串励直流电动机工作原理

串励直流电动机工作原理

一、清点人数，记考勤

二、复习上节课相关知识

三、引入新课

1、 组成：由定子、转子、电刷和换向器组成，如图2所示。

转子（电枢）：产生电磁转矩。

转子（磁场）：产生磁场。

电刷：将直流电引入到电枢中。

换向器：保证同一磁极下电流的方向一致。

1—风扇；2—机座；3—电枢；4—主磁极；5—电刷；6—换向器；7—接线板；8—出

线盒；9—换向极；10—端盖

图2 直流电动机的组成

2、 电动机的工作原理

基本工作原理：通电导体在磁场中产生电磁力，使导体产生旋转运动，实现了电能与机械能的转变。

工作情况：当蓄电池电流经过电刷引入电枢后，在线圈中有电流流过，方向如图所示。根据左手定则，可以确定电磁力的方向，可见线圈在电磁力的作用下沿逆时针方向旋转。当线圈旋转过半圈后，两个换向片更换了接触的电刷，流过线圈的电流也发生了改变，但是电磁力矩的方向没有改变，这样就保证了电机始终向一个方向旋转，如图3所示。

图3 直流电动机的工作原理

3、电动机的工作特性工作特性：直流串励式电动机的力矩M、转速n和功率P随电枢

电流变化的规律，如图4所示。

图4 直流电动机的特性

转矩特性：

定义：电动机的转矩与电动机电流之间的关系。

分析：

⑴起动瞬间，制动状态，电流值最大，电枢转速为零，力矩也相应达到最大值。且力矩与电流的平方成正比，因此力矩最大，易于发动机的起动。这就是汽车采用直流串励式电动机的主要原因。

⑵随着转速的提高，力矩不断下降。

转速特性：

定义：电动机的转速与电动机电流之间的关系。

分析：

⑴当电枢电流增加时，电压降IsΣR 增加，在磁路未饱和时，Φ的值也增加，故n急剧下降。

⑵直流串励电动机另一特性：重载时转速低，可保证发动机的安全起动，而在轻载时转速高，易造成飞车事故。因此对于功率较大的电动机，不允许在轻载或空载下运行。

功率特性：

定义：电动机的输出功率与电流之间的关系。

分析：

⑴ 全制动时：起动发动机瞬间，转速和输出功率均为零，电流最大，转矩最大； ⑵ 空载时：电流最小，转速最大，功率为零； 电枢电流在最大值一半时，功率最

大。

控制装置

1、作用

起动时，控制驱动齿轮与飞轮的啮合，接通电动机的主电路。起动后，切断电动机的主电路，使驱动齿轮与飞轮自动断开。

2、形式

电磁操纵式。

3、组成：由吸引线圈、保持线圈、铁心等组成，如图9所示。

1—起动开关接电动机接线柱；2—接点火线圈接线柱；3—电磁开关接蓄电池接线柱；4—起动开关；5—接起动开关接线柱；6—接触盘；7—黄铜套筒；8—吸引线圈；9—固定铁心；10—保持线圈；11—活动铁心；12—传动叉；13—驱动齿轮；14—直流电

动机

图9 起动机电磁开关的组成

4、 工作过程

置点火开关于起动位置，起动机继电器通电，继电器触点闭合，接通电磁开关电路；电磁开关通电，两线圈电流方向一相同，共同产生吸力，使驱动齿轮啮合，主开关接通。 电磁开关通电后，吸引和保位线圈通电，两者流过的电流方向相同，共同产生电磁吸力，在电磁吸力的作用下，活动铁心克服回位弹簧的弹力右行，通过杠杆机构，使小齿轮开始啮入飞轮齿圈；活动铁心继续左移时，通过推杆使接触盘右移，接通电动机主电路。在接触盘尚未接通之前，由于吸引线圈的电流流经励磁绕组和电枢绕组，会产生一个较小的电

磁转矩，使小齿轮缓慢旋转与飞轮啮合。在小齿轮完全与飞轮啮合后，接触盘接通电动机的主电路，蓄电池的大电流流进电动机，产生正常的电磁转矩，使发动机起动。

起动机主电路通电后，主电路通电后，吸引线圈被短路，但保位线圈继续通电，产生电磁吸力，维持齿轮的啮合位置不变，起动发动机。

松开点火开关后，起动继电器断电，继电器触点断开，继电器与电磁开关之间的电路被切断。由于磁场的磁滞性，主接触盘继续通电，电磁开关两线圈通过接触盘继续通电。此时，两线圈所产生的磁场方向相反，互相抵消。铁心在回位弹簧的作用下迅速回位，驱动齿轮退出啮合，接触盘回位，切断主电路，起动机停止工作。

电磁开关的工作过程如图10所示。

图10 电磁开关的工作过程

解放CA1091型汽车起动系电路

1、特点：增加了一个附加继电器，可防止起动机在发动机工作后产生误动作。

2、工作情况：附加继电器受发电机中性点电压的控制，当发电机发电后，在中性点电压的作用下，附加继电器线圈通电，使起动机继电器线圈断电，从而防止了误动作。

1—电磁开关主接线柱；2—吸引线圈；3—保持线圈；4—起动继电器触点；5—保护

继电器触点；6—点火开关；7—硅整流发电机；8—电流表；9—快速熔断片

图11 解放CA1091型汽车起动系电路

作业：画电路图说明起动机工作过程

起动机传动机构和控制机构

一、清点人数，记考勤

二、复习上节课相关知识

三、引入新课

1、作用：单向传递电动机的力矩，起动发动机。在起动后自动打滑，保护起动机电枢不致产生飞车。

2、种类：

l 滚柱式单向离合器：适用于中小型汽车；

l 摩擦片式单向离合器：适用于中型汽车；

l 弹簧式单向离合器：适用于大型汽车。

3、 滚柱式单向离合器

结构：滚柱式单向离合器由驱动齿轮、十字块、滚柱和弹簧等组成。离合器总成套装在电枢轴的花键上，可以轴向移动。如图5所示。

工作原理：起动时，拨叉将离合器推出，驱动齿轮与飞轮啮合，电动机通电后，带动十字块旋转。此时十字块处于主动状态，使滚柱滚入窄端，将十字块与外壳卡紧。起动后，飞轮齿圈带动驱动齿轮与外壳高速旋转，当转速超过十字块时，就迫使滚柱滚入宽端，各自自由滚动，起保护作用。如图6所示。

图5 滚柱式单向离合器的构造

图6 滚柱式单向离合器的工作原理

4、 摩擦片式单向离合器

结构：摩擦片式单向离合器由内、外接合毂，主、从动摩擦片等组成。外接合毂与小齿轮一体，套装在电动机轴上，内接合毂通过内花键与与电动机的轴接合。从动摩擦片(青铜材料)装入外接合毂的切槽中，主动摩擦片插入内接合毂的切槽内，主、从动摩擦片相间排列。离合器工作时，利用两者的摩擦办传递转矩，如图7所示。

1—拨叉环；2—主动盘；3—卡环；4—锁圈；5—被动盘；6—压盘；7—调整垫圈；8—主动摩擦片；9—被动摩擦片；10—驱动齿轮轴套；11—后端盖；12—挡圈；13—

锥面盘；14—半圆卡环；15—保险弹簧垫圈；16—承推环

图7 摩擦片式单向离合器

工作原理：起动时，当驱动齿轮啮入飞轮齿圈后，电动机通电旋转，内接合毂在惯性力作用下沿着螺旋花键向右移动，摩擦片被压紧而将起动机的力矩传递驱动齿轮。当发动机的阻力矩较大时，内接合器会继续右移，增大摩擦片之间的压力，直到摩擦片之间的摩擦力足够所需的起动力矩，带动曲轴旋转，起动发动机。起动后，驱动齿轮被飞轮齿圈带动，其转速超过电枢转速时，内接合毂沿着螺旋花键向左退出，摩擦片之间的压力消除。驱动齿轮不会带动电枢轴旋转，起到保护作用。

5、 弹簧式单向离合器

结构：由驱动齿轮、连接套筒和螺旋弹簧组成，连接套筒与电枢轴通过花键连接，连接套筒与驱动齿轮外面套有扭力弹簧，其两端内径较小，分别箍紧在齿轮和套筒上，如图8所示。

1—衬套；2—起动机驱动齿轮；3—限位套；4—扇形套；5—扭力弹簧；6—护套；7

—花键套筒；8—弹簧；9—滑套；10—卡簧

图8 弹簧式单向离合器

工作原理：起动时，电枢轴带动连接套筒旋转，扭力弹簧顺其旋转方向扭转，圈数增加，内径变小，将齿轮柄与连接套筒包紧，成为整体。这样电动机的力矩传给驱动齿轮，带动曲轴旋转，起动发动机。起动后，驱动齿轮转速高于电枢转速，扭力弹簧被反向扭转，内径变大，齿轮与连接套筒松脱，各自转动，起动了保护作用。

减速起动机

1、 概述

在电动机的电枢轴和输出轴之间，设置了齿轮减速装置。通过转矩的倍增作用，使起动机的输出特性适应发动机的起动要求。齿轮减速比一般为3--5。

2、 特点

l 增大起动机的起动转矩，提高起动性能；

l 减少蓄电池的耗电量，延长了使用寿命；

l 电动机的体积小，质量减轻。

3、 结构

三种形式，如图12所示。

(a)外啮合式 (b)内啮合式 (c)行星齿轮式

图12 三种减速起动机的构造

4、 工作情况

起动时，接通起动开关，磁化线圈通电，接通继电器触点，蓄电池为起动机的电磁开关供电，吸拉线圈与保位线圈通电，产生吸力，接通主电路，通过拨叉使驱动齿轮与飞轮啮合，啮合后，起动机主电路接通，蓄电池供电，带动电动机旋转，通过减速齿轮减速后，通过螺旋花键将动力传递给单向啮合器和驱动齿轮，带动发动机起动。

5、 行星齿轮减速机构介绍

特点：

l 电枢轴上的驱动齿轮（太阳轮）与电枢轴制成一体。

l 行星齿轮套装在行星齿轮架的行星轮轴上。

l 输出轴与行星齿轮架固定连接，驱动齿轮与输出轴是一体的。

l 行星齿轮固定内齿圈在工作时固定不动。

l 行星齿轮在太阳的带动下产生自转，同时由于内齿圈是固定的，太阳轮又绕着太阳

轮公转，从而带动行星架转动，通过行星架带动驱动输出轴旋转。

动力传动情况

电机→驱动齿轮（太阳轮）→行星齿轮，行星齿轮开始自转，由于内齿圈固定不动，因此行星齿轮又在内齿圈上公转，带动行星齿轮架转动，而行星架又与输出轴是一体的，把动力传给输出轴。如图13所示。

起动系故障诊断

一、清点人数，记考勤

二、复习上节课相关知识

三、引入新课

1、 使用方法

l 起动机每次起动的时间不超过5s，再次起动应停止2min。

l 在冬季和低温情况下起动时，应采取保温措施，最好行预热再起动。

l 发动机起动后，必须立即切断起动机的控制电路，使起动机停止工作。

2、 维护

保持外部清洁；各处导线联接要牢固可靠；定期检查与清洁换向器等。

起动机常见故障的诊断与排除

1、 起动机不转

故障现象：蓄电池电量充足，导线连接正常，接通点火开关后起动机不转。

故障部位：起动机、组合继电器和连接导线与开关等。

排除方法：

（1）检查导线的连接情况，开关的工作情况。

（2）判断故障在起动机还是在组合继电器：用导线短接起动机电磁开关上的两接线柱，起动发动机，如果起动机运转，故障在组合继电器；若电动机不转，故障在起动机。

（3）判断故障在电动机还是在电磁开关：用导线短接起动机上两主接线柱，如果电动机运转，故障在电磁开关，否则。故障在电动机。

起动机不运转判断步骤

2、 起动机运转无力

故障现象：起动机转动缓慢无力，带动发动机困难或接通起动开关后，起动机只有“卡嗒”一声并不转动。

故障部位：蓄电池、点火开关、起动机和连接导线等。

检查内容：

l 蓄电池电量、导线连接情况

l 电磁开关主触点的接触情况

l 电磁开关的工作情况

3、 起动机空转

故障现象：接通起动开关，起动机空转。

检查内容：

起动机主开关接触盘行程，若过短，则造成电磁开关提前接触，会听到轻微的摩擦声。 驱动齿轮或飞轮齿圈是否严重磨损，打滑。

单向离合器是否有打滑现象。