《新能源汽車電機(jī)及控制系統(tǒng)檢修》 課件 2-1 了解電磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

任務(wù)一

了解電磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)能力模塊二

新能源汽車電機(jī)認(rèn)知《

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電流的磁效應(yīng)目錄01安培定則電機(jī)的結(jié)構(gòu)04電機(jī)定子線圈的連接方法原理06任務(wù)實(shí)施080203發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)左手定則電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的基本工作原理電磁感應(yīng)現(xiàn)象050709學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1.掌握電機(jī)、發(fā)電機(jī)的基本運(yùn)行原理。2.了解電機(jī)定子線圈的連接方法。1.能夠正確連接電機(jī)定子線圈。2.能夠正確解釋電機(jī)與發(fā)電機(jī)的運(yùn)行原理。1.認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，積極主動(dòng)。安全生產(chǎn)，文明施工。2.獲得多途徑檢索知識(shí)、分析解決問(wèn)題以及多元化思考解決問(wèn)題的方法，形成創(chuàng)新意識(shí)。3.嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)規(guī)章制度及6S現(xiàn)場(chǎng)管理，培養(yǎng)精益求精的工匠精神。技能目標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)情境導(dǎo)入Tasktointroduce在學(xué)習(xí)不同種類的電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理之前，我們需要了解一些電磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。請(qǐng)查閱相關(guān)資料，了解與新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)有關(guān)的一些電磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。01電流的磁效應(yīng)DAINLIUDECIXIAOYING18世紀(jì)的科學(xué)家們認(rèn)為電與磁不相關(guān)。而奧斯特深受哲學(xué)家康德的自然力相統(tǒng)一思想的影響，深信“電與磁是有關(guān)系的”。1803年他斷言：“我們的物理學(xué)將不再是關(guān)于運(yùn)動(dòng)、熱、空氣、光、電、磁以及我們所知道的各種其他現(xiàn)象零散的羅列。我們將把整個(gè)宇宙容納在一個(gè)體系中。”相關(guān)知識(shí)一、電流的磁效應(yīng)電流的磁效應(yīng)：如果導(dǎo)線在小磁針上方并且兩者平行，當(dāng)導(dǎo)線通電時(shí)，磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；切斷電流時(shí)，磁針又回到原位。這說(shuō)明通電導(dǎo)線和磁體一樣，周圍存在磁場(chǎng)，即電流的磁場(chǎng)。實(shí)驗(yàn)還表明，當(dāng)電路中的電流反向時(shí)，磁針的偏轉(zhuǎn)方向也相反。這說(shuō)明電流的磁場(chǎng)方向跟電流的方向有關(guān)。綜上所述，通電導(dǎo)線周圍存在與電流方向有關(guān)的磁場(chǎng)。相關(guān)知識(shí)一、電流的磁效應(yīng)02安培定則ANPEIDINGZE相關(guān)知識(shí)二、安培定則電流周圍存在磁場(chǎng)的現(xiàn)象稱為電流的磁效應(yīng)（俗稱“動(dòng)電生磁”）。法國(guó)物理學(xué)家安培確定了電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向的判斷方法，稱為安培定則（也叫右手螺旋定則）。1.直線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)

用右手握住載流直導(dǎo)體，大拇指指向電流方向，則彎曲四指所指的方向就是磁力線的方向?？梢?jiàn)，直線電流磁場(chǎng)的磁力線是一些以導(dǎo)線上各點(diǎn)為圓心的同心圓，這些同心圓都在與導(dǎo)線垂直的平面上。相關(guān)知識(shí)二、安培定則2.通電螺線管的磁場(chǎng)用右手握住通電螺線管，彎曲的四指指向電流方向，則大拇指所指的方向即為北極（N極）?？梢?jiàn)，通電螺線管的磁場(chǎng)的磁力線與條形磁鐵的磁力線類似，是一些穿過(guò)螺線管橫截面的閉合曲線，因此，大拇指所指的一端即為北極。03電磁感應(yīng)現(xiàn)象DIANCIGANYINGXIANXIANG邁克爾·法拉第（MichaelFaraday，1791年9月22日～1867年8月25日），英國(guó)物理學(xué)家、化學(xué)家，也是著名的自學(xué)成才的科學(xué)家。他被世人們稱為“電學(xué)之父”和“交流電之父”。相關(guān)知識(shí)三、電磁感應(yīng)現(xiàn)象①

電磁感應(yīng)現(xiàn)象是指當(dāng)閉合電路的部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁感線，或者穿過(guò)閉合電路的磁感線數(shù)量（即磁通量）發(fā)生變化時(shí)，閉合電路中就會(huì)有電流產(chǎn)生。相關(guān)知識(shí)三、電磁感應(yīng)現(xiàn)象②

此時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感生電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生的電流則稱為感應(yīng)電流或感生電流。③

電磁感應(yīng)現(xiàn)象反映磁與電之間的相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化關(guān)系，即：一旦穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。做個(gè)簡(jiǎn)單示范：取一條電線，將其兩端接在電流表兩極上，再拿一塊磁條，將其來(lái)回穿過(guò)電線圍成的圈，同時(shí)注意電流表的變化，這就是電磁感應(yīng)現(xiàn)象。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，電磁感應(yīng)現(xiàn)象就是利用磁性來(lái)發(fā)電，而電機(jī)、發(fā)電機(jī)正是利用這個(gè)原理發(fā)明的。因此，電機(jī)、發(fā)電機(jī)也被認(rèn)為是一種依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的電磁裝置。相關(guān)知識(shí)三、電磁感應(yīng)現(xiàn)象相關(guān)知識(shí)三、電磁感應(yīng)現(xiàn)象1234電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)是電磁學(xué)領(lǐng)域中最偉大的成就之一。它不僅揭示了電與磁之間的內(nèi)在聯(lián)系，而且為電與磁之間的相互轉(zhuǎn)化奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，為人類獲取巨大而廉價(jià)的電能開(kāi)辟了道路。電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著一場(chǎng)重大的工業(yè)和技術(shù)革命的到來(lái)。事實(shí)證明，電磁感應(yīng)在電工、電子、電氣化、自動(dòng)化方面的廣泛應(yīng)用對(duì)推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展發(fā)揮了重要的作用。04左手定則ZUOSHOUDINGZE相關(guān)知識(shí)四、左手定則載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到力的作用，方向用左手定則判定。左手定則（電動(dòng)機(jī)定則）：伸開(kāi)左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)；讓磁感線從掌心流入，使四指指向電流方向；拇指所指方向就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)所受安培力方向。公式：F=Bil相關(guān)知識(shí)三、電磁的基本概念在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，作用在轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)體上的電磁力將使轉(zhuǎn)子受到一個(gè)力矩（等于力乘以轉(zhuǎn)子半徑），這個(gè)力矩稱之為電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩在電機(jī)的能量形態(tài)轉(zhuǎn)換起到重要的作用。如果在固定磁場(chǎng)中放置一個(gè)通有電流的導(dǎo)體，則會(huì)在載流導(dǎo)體上產(chǎn)生一個(gè)電磁力，又稱洛侖慈力或安培力。載流導(dǎo)體受力的大小與導(dǎo)體在磁場(chǎng)中的位置有關(guān)。當(dāng)導(dǎo)體與磁力線方向垂直時(shí)，所受的力最大，這時(shí)電磁力F與磁通密度B、導(dǎo)體長(zhǎng)度l以及通電電流強(qiáng)度i成正比。05電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的基本原理相關(guān)知識(shí)（一）電動(dòng)機(jī)的基本工作原理五、電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的基本工作原理電動(dòng)機(jī)根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力運(yùn)動(dòng)的原理制成，能把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，我們運(yùn)用左手定則判斷通電導(dǎo)體在電動(dòng)機(jī)中的受力方向。電動(dòng)機(jī)由兩部分組成：能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈和固定不動(dòng)的磁體。在電動(dòng)機(jī)里，能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的部分叫做轉(zhuǎn)子，固定不動(dòng)的部分叫做定子。電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)子在定子中飛快地轉(zhuǎn)動(dòng)。相關(guān)知識(shí)（一）電動(dòng)機(jī)的基本工作原理五、電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的基本工作原理我們可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的裝置理解電動(dòng)機(jī)的工作原理，使線圈靜止在圖2-1-7位置上，閉合開(kāi)關(guān)，線圈受力沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。相關(guān)知識(shí)（一）電動(dòng)機(jī)的基本工作原理五、電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的基本工作原理當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動(dòng)到圖2-1-8所示平衡位置后，線圈仍會(huì)因?yàn)閼T性越過(guò)平衡位置，但如圖2-1-9所示，越過(guò)平衡位置之后線圈的受力方向發(fā)生改變，線圈最終會(huì)停在平衡位置。相關(guān)知識(shí)（二）發(fā)電機(jī)的基本工作原理五、電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的基本工作原理發(fā)電機(jī)依據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象制成，能把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，我們可以根據(jù)右手定則判斷發(fā)電機(jī)輸出電流的方向，以圖2-1-10為例，發(fā)電機(jī)也是由轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)動(dòng)部分）和定子（固定部分）兩部分組成的，當(dāng)閉合電路的部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁感線時(shí)產(chǎn)生電流，隨著線圈的運(yùn)動(dòng)，電流的方向也在發(fā)生變化。06電機(jī)的結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)六、電機(jī)的結(jié)構(gòu)電機(jī)（Motor）是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備。它是利用通電線圈（也就是定子繞組）產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并作用于轉(zhuǎn)子形成磁電動(dòng)力旋轉(zhuǎn)扭矩。當(dāng)機(jī)械驅(qū)動(dòng)電機(jī)/發(fā)電機(jī)時(shí)，它將作為交流發(fā)電機(jī)供電。當(dāng)向電機(jī)/發(fā)電機(jī)供給電流時(shí)，它作為驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。按使用電源的不同，電機(jī)分為直流電機(jī)和交流電機(jī)，電力系統(tǒng)中的電機(jī)大部分是交流電機(jī)，可以是同步電機(jī)或者是異步電機(jī)（電機(jī)定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速）。電機(jī)由轉(zhuǎn)子、定子組成，通過(guò)動(dòng)力電子元件和高壓蓄電池連接，電機(jī)裝有一個(gè)定子繞組，繞組如同電機(jī)一樣，可產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。相關(guān)知識(shí)六、電機(jī)的結(jié)構(gòu)當(dāng)電機(jī)作為電機(jī)工作時(shí)，定子繞組會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子是一個(gè)可以產(chǎn)生磁場(chǎng)的永磁體。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速可通過(guò)感應(yīng)交流電的頻率精確控制。系統(tǒng)中裝有一個(gè)電機(jī)控制器，對(duì)同步電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)整。轉(zhuǎn)子位置傳感器可持續(xù)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位移，控制電子器件以此測(cè)定電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速。按使用電源的不同，電機(jī)分為直流電機(jī)和交流電機(jī)，電力系統(tǒng)中的電機(jī)大部分是交流電機(jī)，可以是同步電機(jī)或者是異步電機(jī)（電機(jī)定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速）。電機(jī)由轉(zhuǎn)子、定子組成，通過(guò)動(dòng)力電子元件和高壓蓄電池連接，電機(jī)裝有一個(gè)定子繞組，繞組如同電機(jī)一樣，可產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。07發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)七、發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)1234發(fā)電機(jī)是汽車的主要電源，其主要功能是在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)（怠速以上），向所有用電設(shè)備（起動(dòng)機(jī)除外）供電，同時(shí)為蓄電池充電。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展，發(fā)電機(jī)經(jīng)歷了從直流發(fā)電機(jī)到交流發(fā)電機(jī)的發(fā)展過(guò)程。直流發(fā)電機(jī)依靠整流子換向，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電磁干擾嚴(yán)重，已經(jīng)被淘汰。20世紀(jì)70年代交流電機(jī)開(kāi)始被使用，憑借其發(fā)電性能好、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕的優(yōu)點(diǎn)得到了迅速普及。目前應(yīng)用最廣的是三相交流發(fā)電機(jī)，其內(nèi)部帶有二極管整流電路，將交流電整流為直流電。相關(guān)知識(shí)七、發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象就可以制作成發(fā)電機(jī)。交流發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)子總成、定子總成、電刷組件、整流器、電壓調(diào)節(jié)器、風(fēng)扇和前后端蓋等組成。相關(guān)知識(shí)七、發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子為磁極，其組成包含爪極、磁場(chǎng)繞組、滑環(huán)和轉(zhuǎn)子軸等，由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。發(fā)電機(jī)的定子為電樞，由定子鐵心與對(duì)稱的三相定子繞組組成，三相繞組彼此相隔120°，功用是產(chǎn)生交流電動(dòng)勢(shì)。相關(guān)知識(shí)七、發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)交流發(fā)電機(jī)的基本原理是電磁感應(yīng)原理。當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組中通入直流電，轉(zhuǎn)子在發(fā)動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，使得相對(duì)靜止的定子繞組切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于轉(zhuǎn)子磁極鐵心制作成鳥嘴形特殊結(jié)構(gòu)，可使定子繞組感應(yīng)產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)近似于正弦曲線波形，因此三相電樞繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)按正弦規(guī)律變化。08電機(jī)定子線圈的連接方法根據(jù)電機(jī)的磁極數(shù)與繞組分布形成實(shí)際磁極數(shù)的關(guān)系，定子繞組可分為顯極式與庶極式兩種類型。相關(guān)知識(shí)（一）以定子繞組形成磁極來(lái)區(qū)分八、電機(jī)定子線圈的連接方法1.顯極式繞組在顯極式繞組中，每個(gè)（組）線圈形成一個(gè)磁極，繞組的線圈（組）數(shù)與磁極數(shù)相等。在顯極式繞組中，為了要使磁極的極性N和S相互間隔，相鄰兩個(gè)線圈（組）里的電流方向必須相反，即相鄰兩個(gè)線圈（組）的連接方式必須尾端接尾端，首端接首端，也即反接串聯(lián)方式。2.庶極式繞組在庶極式繞組中，每個(gè)（組）線圈形成兩個(gè)磁極，繞組的線圈（組）數(shù)為磁極數(shù)的一半，因?yàn)榱戆霐?shù)磁極由線圈（組）產(chǎn)生磁極的磁力線共同形成。在庶極式繞組中，每個(gè)線圈（組）所形成的磁極的極性都相同，因而所有線圈（組）里的電流方向都相同，即相鄰兩個(gè)線圈（組）的連接方式應(yīng)該是尾端接首端，即順接串聯(lián)方式。根據(jù)線圈繞制的形狀與嵌裝布線方式的不同，定子繞組可分為集中式和分布式兩類。相關(guān)知識(shí)（二）以定子繞組的形狀與嵌裝布線方式區(qū)分八、電機(jī)定子線圈的連接方法1.集中式繞組集中式繞組一般僅有一個(gè)或幾個(gè)矩形框線圈組成。繞制后用紗帶包扎定型，再經(jīng)浸漆烘干處理后嵌裝在凸磁極的鐵心上。直流電機(jī)、通用電機(jī)的勵(lì)磁線圈，以及單相罩極電機(jī)的主極繞組都采用這種繞組。2.分布式繞組采用分布式繞組的電機(jī)定子沒(méi)有凸性的極掌，每個(gè)磁極都是由一個(gè)或幾個(gè)線圈按照一定的規(guī)律嵌裝布線組成線圈組。根據(jù)嵌裝布線排列的形式不同，分布式繞組又可分為同心式、迭式兩類采用分布式繞組的電機(jī)定子沒(méi)有凸性的極掌，每個(gè)磁極都是由一個(gè)或幾個(gè)線圈按照一定的規(guī)律嵌裝布線組成線圈組。根據(jù)嵌裝布線排列的形式不同，分布式繞組又可分為同心式、迭式兩類。相關(guān)知識(shí)（二）以定子繞組的形狀與嵌裝布線方式區(qū)分八、電機(jī)定子線圈的連接方法迭式繞組是所有線圈的形狀大小完全相同（單雙圈例外），分別以每槽嵌裝一個(gè)線圈邊，并在槽外端部逐個(gè)相迭均勻分布的型式。迭式繞組又分單層迭式和雙層迭式兩種。在每槽里只嵌一個(gè)線圈邊的為單層迭式繞組，或稱單迭繞組；每槽嵌兩個(gè)不同線圈組的線圈邊（分上下層）為雙層迭式繞組，或稱雙迭繞組。迭式繞組由于嵌裝布線方式的變化不同，又有單雙圈交叉布線排列與單雙層混合布線排列之分；此外，從繞組端部的嵌裝形狀來(lái)看，可分為鏈形繞組、籃形繞組，其均屬于迭式繞組。09任務(wù)實(shí)施任務(wù)實(shí)施1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象是指當(dāng)

的部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中切割磁感線，或者穿過(guò)閉合電路的磁感線數(shù)量（即磁通量）發(fā)生變化時(shí)，閉合電路中就會(huì)有電流產(chǎn)生。2.左手定則（電動(dòng)機(jī)定則）：伸開(kāi)左手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在內(nèi)；讓磁感線從掌心流入，使四指指向電流方向；

就是通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)所受安培力方向。3.發(fā)電機(jī)是汽車的主要電源，其主要功能是在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)（怠速以上），向所有用電設(shè)備（起動(dòng)機(jī)除外）供電，同時(shí)為

充電。4.在顯極式繞組中，為了要使磁極的極性

和