汽车机电一体化论文

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汽车机电一体化论文1

　　摘要近几十年来，随着电力电子技术、微电子技术及现代控制理论的发展，中、小功率电动机在工农业生产及人们的日常生活中都有极其广泛的的应用。特别是在乡镇企业及家用电器中，更需要有大量的中、小功率电动机。由于这种电动机的发展及广泛的应用，它的使用、保养和维护工作也越来越重要。

　　电动机机应用广泛，种类繁多、性能各异，分类方法也很多。

　　本文主要介绍了电动机技术发展及现状、工作原理和电动机的运行维护。

　　关键词技术现状工作原理运行维护

　　引言

　　电动机是一种实现机、电能量转换的电磁装置。常见的电动机可分为交流电动机和直流电动机。

　　电动机是随着生产力的发展而发展的，反过来，电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电动机的基本结构变化不大，但是电动机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电动机的理论基础上又发展出许多种类的控制电动机，控制电动机具有高可靠性﹑好精确度﹑快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。

　　第一章电动机分类、发展现状及未来

　　1.1电动机分类

　　电动机机应用广泛，种类繁多、性能各异，分类方法也很多。

　　1.根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。

　　2.电动机按结构及工作原理可分为异步电动机和同步电动机。同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。

　　3.电动机按起动与运行方式可分为电容起动式电动机、电容运转式电动机、电容起动运转式电动机和分相式电动机。

　　按用途分类。电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。驱动用电动机又分为电动工具用电动机、家电用电动机及其它通用小型机械设备用电动机。控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。

　　4.电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机和绕线转子感应电动机。

　　5.电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。

　　1.2电动机技术发展现状

　　电动机是一种实现机、电能量转换的电磁装置。它是随着生产力的发展而发展的，反过来，电动机的发展也促进了社会生产力的不断提高。从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电动机的基本结构变化不大，但是电动机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电动机的理论基础上又发展出许多种类的控制电动机，控制电动机具有高可靠性﹑好精确度﹑快速响应的特点，已成为电动机学科的一个独立分支。

　　电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械。

　　在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。由于电力拖动具有控制简单﹑调节性能好﹑耗损小﹑经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械都采用电力拖动。

　　按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。

　　纵观电力拖动的发展过程，交、直流两种拖动方式并存于各个生产领域。在交流电出现以前，直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式，19世纪末期，由于研制出了经济实用的交流电动机，致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用，但随着生产技术的发展，特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在起动，制动，正反转以及调速精度与范围等静态特性和动态响应方面提出了新的，更高的要求。由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求，所以20世纪以来，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中，相当时期内几乎都是采用直流电力拖动，而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。

　　虽然直流电动机具有调速性能优异这一突出特点，但是由于它具有电刷与换向器(又称整流子)，使得他的故障率较高，电动机的使用环境也受到了限制(如不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用)，其电压等级，额定转速，单机容量的发展也受到了限制。所以，在20世纪60年代以后，随着电力电子技术的发展，半导体交流技术的`交流技术的交流调速系统得以实现。尤其是70年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，为交流电力拖动的广泛应用创造了有利条件。诸如交流电动机的串级调速，各种类型的变频调速，无换向器电动机调速等，使得交流电力拖动逐步具备了调速范围宽，稳态精度高，动态响应快以及在四象限做可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面完全可与直流电力拖动媲美。除此之外，由于交流电力拖动具有调速性能优良，维修费用低等优点，将广泛应用于各个工业电气自动化领域中，并逐步取代直流电力拖动而成为电力拖动的主流。

　　1.3电动机的未来

　　经历了100多年的技术发展，电动机自身的理论基本成熟。随着电工技术的发展，对电能的转换、控制以及高效使用的要求越来越高。电磁材料的性能不断提高，电工电子技术的广泛应用，为电动机的发展注入了新的活力。

　　未来电动机将会沿着体积更小、机电能量转换效率更高、控制更灵活的方向继续发展。

　　第二章电动机的工作原理

　　2.1三相异步电动机的结构及工作原理

　　目前较常用的主要是交流电动机，它可分为三相异步电动机和单相交流电动机两种。第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。下面以三相异步电动机为例介绍电动机的工作原理。

　　2.1.1三相异步电动机的结构

　　三相异步电动机的结构主要由两个部分组成，一是固定不动的部分(简称定子)，二是可以自由旋转的部分(简称转子)。定子与转子之间有一个很小的气隙。此外，还有机座、端盖轴承、接线盒、风扇等其他部分。

　　异步电动机根据转子的绕组的结构不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。鼠笼式异步电动机的转子绕组本身自成闭合回路，整个转子形成一个坚实的整体，其结构简单牢固、运行可靠、价格便宜，应用最为广泛，小型异步电动机绝大部分属于这类。绕线式异步电动机的结构比鼠笼式复杂，但启动性能较好，需要时还可以调节电动机的转速。图2—1所示是三相鼠笼式异步电动机的结构。

　　1.定子

　　定子是用来产生旋转磁场的，主要由定子铁心、定子绕组和机座等部分组成。鼠笼式和绕线式异步电动机的定子结构是完全一样的。

　　2.转子

　　转子是异步电动机的转动部分，它在定子绕组旋转磁场的作用下获得一定的转矩而旋转，通过联轴器或皮带轮带动其他机械设备做功。转子由转子铁心、转子绕组和转轴等部分组成。

　　3.机座

　　机座是电动机的外壳和支架，它的作用是固定和保护定子铁心、定子绕组并支撑端盖，所以要求机座具有足够的机械强度和刚度，能承受运输和运行过程中的各种作用力。

　　中、小型异步电动机通常采用铸铁机座，定子铁心紧贴在机座的内壁，电动机运行时铁心和绕组产生的热量主要通过机座表面散发到空气中去，因此，为了增加散热面积，在机座表面装有散热片。

　　对大型异步电动机，一般采用钢板焊接机座，此时为了满足通风散热的要求，机座内表面与铁心隔开适当距离，以形成空腔，作为冷却空气的通道。

　　2.1.2三相异步电动机的工作原理

　　图2—2所示为用图解法分析旋转磁场的电机绕组结构图。图中交流电机的定子上嵌放着对称的三相绕组U1—U2、V1—V2、W1—W2，电流的流入端用符号表示，流出端用⊙表示。

　　三相对称电流波形如图2—3所示。假定电流从绕组首端流入为正，末端流出为负。

　　对称三相交流电流通入对称三相绕组时，便产生一个旋转磁场。下面选取各相电流出现最大值的几个瞬间进行分析。

　　在图2—2中，当=0°时，U相电流达到正最大值，电流从首端U1流入，用表示，从末端U2流出，用⊙表示;V相和W相电流均为负，因此电流均从绕组的末端流入，首端流出，故末端V2和W2应填上，首端V1和W1应填上⊙，如图2—2(a)所示。从图可见，合成磁场的轴线正好位于U相绕组的轴线上。

　　当=120°时，V相电流为正的最大值，因此V相电流从首端V1流入，用表示，从末端V2流出，用⊙表示。U相和W相电流均为负,则U1和W1端为流出电流，用⊙表示，而U2和W2为流入电流，用表示，如图2—2(b)所示。由图可见，此时合成磁场的轴线正好位于V相绕组的轴线上，磁场方向已从=0°时的位置沿逆时针方向旋转了120°。

　　当=240°和=360°时，合成磁场的位置分别如图2—2(c)、(d)所示。当=360°时，合成磁场的轴线正好位于U相绕组的轴线上，磁场方向从起始位置逆时针方向旋转了360°，即电流变化一个周期，合成磁场旋转一周。

　　由此可见，对称三相交流电流通入对称三相绕组所形成的磁场是一个旋转磁场。旋转的方向从U→V→W，正好和电流出现正的最大值顺序相同，即由电流超前相转向电流滞后相。

　　如果三相绕组通入负序电流，则电流出现正的最大值的顺序是U→W→V。通过图解法分析可知，旋转磁场的旋转方向也为U→W→V。

　　综上分析可知，三相异步电动机转动的基本工作原则是：

　　(1)三相对称绕组中通入三相对称电流产生圆形旋转磁场，其转速为异步转速( 1)且1=式中：为电源频率，单位为Hz;为电机极对数。

　　(2)转子导体切割旋转磁场产生感应电动势和电流。

　　(3)转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转矩，驱使电动机转子转动，其转速( )小于同步转速( 1)。异步电动机的转速不可能达到定子旋转磁场的转速，即同步转速，因为如果到达同步转速，则转子导体与旋转磁场之间没有相对运动，随之在转子导体中不能感应出电势和电流，也就不能产生推动转子的电磁力。因此，异步电动机的转速总是低于同步转速，即两种转速之间总是存在差异，异步电动机因此而得名。又因为异步电动机转子电流是通过电磁感应作用产生的，所以又称为感应电动机。

　　(4)异步电动机的旋转方向始终与旋转磁场的旋转方向一致，而旋转磁场的方向又取决于异步电动机的三相电流相序，因此，三相异步电动机的转向与电流的相序一致。要改变转向，只要改变电流的相序即可，即任意对调电动机的两根电源线，便可使电动机反转。

　　第三章电动机的运行维护

　　3.1电动机启动前的准备

　　为了保证电动机正常安全地启动，一般启动前应作好下述准备：

　　(1)检查电源是否有电，电压是否正常，若电源电压过高或过低，都不宜启动。

　　(2)启动器是否正常，如零部件有无损坏，使用是否灵活，触头接触是否良好，接线是否正确、牢固等。

　　(3)熔丝规格大小是否合适，安装是否牢固，有无熔断或损伤。

　　(4)电动机接线板上接头有无松动或氧化。

　　(5)检查传动装置，如皮带轻紧是否合适，连接是否牢固，联轴器的螺丝、销子是否紧固等。

　　(6)传动电动机转子和负载机械的转轴，看其转动是否灵活。

　　(7)检查电动机及启动电器外壳是否接地，接地线有无断路，接地螺丝是否松动、脱落等。

　　(8)搬开电动机周围的杂物并清除机座表面灰尘、油垢等。

　　(9)检查负载机械是否妥善地作好了启动准备。

　　(10)对正常运行中的绕线式电动机，应经常观察电动机滑环有无偏心摆动现象;观察滑环的火花是否发生异常现象。滑环上碳刷是否要更换。

　　3.2启动时应注意的问题

　　(1)接通电源后，如果电动机不转，应立即切断电源，绝不能迟疑等待，更不能带电检查电动机发故障，否则将会烧毁电动机和发生危险。

　　(2)启动时应注意观察电动机、传动装置、负载机械的工作情况，以及线路上的电流表和电压表的指示，若有异常现象，应立即断电检查，待故障排除后，载行启动。

　　(3)利用手动补偿器或手动星三角启动器启动电动机时，特别要注意操作顺序。一定要先将手柄推到启动位置，待电动机转速稳定后再拉到运转位置，防止误操作造成设备和人身事故。

　　(4)同一线路上的电动机不应同时启动，一般应由大到小逐台启动以免多太电动机同时启动，线路上电流太大。电压降低过多，造成电动机启动困难引起线路故障或使开关设备跳闸。

　　(5)启动时，若电动机的旋转方向反了，应立即切断电源，将三相电源线中的任意两相互换一下位置，即可改变电动机转向。

　　3.3电动机运行中的监视

　　电动机在运行时，值班工作人员可以通过仪表和感觉器官监视其运行情况，以便及早发现问题，减少或避免故障的发生。

　　3.3.1监视电动机的温度

　　电动机正常运行时会发热，使电动机温度升高，但不应超出允许的限度。如果电动机负载过大，使用环境温度过高，通风不畅或运行中发生故障，就会使其温度超出允许限度，导致绕组过热烧毁，因此电动机温度的高低是反映电动机运行的主要标志，在运行中经常检查。判断电动机是否过热，可以用以下方法：

　　(1)凭手的感觉：如果以手接触外壳，没有烫手的感觉，说明电动机温度正常;如果手放上去烫得马上缩回来，说明电动机已经过热。

　　(2)在电动机外壳上滴2-3滴水，如果只冒热气没有声音，则说明电动机没有过热，如果水滴急剧汽化同时伴有"咝咝"声，说明电动机已经过热。

　　(3)判别电动机是否过热的准确方法还是用温度计测量。

　　发现电动机过热应该立即停车检查，等查明原因，排除故障后再行使用。

　　3.3.2监视电动机的电流

　　一般容量较大的电动机应装设电流表，随时对其电流进行监视。若电流大小或三相电流不平衡超过了允许值。应立即停车检查。容量较小的电动机一般不装电流表，但也经常用钳形表测量。

　　3.3.3监视电动机的电压

　　电动机的电源上最好装设一只电压表和转换开关，以便对其三相电源、压进行监视。电动机的电源电压过高、过低或三相电压不平衡，特别是三相电源缺相，都会带来不良后果。如发现这种情况应立即停车，待查明原因，排除故障后再使用。

　　3.3.4注意电动机的振动、响声和气味

　　电动机正常运行时，应平稳、轻快、无异常气味和响声。若发生剧烈振动，噪音和焦臭气味，应停车进行检查修理。

　　3.3.5注意传动装置的检查

　　电动机运行时要随时注意查看皮带轮或联轴器有无松动，传动皮带是否有过紧、过松的现象等，如果有，应停车上紧或进行调整。

　　3.3.6注意轴承的工作情况

　　电动机运行中应注意轴承声响和发热情况。若轴承声音不正常或过热，应检查润滑情况是否良好和有无磨损。

　　3.3.7注意交流电动机的滑环或直流电动机的换向器火花

　　电动机运行中，电刷与换向器或滑环之间难免出现火花。如果所发生的火花大于某一规定限度，尤其是出现放电性的红色电弧火花时，将产生破坏作用，必须及时加以纠正。

　　3.4电动机的定期检查和保养

　　为了保证电动机正常工作，除了按操作规程正确使用，运行过程中注意监视和维护外还应进行定期检查和保养。间隔时间可根据电动机的类型、使用环境决定。主要检查和保养项目如下[9][10]：

　　(1)及时清除电动机机座外部的灰尘、油泥，如使用环境灰尘较多，最好每天清扫一次。

　　(2)经常检查接线板螺丝是否松动或烧伤。

　　(3)定期测量电动机的绝缘电阻，若使用环境比较潮湿更应经常测量。

　　(4)定期用煤油清洗轴承并更换新油(一般半年更换一次)，换油时不应上满，一般占油腔的1/2~1/3，否则，容易发热或甩出，油要从一面加人，可以把没有清洗干净的杂质，从另一面挤出来。

　　(5)定期检查启动设备，看触头和接线有无烧伤，氧化，接触是否良好等。

　　(6)绝缘情况的检查。绝缘材料的绝缘能力因干燥程度不同而异，所以保持电动机绕组的干燥是非常重要的。电动机工作环境潮湿、工作间有腐蚀性气体等因素的存在，都会破坏电动机的绝缘。最常见的是绕组接地故障即绝缘损坏，使带电部分与机壳等不应带电的金属部分相碰，发生这种故障，不仅影响电动机正常工作。还会危及人身安全。所以电动机在使用中，应经常检查绝缘电阻，还要注意查看电动机机壳接地是否可靠。

　　(7)除了按上述几项内容对电动机定期维护外，运行一年后要大修一次。大修的目的在于，对电动机进行一次彻底、全面的检查、维护，增补电动机缺少、磨损的元件，彻底清除电动机内外的灰尘、污物，检查绝缘情况，清洗轴承并检查其磨损情况。

　　结论

　　电动机从发展至今，一代代的产品的问世，都是围绕着基本的工作原理而开发的，如何去运行和维护电动机是我们目前主要工作的重中之重。

　　电动机在我国的经济建设中担当着重要的角色，随着我国加入WTO后，我国电动机行业所面临的国际社会的巨大竞争压力和挑战日益加剧。从节约能源，保护环境出发，高效率电动机是目前国际发展的趋势。这样看来，推广中国的高效率电动机是非常有必要的。

　　致谢

　　本论文在各位老师的悉心指导和严格要求下已完成。在学习和生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向各位老师表示深深的感谢和崇高的敬意。不积跬步何以至千里，本论文能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。同时我在网上也搜集了不少资料，才使我的毕业论文顺利完成。在此向学院工程系的全体老师表示由衷的谢意。

　　参考文献：

　　[1]张运波,刘淑荣.工厂电气控制技术[M].高等教育出版社,

　　[2]许晓峰.电机及拖动[M].高等教育出版社,

　　[3]李洋,孙晋,范翠香.电动机使用与维修.[M]人民邮电出版社,

　　[4]冉文.电机与电气控制[M].西安电子科技大学出版社,

　　[5]汪国梁.电机学[M].机械工业出版社,

　　[6]杨渝钦.控制电机[M].机械工业出版社,

　　[7]任纸锦.电机与电气控制[M].机械工业出版社,

　　[8]许晓峰.电机及拖动[M].高等教育出版社,

　　[9]王生.电机与变压器[M].高等教育出版社,

　　[10]乔长君.电机维修技术[M].化学工业出版社,

汽车机电一体化论文2

　　一、汽车工业领域机电一体化的应用

　　1.自动变速器系统

　　汽车自动变速器的主要作用是降低汽车行驶过程中的功率损耗，提升汽车动力系统的有效功率，通过增加变速档数实现汽车的舒适安全行驶。汽车行驶过程中，发动机的实时运行状态需要借助传感系统进行测量，测量的数据信息通过电子监控设备进行处理，并且具有换挡信息程序、开关程序以及开关关闭程序，根据汽车最优行驶的条件要求来选择相应的电子监控装置。如汽车发动机启动后，相关的警示灯关闭，说明系统功能正常；如果警示灯未关闭，那么这时的自动变速器就处于非电控状态，但其仍然可以正常工作，只是相关的优化性能不再生效。

　　2.制动系统

　　起初的汽车一般在后轮安装制动设备，随着汽车行驶速度的不断提升，单纯在后轮安装制动设备已经无法有效提供充足的制动动力，促使了汽车前轮也需要安装相应的制动设备。当汽车制动设备工作时，汽车的动态轴负荷就会转移、前轮的载重量就会增加、后轮载重量降低，但后轮发生抱死时更容易使汽车失去方向控制能力，于是汽车防抱死制动设备就产生了。汽车防抱死制动设备的主要功能就是可以感知制动发生时每个车轮的瞬间运动方向，并且根据相关情况调节制动设备的动力钜大小，防止抱死现象的发生。ABS防抱死系统就是比较著名的电子监控技术，提升了汽车行驶的安全性。

　　3.计算机控制发电机系统

　　计算机微处理器或者集成电路用以控制发电机单元，利用传感器负责接收电压信号，并获得发动机的脉冲数据，传送到发动机电控单元中。信号模拟器通过数字模型输出数字信号，以这些信息为基础发电机控制单元对点火时间、燃料空气比例、循环排气效率进行优化计算，并将计算结果作为控制点火设备和燃料阀开关大小的参数，从而控制燃料与空气的适当比例。在燃料空气比增加时，会使得点火困难；当燃料空气比降低时由于氧气缺乏，造成燃料燃烧不充分，排放的气体中一氧化碳的含量会增加。

　　4.激光测距雷达系统

　　在汽车前面部位安装测距激光雷达，当激光光束遇到障碍物后就会散射，当散射信号被捕捉到，测出车辆与障碍物之间的距离，使用计算机系统对障碍物方位信息进行持续的动态测量和跟踪，就能够准确判断障碍物是否在运动，并计算出其运动速度和车间距离，根据运行轨迹判断其是否能够与车辆发生碰撞，从而提醒车辆驾驶员调整车辆运行速度、方向。当出现危险情况时，系统会发出警报信息。

　　二、总结

　　机电一体化融合了众多技术、跨越了多个领域，它是一种集成产品，特别是现代计算机系统为机电一体化的实现带来了真正的飞跃和突破，成为工业生成自动化控制中的一项重要技术。它有效地提升了汽车产品的质量和驾乘舒适度，随着机电一体化解决方案智能化和汽车工业的发展，两者的融合深度将会进一步增强。

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