新能源汽車電工電子技術(shù)基礎(chǔ) 課件 項(xiàng)目四 交流電

交流電學(xué)習(xí)目標(biāo)情境描述知識(shí)解析任務(wù)實(shí)施課程思政contents目錄學(xué)習(xí)目標(biāo)01素養(yǎng)目標(biāo)培養(yǎng)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、書(shū)籍等渠道獲取信息分析問(wèn)題的能力培養(yǎng)獨(dú)立自學(xué)、討論合作的學(xué)習(xí)能力，學(xué)生對(duì)比辨別的辯證思考能力培養(yǎng)學(xué)生安全生產(chǎn)、安全操作的安全意識(shí)、樹(shù)立7S標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范意識(shí)知識(shí)目標(biāo)熟悉交流電路的基本概念，掌握交流電路中電壓與電流的關(guān)系以及基本分析方法和計(jì)算方法熟悉三相交流電路的基本知識(shí)，掌握三相負(fù)載的連接方式以及線電流與相電流的關(guān)系，并能進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。了解三相電路中有功功率、無(wú)功功率、視在功率的概念，并能進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算。技能目標(biāo)能夠獨(dú)立自學(xué)或同學(xué)討論完成交流電路串、并聯(lián)的分析搜索判斷確定。能夠理解交流電與直流電的區(qū)別，準(zhǔn)確認(rèn)知交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)名稱，完成交流發(fā)電機(jī)的簡(jiǎn)單檢測(cè)。能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、書(shū)籍等獲取三相負(fù)載的連接方式及適用范圍等信息。情境描述02情境描述該事故發(fā)生在一家汽車維修店，涉及一輛新能源汽車的維修工作。一輛新能源電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)有時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)有時(shí)不轉(zhuǎn)動(dòng)或抖動(dòng)，噪音大或發(fā)熱。作為新能源汽車專業(yè)學(xué)生，請(qǐng)你分析一下驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電流是直流電還是交流電？交流電在汽車運(yùn)用中還有什么例子？任務(wù)分析

交流電在人們生產(chǎn)生活中無(wú)處不在。新能源汽車動(dòng)力電池只能提供直流電，而新能源汽車基本上采用三相交流電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好，成本低，功率覆蓋范圍廣。新能源混動(dòng)汽車上的發(fā)電機(jī)就是三相交流發(fā)電機(jī)。因?yàn)槠嚿系陌l(fā)電機(jī)內(nèi)部有整流器和調(diào)節(jié)器，因此發(fā)電機(jī)可直接輸出電壓穩(wěn)定的直流電。知識(shí)解析03

交流電一般指大小和方向隨時(shí)間作周期性變化的電動(dòng)勢(shì)（或電壓、電流），交流電按照變化規(guī)律可分為正弦交流電和非正弦交流電。一、交流電路基本概念（一）什么是交流電？交流電與直流電的區(qū)別（二）交流電物理量及正弦交流電的三要素1.周期T：正弦交流電隨時(shí)間變化一周所需時(shí)間稱為周期，用字母T表示，單位為秒（s）頻率f：正弦交流電在每秒時(shí)間內(nèi)重復(fù)變化的周期數(shù)稱為頻率，用小寫(xiě)字母f表示，單位是赫茲（Hz）（二）交流電物理量及正弦交流電的三要素角頻率ω：正弦電量在ls時(shí)間內(nèi)變化的角度，單位為弧度/秒（rad/s）。角頻率ω與頻率f之間的關(guān)系為：ω=2πf。XSNAwt角頻率與周期及頻率的關(guān)系：（二）交流電物理量及正弦交流電的三要素2．最大值：是交流電的幅值。用大寫(xiě)字母加下標(biāo)m表示。如Im、Um、Em。

有效值：若一個(gè)交流電和直流電通過(guò)相同的電阻，經(jīng)過(guò)相同的時(shí)間產(chǎn)生的熱量相等，則這個(gè)直流電的量值就稱為該交流電的有效值。用大寫(xiě)字母E、U、I等表示。

平均值：正弦交流電在一個(gè)周期內(nèi)所有瞬時(shí)值的平均大小稱為正弦交流電的平均值，用字母EP、UP、IP表示。對(duì)于正弦交流電，有效值與最大值的關(guān)系式為：3.初相位：

在正弦交流電的解析式中，隨時(shí)間變化的角度叫作相位角，簡(jiǎn)稱相位，是決定正弦交流電在某一時(shí)刻所處狀態(tài)的物理量。

（二）交流電物理量及正弦交流電的三要素

相位差：兩個(gè)同頻率正弦交流電量的相位之差。

交流電路單相交流發(fā)電機(jī)單相交流電路只有一個(gè)交變電動(dòng)勢(shì)，而三相交流電路有三個(gè)交變電動(dòng)勢(shì)。單相交流電路交流電路中的負(fù)載元件包括電阻、電感和電容，它們共同構(gòu)成了交流電路的基本結(jié)構(gòu)。負(fù)載元件單相交流電可以通過(guò)線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)切割磁力線來(lái)產(chǎn)生，這是一種常見(jiàn)的交流電產(chǎn)生方式。單相交流電的產(chǎn)生0201030405二、單相交流電路（一）單相交流電路概述交流電路由交流電源和負(fù)載元件組成，根據(jù)電源中交變電動(dòng)勢(shì)的個(gè)數(shù)，分為單相和三相兩種。單相交流發(fā)電機(jī)是只有一個(gè)線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)，它只能產(chǎn)生一個(gè)交變電動(dòng)勢(shì)。12復(fù)數(shù)及四則運(yùn)算正弦量的相量表示法（二）單相正弦交流電的相量表示法用解析式和波形圖兩種方法表示一個(gè)正弦量。

如熒光燈、電爐等用電設(shè)備，其主要作用都是將電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量，都屬于耗能設(shè)備，其電路模型都是電阻元件。1.電阻元件當(dāng)線性電阻R兩端加上正弦電壓時(shí)，電阻中便有電流i通過(guò)。電壓和電流i都滿足歐姆定律，即u=Ri。（1）電壓與電流的關(guān)系瞬時(shí)功率p=ui，平均功率（有功功率）P=UI=RI2。（2）功率（三）單一元件的正弦交流電路URUR

電阻元件交流電路

大多數(shù)交流電路都是電感性的，分析電路時(shí)，其電感作用都可以用電感元件來(lái)代替。熒光燈電路中鎮(zhèn)流器的電路模型就是電感元件。2.電感元件電壓有效值和電流有效值之間的關(guān)系如下：U=XLI。式中，XL稱為電感的電抗，簡(jiǎn)稱感抗，其大小除與自感系數(shù)有關(guān)外，還與頻率成正比。（1）電壓與電流的關(guān)系瞬時(shí)功率：p=ui（2）功率（三）單一元件的正弦交流電路有功功率：在純電感電路中，不消耗電能，而只與電源進(jìn)行能量的交換。所以在一個(gè)周期內(nèi)的有功功率為零。無(wú)功功率：純電感電路中瞬時(shí)功率的最大值叫做無(wú)功功率，它表示線圈與電源之間能量交換規(guī)模的大小。

在生產(chǎn)和生活實(shí)踐中，人們發(fā)現(xiàn)，凡是被絕緣隔開(kāi)的兩個(gè)導(dǎo)體之間加以電壓時(shí)，則接在高電位的導(dǎo)體就能容納正電荷，接在低電位的導(dǎo)體能容納負(fù)電荷。由此可見(jiàn)，上述導(dǎo)體和絕緣所構(gòu)成的整體有容納電荷的本領(lǐng)，這個(gè)本領(lǐng)叫電容，這個(gè)整體叫電容器。3.電容元件

電壓有效值和電流有效值之間的關(guān)系為：

Uc=XcI,式中，XC稱為電容的電抗，簡(jiǎn)稱容抗，容抗的單位是歐姆（Ω）。（1）電壓與電流的關(guān)系瞬時(shí)功率：p=ui（2）功率（三）單一元件的正弦交流電路有功功率：電容的有功功率與電感的有功功率一樣為零。電容的有功功率為零，說(shuō)明它并不消耗能量，只是存儲(chǔ)能量。無(wú)功功率：和電感元件一樣，同樣用無(wú)功功率來(lái)衡量電容與電源之間能量的交換規(guī)模。電容的無(wú)功功率為4.熒光燈電路的分析

熒光燈電路由燈管、輝光啟動(dòng)器、鎮(zhèn)流器、燈架和燈座等組成。（1）熒光燈電路的組成（2）熒光燈的工作原理（三）單一元件的正弦交流電路（3）熒光燈電路模型（4）熒光燈電路功率因數(shù)的提高

通過(guò)分析熒光燈電路的工作情況，得知熒光燈電路是一個(gè)感性電路，所以它的功率因數(shù)一般比較低，可以根據(jù)需要，通過(guò)一定的方法提高整個(gè)電路的功率因數(shù)。三相交流電在工業(yè)生產(chǎn)中，三相交流電是保證生產(chǎn)機(jī)械正常工作的主要能源，具有省材料、成本低、性能好、效率高等優(yōu)點(diǎn)。三相正弦交流電路是單相正弦交流電路的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，兩者有著密切的聯(lián)系，電能的產(chǎn)生、輸送和分配基本上采用三相制。三相正弦交流電路三、三相交流電路三相正弦交流電路是在單相正弦交流電路的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，兩者有著密切的聯(lián)系，電能的產(chǎn)生、輸送和分配基本上采用三相制。三相正弦交流電動(dòng)勢(shì)是由三相交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的

三相交流發(fā)電機(jī)（一）三相交流電源的產(chǎn)生

三相交流發(fā)電機(jī)原理圖發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分稱為轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組中通以直流電流，產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)。發(fā)電機(jī)的固定部分稱為定子，定子鐵芯的內(nèi)圓表面有槽，可以放置電框繞組。三個(gè)尺寸和匝數(shù)相同的繞組分別用AX、BY、CZ表示，稱為三相繞組。A、B、C稱為繞組的始端，X、Y、Z稱為末端。三個(gè)繞組安放在定子鐵芯槽內(nèi)，且三相繞組在空間位置上互差120°。三相交流電源是三個(gè)單相交流電源按一定的方式進(jìn)行的組合，這三個(gè)單相交流電源的頻率相同、幅值相等、相位彼此相差120°。1．三相交流電源的星（Y）形聯(lián)結(jié)（二）三相交流電源的聯(lián)結(jié)2．三相電源的三角形聯(lián)結(jié)

三相交流電源的星（Y）形聯(lián)結(jié)是將三相發(fā)電機(jī)三相繞組的末端U2、V2、W2（相尾）聯(lián)結(jié)在一點(diǎn)，始端U1、V1、W1（相頭）分別與負(fù)載相連。

三相電源的三角形聯(lián)結(jié)是將發(fā)電機(jī)三相繞組首尾端依次聯(lián)結(jié)，三個(gè)聯(lián)結(jié)點(diǎn)作為三相電源輸出點(diǎn)。三相負(fù)載：需要三相電源供電的負(fù)載，如三相異步電動(dòng)機(jī)和大功率電爐等。因?yàn)槭褂萌魏坞姎庠O(shè)備，都要求負(fù)載所承受的電壓等于它的額定電壓1．三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)（三）三相負(fù)載的聯(lián)結(jié)2．三相電源的三角形聯(lián)結(jié)

三相負(fù)載的星形聯(lián)結(jié)，就是把三相負(fù)載的一端連接到同一個(gè)公共端點(diǎn)，另一端分別與電源的三根相線相連。

三相電源的三角形聯(lián)結(jié)是將發(fā)電機(jī)三相繞組首尾端依次聯(lián)結(jié)，三個(gè)聯(lián)結(jié)點(diǎn)作為三相電源輸出點(diǎn)。

按總體結(jié)構(gòu)分

1．發(fā)電機(jī)的分類（四）交流發(fā)電機(jī)①普通交流發(fā)電機(jī)。使用時(shí)需要配裝電壓調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī)。②整體式交流發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)和調(diào)節(jié)器制成一個(gè)整體的發(fā)電機(jī)。③帶泵交流發(fā)電機(jī)。和汽車制動(dòng)系統(tǒng)用真空助力泵安裝在一起的發(fā)電機(jī)。④無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)。不需要電刷的發(fā)電機(jī)。⑤永磁交流發(fā)電機(jī)。磁極為永磁鐵制成的發(fā)電機(jī)。

按整流器結(jié)構(gòu)分①六管交流發(fā)電機(jī)。②八管交流發(fā)電機(jī)。③九管交流發(fā)電機(jī)。④十一管交流發(fā)電機(jī)。

按磁場(chǎng)繞組搭鐵形式分①內(nèi)搭鐵型交流發(fā)電機(jī)。磁場(chǎng)繞組的一端（負(fù)極）直接搭鐵（和殼體相連）。②外搭鐵型交流發(fā)電機(jī)。磁場(chǎng)繞組的一端（負(fù)極）接入調(diào)節(jié)器，通過(guò)調(diào)節(jié)器后再搭鐵。

交流發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)子（磁場(chǎng)）、定子（電樞）、電刷與滑環(huán)機(jī)構(gòu)、三相橋式整流器、電壓調(diào)節(jié)器、軸承、風(fēng)扇和前后端蓋等組成。

2．發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)（四）交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是磁極部分，用來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子由爪極、磁軛（鐵芯）、勵(lì)磁繞組、集電環(huán)（滑環(huán)）、轉(zhuǎn)子軸等組成。定子總成是發(fā)電機(jī)的電樞部分，用來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電樞由定子鐵芯和定子繞組組成，固定在前后端蓋之間轉(zhuǎn)子（磁場(chǎng)）（1）

（2）定子總成（電樞）發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是磁極，當(dāng)磁極繞組接通直流電源時(shí)，將產(chǎn)生磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子的磁爪被磁化為N極和S極。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)電機(jī)的定子是電樞，三相電樞繞組在鐵芯上彼此相差120°，產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。切割運(yùn)動(dòng)由于定子繞組與磁力線有相對(duì)的切割運(yùn)動(dòng)，所以在三相繞組中產(chǎn)生頻率相同、幅值相等、相位相差120°的正弦電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（3）交流發(fā)電機(jī)的工作原理交流發(fā)電機(jī)的工作原理勵(lì)磁方式發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)，稱為勵(lì)磁，發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁有他勵(lì)和自勵(lì)兩種方式。勵(lì)磁過(guò)程一般汽車用發(fā)電機(jī)在剛開(kāi)始發(fā)電時(shí)，磁場(chǎng)繞組由蓄電池供電產(chǎn)生磁場(chǎng)，屬于他勵(lì)。自勵(lì)階段待發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來(lái)，輸出電壓等于或高于蓄電池電壓，一般轉(zhuǎn)速達(dá)到1000r/min左右時(shí)，發(fā)電機(jī)向勵(lì)磁繞組供電，勵(lì)磁方式由他勵(lì)變?yōu)樽詣?lì)。（4）交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁方式產(chǎn)品代號(hào)設(shè)計(jì)序號(hào)變形代號(hào)電流等級(jí)代號(hào)電壓等級(jí)代號(hào)產(chǎn)品代號(hào)用中文字母表示，例：JF———普通交流發(fā)電機(jī)，JFZ———整體式（調(diào)節(jié)器內(nèi)置）交流發(fā)電機(jī)，JFB———帶泵的交流發(fā)電機(jī)，JFW———無(wú)刷交流發(fā)電機(jī)。電壓等級(jí)代號(hào)用一位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，例：1表示12V系統(tǒng)，2表示24V系統(tǒng)，6表示6V系統(tǒng)。電流等級(jí)代號(hào)也用一位阿拉伯?dāng)?shù)字表示。設(shè)計(jì)序號(hào)用1～2位阿拉伯?dāng)?shù)字表示，表示產(chǎn)品設(shè)計(jì)的先后順序。交流發(fā)電機(jī)以調(diào)整臂位置作為變形代號(hào)，從驅(qū)動(dòng)端看，調(diào)整臂在左邊用Z表示，調(diào)整臂在右端用Y表示，調(diào)整臂在中間不加標(biāo)記。進(jìn)口發(fā)電機(jī)不符合上述標(biāo)準(zhǔn)。（5）交流發(fā)電機(jī)的型號(hào)四、變壓器

變壓器（Transformer）是利用電磁感應(yīng)的原理來(lái)改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵芯（磁芯）。主要功能有：電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等。

新能源混動(dòng)汽車上最常見(jiàn)的變壓器就是點(diǎn)火線圈。新能源汽車上的變壓器有：旋轉(zhuǎn)變壓器、充電模塊、逆變器、DC-DC變換器。

變壓器的主體結(jié)構(gòu)是由鐵芯和繞組兩大部分構(gòu)成的。用硅鋼片疊壓成的變壓器鐵芯與電源相接的是一次側(cè)繞組，與負(fù)載相接的是二次側(cè)繞組。

（一）變壓器的基本結(jié)構(gòu)

三相交流發(fā)電機(jī)原理圖

變壓器是按照電磁感應(yīng)原理工作的。如果把變壓器的原線圈接在交流電源上，在原線圈中就有交流電流流過(guò)，變壓電流將在鐵芯中產(chǎn)生變磁通，這個(gè)變化的磁通經(jīng)過(guò)閉合磁路同時(shí)穿過(guò)原線圈和副線圈。交變的磁通將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這時(shí)，如果在副線圈上接上負(fù)載，那么電能將通過(guò)負(fù)載轉(zhuǎn)換成其他形式的能。

（二）變壓器的工作原理新能源汽車變壓器主要有：1．旋轉(zhuǎn)變壓器：在新能源汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)變壓器是一種關(guān)鍵的組件，它負(fù)責(zé)電能的傳輸與轉(zhuǎn)換。這種變壓器主要應(yīng)用于電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，將電池組提供的直流電能轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)所需的交流電能，從而驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)車輛的動(dòng)力輸出。2．充電模塊：在新能源汽車的充電過(guò)程中，變壓器起到將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的關(guān)鍵作用，以便儲(chǔ)存到電池組中。3．逆變器：逆變器通過(guò)變壓器將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，然后輸出給電動(dòng)機(jī)。4．DC-DC變換器：在新能源汽車中，DC-DC變換器用于將電池提供的直流電能轉(zhuǎn)換為適合供應(yīng)車載電子設(shè)備的低壓直流電能，這個(gè)轉(zhuǎn)換同樣依賴于變壓器。5．電力系統(tǒng)：新能源變壓器能夠在電力系統(tǒng)中對(duì)發(fā)電機(jī)的出口電壓進(jìn)行升壓，以提高配電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，滿足大容量電力傳輸和配電的需求，同時(shí)也適用于電網(wǎng)調(diào)峰和儲(chǔ)能等應(yīng)用。新能源汽車變壓器在不同的子系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，包括但不限于電能的傳輸與轉(zhuǎn)換、充電過(guò)程的電能轉(zhuǎn)換、電動(dòng)機(jī)控制的逆變、以及電源管理的DC-DC變換。

（三）車用變壓器任務(wù)實(shí)施04準(zhǔn)備工具包括螺絲刀、扳手、鉗子、錘子等基本工具，以及專業(yè)的拆卸工具如拉馬、拔輪器等。斷開(kāi)電源在拆卸前必須斷開(kāi)電源，確保操作安全。了解結(jié)構(gòu)熟悉交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，以便更好地進(jìn)行拆卸。任務(wù)一：交流發(fā)電機(jī)的拆裝與檢測(cè)使用拉馬或拔輪器將皮帶輪或聯(lián)軸器從發(fā)電機(jī)軸上拆下。拆卸皮帶輪或聯(lián)軸器使用螺絲刀和扳手將端蓋上的螺栓擰下，然后取下端蓋。拆卸端蓋將轉(zhuǎn)子從定子中抽出，并拆下軸承。注意不要損壞定子和轉(zhuǎn)子。拆卸軸承和轉(zhuǎn)子根據(jù)需要拆卸其他零部件，如電刷、電刷架、換向器等。拆卸其他零部件拆卸步驟及操作要點(diǎn)定子裝配轉(zhuǎn)子裝配軸承裝配端蓋及附件裝配裝配步驟及操作要點(diǎn)將定子鐵芯、線圈等部件按照規(guī)定的順序和要求進(jìn)行裝配，確保定子的穩(wěn)定性和電氣性能。選擇合適的軸承，按照規(guī)定的裝配方法進(jìn)行裝配，確保軸承的靈活性和穩(wěn)定性。將轉(zhuǎn)子鐵芯、磁極等部件進(jìn)行裝配，注意轉(zhuǎn)子的平衡性和磁極的極性。將端蓋、風(fēng)扇、接線盒等附件進(jìn)行裝配，注意附件的位置和固定方式。使用專業(yè)的電氣測(cè)試設(shè)備，對(duì)發(fā)電機(jī)的電氣性能進(jìn)行測(cè)試，如電壓、電流、功率因數(shù)等。電氣性能測(cè)試機(jī)械性能測(cè)試溫升測(cè)試絕緣電阻測(cè)試對(duì)發(fā)電機(jī)的機(jī)械性能進(jìn)行測(cè)試，如轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、噪聲等。在規(guī)定的負(fù)載和環(huán)境下，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行溫升測(cè)試，檢查發(fā)電機(jī)的散熱性能和溫升是否符合要求。使用絕緣電阻測(cè)試儀對(duì)發(fā)電機(jī)的絕緣電阻