動機分類、發(fā)展現(xiàn)狀及未來1.1電動機分類電動機機應用廣泛，種類繁多、性能各異，分類方法也很多。1根據(jù)電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。其中交流電動機還分 為單相電動機和三相電動機。2. 電動機按結(jié)

3、構(gòu)及工作原理可分為異步電動機和同步電動機。同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同步電動機。異步電動機可分為感應電動機和交流換向器電動機。感應電動機又分為三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。3. 電動機按起動與運行方式可分為電容起動式電動機、電容運轉(zhuǎn)式電動機、電容起動運 轉(zhuǎn)式電動機和分相式電動機。按用途分類。電動機按用途可分為驅(qū)動用電動機和控制用電動機。驅(qū)動用電動機又分為電動工具用電動機、 家電用電動機及其它通用小型機械設(shè)備用電動機?？刂朴秒妱訖C又分為步進電動機和伺服電動機等。4. 電動機按轉(zhuǎn)子的結(jié)

4、構(gòu)可分為籠型感應電動機和繞線轉(zhuǎn)子感應電動機。5. 電動機按運轉(zhuǎn)速度可分為高速電動機、低速電動機、恒速電動機、調(diào)速電動機。1.2電動機技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀電動機是一種實現(xiàn)機、 電能量轉(zhuǎn)換的電磁裝置。 它是隨著生產(chǎn)力的發(fā)展而發(fā)展的，反過來，電動機的發(fā)展也促進了社會生產(chǎn)力的不斷提高。從19世紀末期起，電動機就逐漸代替蒸汽機作為拖動生產(chǎn)機械的原動機，一個多世紀以來，雖然電動機的基本結(jié)構(gòu)變化不大，但是電動機的類型增加了許多，在運行性能，經(jīng)濟指標等方面也都有了很大的改進和提高，而且隨著自動控制系統(tǒng)和計算機技術(shù)的發(fā)展，在一般旋轉(zhuǎn)電動機的理論基礎(chǔ)上又發(fā)展出許多種類的控制電動機，控制電動機具有高可靠性、好精確度、快速響

5、應的特點，已成為電動機學科的一個獨立分支。電動機的功能是將電能轉(zhuǎn)換成機械能，它可以作為拖動各種生產(chǎn)機械的動力，是國民經(jīng)濟各部門應用最多的動力機械。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了實現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過程，需要各種各樣的生產(chǎn)機械。拖 動各種生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)， 可以采用氣動，液壓傳動和電力拖動。 由于電力拖動具有控制簡單、 調(diào)節(jié)性能好、耗損小、經(jīng)濟，能實現(xiàn)遠距離控制和自動控制等一系列優(yōu)點，因此大多數(shù)生產(chǎn)機械都采用電力拖動。按照電動機的種類不同，電力拖動系統(tǒng)分為直流電力拖動系統(tǒng)和交流電力拖動系統(tǒng)兩大 類。縱觀電力拖動的發(fā)展過程，交、直流兩種拖動方式并存于各個生產(chǎn)領(lǐng)域。在交流電出現(xiàn)以前，直流電力拖動是唯一的一種電

6、力拖動方式，19世紀末期，由于研制出了經(jīng)濟實用的交流電動機，致使交流電力拖動在工業(yè)中得到了廣泛的應用，但隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展， 特別是精密機械加工與冶金工業(yè)生產(chǎn)過程的進步，對電力拖動在起動， 制動，正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度與范圍等靜態(tài)特性和動態(tài)響應方面提出了新的，更高的要求。由于交流電力拖動比直流電力拖動在技術(shù)上難以實現(xiàn)這些要求，所以20世紀以來，在可逆，可調(diào)速與高精度的拖動技術(shù)領(lǐng)域中，相當時期內(nèi)幾乎都是采用直流電力拖動，而交流電力拖動則主要用于恒轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。雖然直流電動機具有調(diào)速性能優(yōu)異這一突出特點，但是由于它具有電刷與換向器（又稱整流子），使得他的故障率較高，電動機的使用環(huán)境也受到了限制（如不能在有

7、易爆氣體及塵埃多的場合使用），其電壓等級，額定轉(zhuǎn)速，單機容量的發(fā)展也受到了限制。所以，在20世紀60年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，半導體交流技術(shù)的交流技術(shù)的交流調(diào)速系統(tǒng)得 以實現(xiàn)。尤其是70年代以來，大規(guī)模集成電路和計算機控制技術(shù)的發(fā)展，為交流電力拖動 的廣泛應用創(chuàng)造了有利條件。諸如交流電動機的串級調(diào)速，各種類型的變頻調(diào)速，無換向器 電動機調(diào)速等，使得交流電力拖動逐步具備了調(diào)速范圍寬，穩(wěn)態(tài)精度高，動態(tài)響應快以及在四象限做可逆運行等良好的技術(shù)性能，在調(diào)速性能方面完全可與直流電力拖動媲美。除此之外，由于交流電力拖動具有調(diào)速性能優(yōu)良，維修費用低等優(yōu)點， 將廣泛應用于各個工業(yè)電氣自動化領(lǐng)域中，并逐

8、步取代直流電力拖動而成為電力拖動的主流。1.3電動機的未來經(jīng)歷了 100多年的技術(shù)發(fā)展，電動機自身的理論基本成熟。隨著電工技術(shù)的發(fā)展， 對電能的轉(zhuǎn)換、控制以及高效使用的要求越來越高。電磁材料的性能不斷提高，電工電子技術(shù)的廣泛應用，為電動機的發(fā)展注入了新的活力。未來電動機將會沿著體積更小、機電能量轉(zhuǎn)換效率更高、控制更靈活的方向繼續(xù)發(fā)展。第二章電動機的工作原理2.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)及工作原理目前較常用的主要是交流電動機，它可分為三相異步電動機和單相交流電動機兩種。第一種多用在工業(yè)上，而第二種多用在民用電器上。下面以三相異步電動機為例介紹電動機的 工作原理。2.1.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)三相異步

9、電動機的結(jié)構(gòu)主要由兩個部分組成，一是固定不動的部分（簡稱定子），二是可以自由旋轉(zhuǎn)的部分（簡稱轉(zhuǎn)子）。定子與轉(zhuǎn)子之間有一個很小的氣隙。此外，還有機座、端蓋 軸承、接線盒、風扇等其他部分。異步電動機根據(jù)轉(zhuǎn)子的繞組的結(jié)構(gòu)不同，可分為鼠籠式和繞線式兩種。鼠籠式異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組本身自成閉合回路，整個轉(zhuǎn)子形成一個堅實的整體，其結(jié)構(gòu)簡單牢固、 運行可靠、價格便宜，應用最為廣泛，小型異步電動機絕大部分屬于這類。繞線式異步電動機的結(jié) 構(gòu)比鼠籠式復雜，但啟動性能較好，需要時還可以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。圖21所示是三相鼠籠式異步電動機的結(jié)構(gòu)。1定子定子是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的，主要由定子鐵心、定子繞組和機座等部分組成。

10、鼠籠式和 繞線式異步電動機的定子結(jié)構(gòu)是完全一樣的。2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是異步電動機的轉(zhuǎn)動部分，它在定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場的作用下獲得一定的轉(zhuǎn)矩而旋 轉(zhuǎn)，通過聯(lián)軸器或皮帶輪帶動其他機械設(shè)備做功。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸等部分組成。3機座機座是電動機的外殼和支架，它的作用是固定和保護定子鐵心、定子繞組并支撐端蓋， 所以要求機座具有足夠的機械強度和剛度，能承受運輸和運行過程中的各種作用力。中、小型異步電動機通常采用鑄鐵機座， 定子鐵心緊貼在機座的內(nèi)壁， 電動機運行時鐵 心和繞組產(chǎn)生的熱量主要通過機座表面散發(fā)到空氣中去，因此，為了增加散熱面積， 在機座表面裝有散熱片。對大型異步電動機， 一般采用鋼板焊接機座，此

11、時為了滿足通風散熱的要求，機座內(nèi)表面與鐵心隔開適當距離，以形成空腔，作為冷卻空氣的通道。2.1.2三相異步電動機的工作原理圖2 2所示為用圖解法分析旋轉(zhuǎn)磁場的電機繞組結(jié)構(gòu)圖。圖中交流電機的定子上嵌放 著對稱的三相繞組 U1 U2、V1 V2、W1 W2,電流的流入端用符號表示，流出端用O表示。三相對稱電流波形如圖 23所示。假定電流從繞組首端流入為正，末端流出為負。對稱三相交流電流通入對稱三相繞組時，便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。 下面選取各相電流出現(xiàn)最大值的幾個瞬間進行分析。在圖2 2中，當=0。時，U相電流達到正最大值，電流從首端U1流入，用 表示，從末端U2流出，用O表示;V相和W相電流均為負，因

12、此電流均從繞組的末端流入，首端 流出，故末端 V2和W2應填上，首端V1和W1應填上O,如圖2 2(a)所示。從圖可見， 合成磁場的軸線正好位于U相繞組的軸線上。當=120。時，V相電流為正的最大值，因此 V相電流從首端 V1流入，用 表示，從末 端V2流出，用O表示。U相和 W相電流均為負，則U1和W1端為流出電流，用O表示， 而U2和W2為流入電流，用 表示，如圖2 2(b)所示。由圖可見，此時合成磁場的軸線正 好位于V相繞組的軸線上，磁場方向已從=0時的位置沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)了120。當=240。和=360。時，合成磁場的位置分別如圖22(c)、(d)所示。當=360時，合成磁場的軸線正好

13、位于U相繞組的軸線上，磁場方向從起始位置逆時針方向旋轉(zhuǎn)了360 ,即電流變化一個周期，合成磁場旋轉(zhuǎn)一周。由此可見，對稱三相交流電流通入對稱三相繞組所形成的磁場是一個旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)的方向從UTVTW,正好和電流出現(xiàn)正的最大值順序相同，即由電流超前相轉(zhuǎn)向電流滯后相。如果三相繞組通入負序電流，則電流出現(xiàn)正的最大值的順序是UTWTV。通過圖解法分析可知，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向也為UTWTV。綜上分析可知，三相異步電動機轉(zhuǎn)動的基本工作原則是：(1) 三相對稱繞組中通入三相對稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)速為異步轉(zhuǎn)速(1)且1=式中： 為電源頻率，單位為 Hz;為電機極對數(shù)。(2) 轉(zhuǎn)子導體切割旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應

14、電動勢和電流。(3) 轉(zhuǎn)子載流導體在磁場中受到電磁力的作用，從而形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)使電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 動，其轉(zhuǎn)速()小于同步轉(zhuǎn)速(1)。異步電動機的轉(zhuǎn)速不可能達到定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，即同步轉(zhuǎn)速，因為如果到達同步轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)子導體與旋轉(zhuǎn)磁場之間沒有相對運動，隨之在轉(zhuǎn)子導體中不能感應出電勢和電流， 也就不能產(chǎn)生推動轉(zhuǎn)子的電磁力。 因此，異步電動機的轉(zhuǎn)速總 是低于同步轉(zhuǎn)速，即兩種轉(zhuǎn)速之間總是存在差異， 異步電動機因此而得名。 又因為異步電動 機轉(zhuǎn)子電流是通過電磁感應作用產(chǎn)生的，所以又稱為感應電動機。(4) 異步電動機的旋轉(zhuǎn)方向始終與旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向一致，而旋轉(zhuǎn)磁場的方向又取決 于異步電動機的三相電流相序，

15、因此，三相異步電動機的轉(zhuǎn)向與電流的相序一致。要改變轉(zhuǎn)向，只要改變電流的相序即可，即任意對調(diào)電動機的兩根電源線，便可使電動機反轉(zhuǎn)。第三章電動機的運行維護3.1電動機啟動前的準備為了保證電動機正常安全地啟動，一般啟動前應作好下述準備：(1) 檢查電源是否有電，電壓是否正常，若電源電壓過高或過低，都不宜啟動。(2) 啟動器是否正常，如零部件有無損壞，使用是否靈活，觸頭接觸是否良好，接線是 否正確、牢固等。(3) 熔絲規(guī)格大小是否合適，安裝是否牢固，有無熔斷或損傷。(4) 電動機接線板上接頭有無松動或氧化。(5) 檢查傳動裝置，如皮帶輕緊是否合適，連接是否牢固，聯(lián)軸器的螺絲、銷子是否緊 固等。(6)

16、傳動電動機轉(zhuǎn)子和負載機械的轉(zhuǎn)軸，看其轉(zhuǎn)動是否靈活。(7) 檢查電動機及啟動電器外殼是否接地，接地線有無斷路，接地螺絲是否松動、脫落 等。(8) 搬開電動機周圍的雜物并清除機座表面灰塵、油垢等。(9) 檢查負載機械是否妥善地作好了啟動準備。(10) 對正常運行中的繞線式電動機，應經(jīng)常觀察電動機滑環(huán)有無偏心擺動現(xiàn)象；觀察滑環(huán)的火花是否發(fā)生異?，F(xiàn)象?；h(huán)上碳刷是否要更換。3.2啟動時應注意的問題(1) 接通電源后，如果電動機不轉(zhuǎn)，應立即切斷電源，絕不能遲疑等待，更不能帶電檢 查電動機發(fā)故障，否則將會燒毀電動機和發(fā)生危險。(2) 啟動時應注意觀察電動機、傳動裝置、負載機械的工作情況，以及線路上的電流表

17、 和電壓表的指示，若有異?，F(xiàn)象，應立即斷電檢查，待故障排除后，載行啟動。(3) 利用手動補償器或手動星三角啟動器啟動電動機時，特別要注意操作順序。一定要先將手柄推到啟動位置，待電動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后再拉到運轉(zhuǎn)位置，防止誤操作造成設(shè)備和人身事故。(4) 同一線路上的電動機不應同時啟動，一般應由大到小逐臺啟動以免多太電動機同時 啟動，線路上電流太大。電壓降低過多，造成電動機啟動困難引起線路故障或使開關(guān)設(shè)備跳 閘。(5) 啟動時，若電動機的旋轉(zhuǎn)方向反了，應立即切斷電源，將三相電源線中的任意兩相 互換一下位置，即可改變電動機轉(zhuǎn)向。3.3電動機運行中的監(jiān)視電動機在運行時，值班工作人員可以通過儀表和感覺器官監(jiān)視

18、其運行情況，以便及早發(fā)現(xiàn)問題，減少或避免故障的發(fā)生。3.3.1監(jiān)視電動機的溫度電動機正常運行時會發(fā)熱，使電動機溫度升高，但不應超出允許的限度。如果電動機負 載過大，使用環(huán)境溫度過高，通風不暢或運行中發(fā)生故障，就會使其溫度超出允許限度，導 致繞組過熱燒毀，因此電動機溫度的高低是反映電動機運行的主要標志，在運行中經(jīng)常檢查。判斷電動機是否過熱，可以用以下方法：(1) 憑手的感覺：如果以手接觸外殼，沒有燙手的感覺，說明電動機溫度正常；如果手放上去燙得馬上縮回來，說明電動機已經(jīng)過熱。(2) 在電動機外殼上滴 2-3滴水，如果只冒熱氣沒有聲音，則說明電動機沒有過熱，如 果水滴急劇汽化同時伴有”咝咝聲，說明

19、電動機已經(jīng)過熱。(3) 判別電動機是否過熱的準確方法還是用溫度計測量。發(fā)現(xiàn)電動機過熱應該立即停車檢查，等查明原因，排除故障后再行使用。3.3.2監(jiān)視電動機的電流一般容量較大的電動機應裝設(shè)電流表， 隨時對其電流進行監(jiān)視。 若電流大小或三相電流 不平衡超過了允許值。應立即停車檢查。容量較小的電動機一般不裝電流表， 但也經(jīng)常用鉗 形表測量。3.3.3監(jiān)視電動機的電壓電動機的電源上最好裝設(shè)一只電壓表和轉(zhuǎn)換開關(guān)，以便對其三相電源、 壓進行監(jiān)視。電動機的電源電壓過高、過低或三相電壓不平衡，特別是三相電源缺相，都會帶來不良后果。 如發(fā)現(xiàn)這種情況應立即停車，待查明原因，排除故障后再使用。3.3.4注意電動機的

20、振動、響聲和氣味電動機正常運行時，應平穩(wěn)、輕快、無異常氣味和響聲。若發(fā)生劇烈振動，噪音和焦臭 氣味，應停車進行檢查修理。3.3.5注意傳動裝置的檢查電動機運行時要隨時注意查看皮帶輪或聯(lián)軸器有無松動，傳動皮帶是否有過緊、過松的現(xiàn)象等，如果有，應停車上緊或進行調(diào)整。3.3.6注意軸承的工作情況電動機運行中應注意軸承聲響和發(fā)熱情況。若軸承聲音不正常或過熱，應檢查潤滑情況是否良好和有無磨損。3.3.7注意交流電動機的滑環(huán)或直流電動機的換向器火花電動機運行中，電刷與換向器或滑環(huán)之間難免出現(xiàn)火花。如果所發(fā)生的火花大于某一規(guī)定限度，尤其是出現(xiàn)放電性的紅色電弧火花時，將產(chǎn)生破壞作用，必須及時加以糾正。3.4電

21、動機的定期檢查和保養(yǎng)為了保證電動機正常工作，除了按操作規(guī)程正確使用，運行過程中注意監(jiān)視和維護外還 應進行定期檢查和保養(yǎng)。間隔時間可根據(jù)電動機的類型、使用環(huán)境決定。主要檢查和保養(yǎng)項目如下910:(1) 及時清除電動機機座外部的灰塵、油泥，如使用環(huán)境灰塵較多， 最好每天清掃一次。(2) 經(jīng)常檢查接線板螺絲是否松動或燒傷。(3) 定期測量電動機的絕緣電阻，若使用環(huán)境比較潮濕更應經(jīng)常測量。(4) 定期用煤油清洗軸承并更換新油(一般半年更換一次)，換油時不應上滿，一般占油腔的1/21/3，否則，容易發(fā)熱或甩出，油要從一面加人，可以把沒有清洗干凈的雜質(zhì)，從另一面擠出來。(5) 定期檢查啟動設(shè)備，看觸頭和接線有無燒傷，氧化，接觸是否良好等。(6) 絕緣情況的檢查。絕緣材料的絕緣能力因干燥程度不同而異，所以保持電動機繞組的干燥是非常重要的。電動機工作環(huán)境潮濕、工作間有腐蝕性氣體等因素的存在，都會破壞電動機的絕緣。最常見的是繞組接地故障即絕緣損壞，使帶電部分與機殼等不應帶電的金屬部分相碰，發(fā)生這種故障，不僅影響電動機正常工作。還會危及人身安全。所以電動機在使用中，應經(jīng)常檢查絕緣電阻，還要注意查看電動機機殼接地是否可靠。(