《汽车嵌入式系统开发方法》第三讲汽车起动系统.ppt

第二讲 汽车起动系统,一.起动机,汽车发动机是靠外力起动的，常用的起动方式有人力起动和电力起动。由于电力起动操作方便，起动迅速，安全可靠，所以现代汽车均采用电力起动。电力启动系统由电动机、传动机构和控制装置三部分组成。下面分别介绍。由于汽车采用14V直流电源供电，因此直流电动机在汽车上被大量采用。汽车用起动电动机，都是串激式直流电机。它由电枢、,一.起动机,磁极和换向器等主要部分组成。直流电动机工作原理 直流电动机是将电能转变为机械能的设备。它根据带电导体在磁场中受电磁力作用这一原理（左手定则）工作。由于换向器作用，使在N极和S极下面导体中的电流方向保持不变，电磁力形成的转矩方向也就不变，使电枢仍按原来的逆时针方向转动。,由于一个线圈所产生的转矩不够大，且转速不稳定，因此，实际上电动机的电枢上绕有很多线圈，换向片数也随线圈的增多而相应增加。有电工学知，电动机转矩为 式中Cm电机常数，与电机结构有关；Is电枢电流；磁极磁通。当直流电动机接入直流电源时，产生电磁转矩使电枢旋转。而电枢旋转，其绕组又切割磁力线而产生感应电动势，其方向按右手定则判断，恰与电,一.起动机,电枢的电流方向相反，故称为反电动势。其大小为 式中 n电动机的转速。这样，外加电压U除一部分降落在电枢绕组和激磁绕组的电阻Rs和RL上外，另一部分则用来平衡电动机的反电动势Ef，即 上式称为电动机的电压平衡方程式。由上式得,一.起动机,由此可知，当电动机轴上阻力增大时，电枢转速就会降低，故Ef减小，电枢电流Is增大，电磁转矩也随之增大，一直到电动机产生得电磁转矩与阻力矩达到新的平衡为止。反之，电动机负载减小时，电枢转速升高，Is减小，电枢转矩M也随之减小，一直到电磁转矩与阻力矩达到新的平衡为止。可见，串激直流电动机，当负载发生变化时，其转速、电流和转矩，将会自动发生相应变化，以满足负载变化需要。,一.起动机,串激直流电动机的特性 1）转矩特性 电动机电磁转矩随电枢电流变化的关系，称转矩特性。串激直流电动机电枢与激磁电流是相等的，故在磁路未饱和时，它与电流成正比，即。故电磁转矩,一.起动机,即在磁路未饱和时，电磁转矩随电流的平方而增加；在磁路饱和后，电流增大，磁通保持不变。此时，电磁转矩才与电流成线性关系，如图1。2）机械特性 电动机的转速，随转矩而变化的关系称为机械特性。由电压平衡式可得,一.起动机,图1 串激直流电动机的特性曲线,一.起动机,在磁路未饱和时，Is增大时，也增大，故其转速n随电枢电流Is的增加而迅速下降。如图1所示中n曲线所示。由于M正比于IS平方，所以串激直流电动机的转速随转矩的增加而迅速下降，即具有软的机械特性，如图2所示。3）功率特性,一.起动机,图2 串激直流电动机的机械特性,一.起动机,式中 M扭矩(N.m)；N转速(r/min)。因此，完全制动（n0）和空载（M0）时，起动机的功率均等于零。可以证明，在 时，起动机功率达到最大值，如图1的P曲线所示。因为起动机的运行时间很短，允许以它的最大功率运转，所以通常起动机的最大功率作为起动机的额定功率。工厂也经常通过空转和完全制动两项,一.起动机,实验来检验起动机的工作是否正常。由上述可知，串激直流电动机有软的机械特性，即当负载增加时，它的转速迅速下降，电磁转矩迅速增大。这个特性特别适合于做起动电动机。需要指出的是，直流电动机还有别的激励形式，如他激、并激、永磁等。如图3示：,一.起动机,图3 直流电动机的几种激励形式,一.起动机,4）影响起动机功率和转矩的因素 接触电阻和导线电阻的影响；蓄电池内阻的影响；温度的影响。,二.啮合方式,起动电机一般都是串激直流电动机，但对于传动机构和控制装置而言，各种起动机却差别较大，所以在介绍起动机时，同时也要阐明控制装置和传动机构的特点。一般有直接操纵强制啮合、电磁操纵强制啮合和移动电枢啮合等几种。近年来为了提高起动性能并减轻起动机的重量，又研制了一种内装减速齿轮的起动机，称为减速起动机。,