黑龍江工程學院本科生畢業設計摘要國內汽車市場迅速發展，隨著汽車保有量的增加，帶來的安全問題也越來越引起人們的注意，由于汽車零部件引發的事故層出不窮。所以汽車零部件質量測試越來越受人們的重視。零部件特別是電器部件更是引起注意，電器測試系統的研究正朝向小型輕量化、設計制造信息化和性能檢測自動化方向發展。本設計是針對教學中起動機、發電機的測試實驗臺進行研究設計。設計出具有測試功能的實驗臺，能夠簡單便捷的檢測出零件的性能狀況。同時能夠達到教學施教的效果。設計中主要采用轉矩傳感器測試起動機的起動轉矩和全制動轉矩，運用調速電動機皮帶傳動，控制發電機的轉速觀察發電機的電壓變化。通過這些設備的連接電路進行測試，得出數據結論。并作出分析處理，測試出的數據與額定數據進行比較計算，得出起動機、發電機的工況。關鍵字：實驗臺；設計；測試；特性分析；轉矩ABSTRACTTherapiddevelopmentofthedomesticautomarket,withtheincreaseincars,securityissuesbroughtaboutbymoreandmoreattention,asaresultofcaraccidentscausedbyanycomponents.Therefore,thequalitytestingofautomotivecomponentsincreasedattention.Electricalpartsandcomponentsinparticularisattractingtheattentionofcomponents,electricaltestingsystemsistowardsasmalllightweight,designandmanufactureofinformationtechnologyandperformancetestautomationdirection.Thedesignisaimedatteachingstarters,generators,test-bedfortheteststudydesign.Designedwiththetest-bedtesting,simpleandconvenienttodetectthestatusofperformanceparts.Teachingatthesametimetoachievetheeffectofteaching.Thedesignofthemaintorquesensorusedtotestthestartingtorquestarterandfullbrakingtorque,theuseofabeltdrivemotor,controlthespeedofgeneratorvoltagegeneratorchangesobserved.Throughthesedevicestoconnectthecircuittestdatatodrawconclusions.Andanalyzedtheprocessing,testingofthedataandratingdatacalculatedstarters,generatorsworkingcondition.Keywords:Experimentplatform;Design;Test;Characteristicsanalysis;Torque目錄HYPERLINK摘要 =1\*ROMANIAbstractHYPERLINK =2\*ROMANIIHYPERLINK第1章緒論 1HYPERLINK1.1汽車起動機發電機測試實驗臺設計的意義 1HYPERLINK1.2實驗臺設計課題研究內容及技術路線 3HYPERLINK1.3實驗臺設計要求和總體方案 4HYPERLINK第2章汽車起動機發電機原理及特性分析 5HYPERLINK2.1起動機結構組成及其作用 5HYPERLINK2.2工作原理分析 6HYPERLINK2.3工作特性分析 7HYPERLINK2.3.1轉矩特性 8HYPERLINK2.3.2轉速特性 8HYPERLINK2.3.3功率特性 9HYPERLINK2.4發電機的結構和組成 10HYPERLINK2.5工作原理分析 11HYPERLINK2.5.1發電原理 11HYPERLINK2.5.2整流原理 11HYPERLINK2.6工作特性 12HYPERLINK2.6.1輸出特性 12HYPERLINK2.6.2空載特性 13HYPERLINK2.6.3外特性 14HYPERLINK2.7本章小結 14HYPERLINK第3章實驗臺傳動系統設計 15HYPERLINK3.1實驗臺架布局設計 15HYPERLINK3.1.1實驗臺主要器材部件 16HYPERLINK3.2起動機傳動系統的設計 16HYPERLINK3.2.1齒輪軸的設計 16HYPERLINK3.2.2齒輪段參數計算 17HYPERLINK3.2.3聯軸器的參數 18HYPERLINK3.2.4軸承座的參數 18HYPERLINK3.3發電機傳動系統設計 18HYPERLINK3.3.1調速電動機的參數 18HYPERLINK3.3.2皮帶輪的設計 18HYPERLINK3.4本章小結 20HYPERLINK第4章實驗臺測試系統設計 21HYPERLINK4.1起動機測試元件選擇和電路設計 21HYPERLINK4.1.1測試設備原件的選擇 21HYPERLINK4.1.2起動機測試系統電路設計 24HYPERLINK4.1.3起動機的測試 24HYPERLINK4.1.3起動機測試實驗的操作步驟 26HYPERLINK4.2發電機測試系統元件選擇和電路設計 27HYPERLINK4.2.1測試設備元件的選擇 27HYPERLINK4.2.2發電機的測試電路設計 34HYPERLINK4.2.3發電機的測試 34HYPERLINK4.2.4發電機測試的操作步驟 34HYPERLINK4.3本章小結 35HYPERLINK結論 36HYPERLINK參考文獻 37HYPERLINK致謝 38HYPERLINK附錄A 39HYPERLINK附錄B 44HYPERLINK附錄C 46HYPERLINK外文翻譯 49第1章緒論加扣扣414951605或1304139763，購買發CAD圖紙及相關文檔。1.1汽車起動機發電機測試實驗臺設計的意義汽車是現代交通工具中用得最多，最普遍，也是最方便的交通運輸工具。汽車起動機、發電機能能夠為汽車提供啟動動力和全車供電。對汽車能否正常行駛起到至關重要的作用。可視為最最重要的動力源。起動機和發電機能否正常工作將直接影響汽車的使用性能。所以對起動機和發電機的工作狀況要嚴格要求，保證起動機和發電機的正常運轉。必須對起動機和發電機的工作性能進行測試，所以本次設計的題目為汽車起動機、發電機測試實驗臺設計。通過查閱相關的資料，運用專業基礎理論和專業知識，確定起動機、發電機測試實驗臺的設計方案，進行臺架結構設計、部件選擇和設計計算。使其達到以下要求：實驗臺結構簡單、操作便捷，試驗臺架選用材料經濟可靠。實驗臺選用部件器材操作簡單實用，達到良好的測試效果的目的。同時用電設備具有安全性。起動機、發電機測試實驗臺研究現狀：車起動機和發電機測試實驗臺，用于對發電機和起動機的參數測試與性能試驗。專用的實驗臺它由多個電器檢測儀器組裝構成的整體儀器。目前我國用于汽車工業試驗與測試的實驗臺層出不窮。不斷地改進與更新。逐步實現實驗與計算機數字通信技術數字化和網路化。真正實現了人工智能的水平。實驗數據和結果的傳輸和控制更加準確和詳實。隨著我國汽車工業的發展，汽車技術的成熟，專門用于發電機和起動機性能測試的教學試驗臺已經不斷完善，在教學領域中研制了專門用于教學施教的測試實驗臺。根據要求滿足學生實驗裝置易操作性和便捷性進行教學器材和設備組裝構成設計，由于試驗裝置只是模擬實驗，學生的重點在于驗證.所以實驗臺重點針對起動機和發電機結構特點性能特點進行測試。我國汽車實起動機、發電機測試實驗臺主要為傳統汽車電器萬能實驗臺。其類型例如：TQD-2型汽車電器萬能實驗臺。其特點為：實驗臺由驅動裝置、加載裝置、測量裝置、被測裝置等四部分組成。（1）驅動裝置驅動電機多用于轉速可調的調速電動機或電力測功機。（2）加載裝置加載裝置種類很多，常見的有：①直流電機或電力測功機（作為負載裝置用時是發電機）；②電渦流測功機；③水力測功機；其負荷調節較為困難，不易穩定，所以在試驗臺中這些年已很少使用了。④磁粉制動器。這種負荷裝置是近幾年才用于汽車實驗領域的，其主要特點是：負荷控制方便噪聲小低速加載性能好但以為其滑差功率小（大扭距時允許的轉速很低）。（3）被測裝置被測裝置為待測發電機、起動機、磁電機、蓄電池等。實驗臺外形和主要參數如下：圖1.1TQD-2型汽車電器萬能實驗臺表1.1技術參數電源交流：50Hz、220，單項；直流：12V、24V調速范圍轉速調節范圍（空載）：0~4000r/min;轉向：正反轉三針放電裝置組列：8組并列；間隙調節范圍：0~15mm起動機制動裝置測試范圍最大制動轉矩：60Nm；最大制動電流：1000A；電壓0-50V發電機測試裝置范圍發電機功率在750W以下（除750W14V）各種交直流發電機，硅整流發電機發電機測試裝置范圍發電機功率在750W以下（除750W14V）各種交直流發電機，硅整流發電機檢測項目直流發電機檢查：空載、負載、電樞；電子調節器檢驗；節壓、節流、限流起動機檢驗：空載、制動扭矩；分電器檢驗；分電器點火均勻性及點火提前磁電機檢驗：點火性能、點火提前；點火線圈檢驗：點火性能蓄電池檢驗：電壓；電喇叭檢驗：聲響電動刮水器（雨刮）檢驗：動作狀況；硅整流發電機檢驗：空載、負載1.2實驗臺設計課題研究內容及技術路線1、課題研究內容依據給定汽車汽車電器性能測試試驗的標準，以及機械部分設計的成果，確定控制模式及參數，設計起動機、發電機性能實驗臺的電子控制系統，包括：動力部分、控制部分、執行部分和輔助部分。1.能夠對起動機、發電機結構與原理分析；2.能夠對起動機、發電機性能分析與測試；3.實驗臺電路連接設計，能夠安全測試。2、課題研究技術路線本次設計的技術路線可用以下步驟表示。教學研究教學研究實驗臺調查研究發電機內部元件結構原理分析起動機內部元件結構原理分析發電機內部元件結構原理分析起動機內部元件結構原理分析起動機外形固定及夾具設計發電機外形固定及夾具設計起動機外形固定及夾具設計發電機外形固定及夾具設計起動機特性測試電路設計與設備選擇發電機特性測試電路設計與設備選擇起動機特性測試電路設計與設備選擇發電機特性測試電路設計與設備選擇實驗臺布局與設計實驗臺布局與設計現有實驗設備試驗與測試現有實驗設備試驗與測試實驗臺測試完成實驗臺測試完成圖1.2技術路線1.3實驗臺設計要求和總體方案本次設計主要針對汽車發電機和起動機進行綜合測試實驗臺設計，系統的講述汽車發電機和起動機實驗臺的特點，工作原理及結構和組成、功能和特點。起動機和發電機結構及組成、特性分析、電路連接、工作原理，實驗臺布局CAD設計，測試電路、數據分析、功能開發等。具有實驗臺結構簡單、操作便捷特性，試驗臺架選用材料經濟可靠。實驗臺選用部件器材操作簡單實用，達到良好的測試效果的目的。同時用電設備具有安全性。實驗臺包括起動機測試電路、發電機測試電路、控制面板箱、試驗臺架、實驗臺面五部分組成。第2章汽車起動機、發電機原理及特性分析起動機是將蓄電池電能轉換成機械能、再通過傳動機構帶動發動機曲軸旋轉、幫助發動機起動的裝置。起動機的種類很多，電動機部分大致相同，而控制裝置和傳動機構則差異很大。因此起動機多是按控制裝置和傳動機構的不同來分類的。按磁場產生的方式分類：激磁式起動機、永磁式起動機。按控制裝置分類：機械操縱式、電磁操縱式。按傳動機構分類：強制嚙合式、慣性嚙合式、電樞移動式、齒輪移動式、同軸式起動機。發電機是汽車的主要電源，是將發動機產生的機械能轉變為電能的裝置。其功用是在發電機正常運轉時，向所有用電設備供電，同時給蓄電池充電。汽車用發電機可以分為直流發電機和交流發電機，由于交流發電機的性能在許多發面優于直流發電機，直流發電機已經被淘汰。目前汽車采用三相交流發電機，內部帶有二極管整流電路，將交流電整流為直流電，所以，汽車交流發電機輸出的是直流電。交流發電機按照不同分類方法可分為：1.按總體結構分：普通交流發電機整體式交流發電機帶泵交流發電機無刷交流發電機永磁交流發電機。2.按整流器分：6管交流發電機8管交流發電機9管交流發電機11管交流發電機。3.按勵磁繞組搭鐵形式分：內搭鐵型交流發電機外搭鐵型交流發電機。2.1起動機結構組成及其作用起動機一般由直流電動機、傳動機構和電磁開關三部分組成。（1）直流電動機，其作用是將蓄電池中電能轉變為機械能的裝置。一般由電樞、磁極、外殼、電刷與電刷架等組成。電樞總成：電樞用來產生電磁轉矩，它由鐵心、電樞繞組、電樞軸及換向器組成。電樞鐵心由多片互相絕緣的硅鋼片疊成；電樞電流一般為200~600A。磁極。磁極由鐵心和激磁繞組構成，其作用是在電動機中產生磁場。電刷與電刷架，作用是將電流引入電樞，使電樞產生連續轉動。電刷裝在電刷架中，借彈簧壓緊力壓在換向器上。（2）傳動機構（嚙合機構），其作用是：在發動機起動時，使起動機驅動齒輪嚙入飛輪齒環，將起動機轉矩傳給發動機曲軸；而在發動機起動后瞬間，使驅動齒輪打滑與飛輪齒環自動脫開。（3）電磁開關（即控制裝置），用來接通和切斷起動機與蓄電池之間電路。機構將發動機拖轉起動。2.2工作原理分析起動機的工作原理可以通過其主要部件直流電動機的工作原理來說明。直流電動機是將電能轉變為機械能的設備，它是根據帶電導體在磁場中受到電磁力作用的這一原理為基礎而制成的。如圖2.1所示。電動機的電刷與直流電源相接，電流由正電刷和換向片A流入，從換向片B和負電刷流出，此時繞組中的電流方向為ab,按左手定則可確定導線ad受到向左的電流力F。導線cd受到向右的電磁力F，從而使整個線圈受到逆時針方向的轉矩而轉動。當電樞轉過半周時，換向片B與正電刷相接觸，換向片A與負電刷相接觸，線圈電流的方向改變為由da，因而在N極和S極下面導體中的電流方向保持不變，電磁轉矩的方向也就不變，使電樞仍按原來的逆時針方向繼續轉動。圖2.1直流電動機工作原理由此可見，直流電動機的換向器保證電樞所產生的電磁力矩的方向保持不變，使其產生定向轉動。但實際的直流電動機為產生足夠大且轉速穩定的電磁力矩，其電樞由多匝線圈構成，換向器的銅片也相應增加。根據安培定律，可以推導出直流電動機通電后所產生的電磁轉矩M與磁極的磁通量Ф及電樞電流Is之間的關系為:（2.1）式中，為電動機結構常數。根據上述與原理分析，電樞在電磁力矩M作用下產生轉動，由于繞組在轉動同時切割磁力線而產生感應電動勢，并根據右手定則判定其方向與電樞電流的方向相反，故稱反電動勢。反電動勢的大小與磁極的磁通量和電樞的轉速n成正比。（2.2）C——系數（常數）；n——為發動機轉數；——為磁極磁通；由此可推出電樞回路的電壓方程，即：（2.3）——電樞繞組電阻；U——起動機外加電壓；——激磁繞組電阻；——電樞電流。在直流電動機剛接通電源的瞬間，電樞轉速n為0，電樞反電動勢也為0，此時，電樞繞組中的電流達到最大值，電樞產生最大電磁轉矩。若此時的電磁轉矩大于發動機的阻力矩，電樞就開始加速轉動起來。隨著電樞轉速的上升，增大，電樞電流下降，電磁轉矩M也就隨之下降，直至M與阻力矩相等為止。可見，當負載變化時，電動機能通過轉速、電流和轉矩的自動變化來滿足負載的需要，使之在新轉速下穩定工作，因此直流電動機具有自動調節轉矩功能。2.3工作特性分析車用起動機多采用串激式直流電動機，其原理電路如圖所示。圖2.2起動機原理電路圖2.3.1轉矩特性對于串激式直流電動機，其磁場電流與電樞電流相同，并且磁極未飽和時，磁通Φ與電樞電流成正比,即,為常數.串激式直流電動機的轉矩可表示:（2.4）由此可知,在磁路未飽和時，直流串激式電動機的轉矩與電樞電流的平方成正比。但是當此路飽和后磁極磁通量幾乎不變，此時電磁轉矩與電樞電流成直線關系。在發起動發動機的瞬間，由于發動機的阻力矩很大，發動機處于完全制動狀態下，由于轉速為零反電動勢為零。此時電樞電流達到最大值(稱為制動電流)，電動機產生最大轉矩（稱為制動轉矩），從而使起動機易于發生起動發動機，這就是汽車上采用串激直流電動機的主要原因。圖2.3直流串激式電動機轉矩特性2.3.2轉速特性根據原理電路圖可以列出:（2.5）式中——連接導線電阻；——蓄電池內電阻；Δ——電樞接觸電壓降。根據,可求得電動機的轉速為由此可知，當電動機的電樞電流增加時，電壓降ΣR隨之增加。在磁路未飽和的情況下，磁通φ也隨之增加，電動機的轉速雖ΣR和的增加而急劇下降。因此，直流串激電動機具有在輕載時，電樞電流IS小，轉速高；而在重載時，電樞電流大，轉速低的軟機械特性，能保證發動機既安全又可靠地起動，這是汽車上采用直流串激式電動機的主要原因之一。但由于其在輕載和空載時轉速很高，容易造成“飛車”現象，因此對于功率較大的直流串激電動機來說不可在輕載或空載下長時間運轉。圖2.4直流串激式電動機轉速特性2.3.3功率特性起動機的輸出功率P可以通過測量電樞軸上的輸出轉矩M和電樞的轉速n來確定。（2.6）起動機在全制動（n=0）和空載（M=0）時，其輸出功率均為0，而在IS接近全制動電流一半時其輸出功率最大。起動機工作時間短暫，所以允許在最大功率狀態下工作，起動機的額定功率一般也就是電動機的最大功率或接近與最大功率，其特性曲線由圖可知：圖2.5直流串激式電動機功率特性（1）完全制動時，相當于起動機剛剛接通的瞬間，n=0,電樞電流最大（稱為制動電流），轉矩也達到最大值（稱為制動轉矩），但輸出功率為零。（2）起動機空載時電流最小（稱為空載電流），但轉速達到最大值（稱為空載轉速），輸出功率亦為零。（3）在電流接近制動電流一半時，起動機的功率最大。生產中通過空載和全制動倆項實驗來檢查起動機的技術狀況，以判定其制造或維修質量。2.4發電機的結構和組成交流發電機主要由轉子總成、定子總成、硅整流器、前后端蓋及電刷以及皮帶輪、風扇等部件組成。1、轉子總成轉子是交流發電機的磁場部分，工作中產生旋轉磁場，它由轉子軸、滑環、爪極、磁軛、磁場繞組等組成。轉子軸上壓裝著兩塊爪極，爪極被加工成鳥嘴形狀，爪極空腔內裝有勵磁繞組和磁軛。滑環由兩個彼此絕緣的銅環組成，壓裝在轉子軸上并與軸絕緣，兩個滑環分別與勵磁繞組的兩端相連。當給兩滑環通入直流電時，勵磁繞組中就有電流通過，并產生軸向磁通，使爪極一塊被磁化為N極，另一塊被磁化為S極，從而形成六對相互交錯的磁極，當轉子轉動時，就形成了旋轉的磁場。2、定子定子的作用是產生交三項流電動勢。定子安裝在轉子外面，與發電機的前、后端蓋固定在一起，當轉子在其內部轉動時，引起定子繞組中磁通的變化，定子繞組中就產生交變的感應電動勢。定子又叫電樞，定子由定子鐵心和定子繞組（線圈）組成。3、硅整流器整流器的作用是將定子繞組的三項交流電變為直流電。整流器由整流板和整流二極管組成。6管交流發電機的整流器是由6只硅整流二極管分別壓裝在相互絕緣的兩塊板上組成的，其中一塊為正極板，另一塊為負極板，負極板和發電機外殼直接相連，也可以將發電機的后蓋直接作為負極板。6只整流二極管分為正極管和負極管兩種，引出電極為正極的稱為正極管，3只正極管裝在同一塊板上，也可以直接安裝在后蓋上。4、前后端蓋交流發電機的前后端蓋均由鋁合金鑄造而成，鋁合金為非導磁材料，漏磁少、重量輕、散熱性能好等優點。在后端蓋內裝有電刷組件，電刷組件由電刷、電刷架和電刷彈簧組成。電刷用銅粉和石墨粉模壓而成，電刷架用玻璃纖維模壓而成。電刷安裝在電刷架內，借助彈簧的壓力與滑環保持接觸。交流發電機磁場繞組的搭鐵形式有內搭鐵和外搭鐵之分。磁場繞組的一端經電刷在發電機段蓋上搭鐵稱為內搭鐵式；磁場繞組的兩端均與端蓋絕緣，其中一端經調節器后搭鐵成為外搭鐵式。交流發電機前端裝有皮帶輪、風扇，工作時使發電機內部強行通風散熱。后端蓋后側裝有薄鋁板沖壓而成的防護罩，以保護整流器不被損壞。2.5工作原理分析發電機的工作原理都是基于電磁感應定律和電磁力定律，轉子在定子中旋轉，做切割磁力線的運動，從而產生感應電勢，通過接線端子引出，接在回路中，便產生了電流。2.5.1發電原理發電機的三項定子繞組按一定規律分布在發電機的定子槽中，彼此相差120°電角度。內部有一個轉子，轉子上安裝著爪極和勵磁繞組。當外電路通過電刷使勵磁繞組通電時，便3產生磁場，使爪極被磁化為N極和S極。當轉子旋轉時，磁通交替地在定子繞組中變化，根據電磁感應原理可知，定子的三項繞組中便產生交變的感應電動勢。三項繞組的末端連在一起，形成星形連接。當通電的轉子旋轉時，磁力線和三相繞組有相對運動，在三項繞組中產生頻率相同、幅值相等、相位相差120°電角度的正弦交流電動勢、、,其瞬時值方程式為：（2.7）（2.8）（2.9）式中——最大值，，E為有效值；ω——為角頻率（）；

每組繞組所產生電動勢的有效值為：（2.10）式中K——繞組系數，對交流發電機，整距集中繞組K=1；N——每項繞組的匝數；Ф——每極磁通量；f——感應電動勢頻率，；p——磁極對數，n為轉數。2.5.2整流原理硅二極管具有單向導電性，當給二極管加上正向電壓時二級管導通，當給二極管加上反向電壓時二極管截止。利用這一特性，可組成各種形式的整流電路，把交流電變成直流電。在交流發電機中采用6只硅二極管組成三項橋式整流電路。如圖所示圖2.6三項橋式整流電路及電壓波形如圖2.6所示，其中D1、D3、D5負極連接在一起，在某一瞬時，正極具有最高電位的那個二極管導通。D2、D4、D6的正極連在一起，在某一瞬時，負極具有最低電位的那個二極管導通。同一時刻只有兩個二極管工作。通過6只二極管全波整流后，在負極得到一個比較平穩的直流電壓。2.6工作特性2.6.1輸出特性輸出特性是研究發電機的輸出電壓保持一定時（12V系列規定為14V，24V規定為28V），其輸出電流與轉速的關系。即U=常數，的曲線，圖2.7交流發電機的輸出特性交流發電機的輸出特性有如下特點：1.發電機轉速較低時，其電壓低于蓄電池電壓時，不能向外供電。當轉速達到空載轉速時發電機電壓達到額定值；當轉速高于空載轉速時，發電機才有能力向外供電，可以作為選擇發電機傳動比的依據。2.當轉速超過時，發電機的輸出電流將隨著轉速n的升高而增大；當轉速等于n2時，發電機輸出額定功率，轉速叫做發電機的滿載轉速。3.當轉速達到一定值后，發電機的輸出電流不再隨著轉速的升高負載電阻的減小而增大，這時的電流值稱為發電機的最大輸出電流（或限額電流值）可見交流發電機具有自身限制輸出電流的能力。交流發電機定子繞組的阻抗限制輸出電流。交流發電機的定子繞組具有一定的阻抗，對通過定子繞組的交流電流起著阻礙作用，阻抗Z由三項繞組的電阻值R和感抗組成，即：（2.11）由上式可知，定子繞組的感抗與發電機的轉速成正比。當轉速升高時，感抗增大，阻抗Z也增大，阻礙電流的作用也就越大。電樞反應使磁場減弱，感應電動勢降低。所謂電樞反映就是指電樞繞組產生的磁場（電樞磁場）對磁極磁場的影響。在發電機空載時，其內部只有磁極磁場，當定子繞組中有電流輸出時，定子繞組的電流將產生磁場，且電流越大，該磁場就會越強。工作中發電機內部的磁場就是上述兩磁場的組合。當磁極磁場飽和后，電樞磁場的存在將削弱磁極磁場，使合成磁場減弱，感應電動勢降低，輸出電壓降低，從而使輸出電流減小。2.6.2空載特性交流發電機的空載特性是研究發電機在空載運行時的端電壓U隨轉速的變化關系(即,的曲線)。圖2.8交流發電機的空載特性1.蓄電池電壓2.空載轉速3.自勵4.他勵從曲線可以看出，隨著轉速的升高，端電壓上升較快，由他勵轉入自激發電時，即能向蓄電池充電；空載特性是判定充電性能的重要依據。2.6.3外特性外特性是指發電機轉速n一定時，其端電壓隨輸出電流的變化關系，即n=常數時，的函數關系，如圖所示：圖2.9交流發電機的外特性2.7本章小結本章起動機、發電機主要介紹結構組成和工作原理，以及對工作特性的分析。起動機是汽車最主要的啟動部分。通過起動機轉動來帶動發動機的旋轉。發電機是汽車上電氣設備的主要供電設備。通過發動機帶動產生供給電氣設備的電流。并且能夠給蓄電池充電。掌握起動機、發電機的基本知識后，才能夠對以后實驗過程中的各種現象和數據進行分析計算，得出結論。第3章實驗臺傳動系統設計實驗臺是由多個電器檢測儀器組裝構成的整體儀器。主要有工作臺身、臺面、調速電機、升降龍門夾具，起動機制動器、傳感器、儀表等。通過線路連接構成一個測試整體系統。主要設計方案包括：實驗臺架設計、實驗臺布局。3.1實驗臺架布局設計實驗臺架的選材和結構設計：實驗臺架主要采用管口鐵焊接而成。采用45方鋼管（40mm×40mm），具有抗彎曲、拉伸特點，能夠進行焊接。工作臺面采用熱軋鋼板材料為20Mn，（主要用于制造心部力學性能較高的滲碳或液體碳氮共滲零件，如凸輪軸、曲柄軸等；在正火或熱軋狀態下用于制造韌性高而應力較小的零件，如螺釘、螺母、支架、鉸鏈及鉚焊結構件；還可以制成板件4-10mm等。試驗臺架主要通過焊接的方法進行連接，臺架臺面主要尺寸：表3.1實驗臺架主要尺寸參數mm長L/mm寬b/mm高h/mm厚實驗臺120058085010圖3.1實驗臺總布置圖3.1.1實驗臺主要器材部件實驗臺主要包括：控制面板箱和實驗測試設備。控制面板布置如圖紙所示，選用主要原件包括：電壓表、電流表、繼電開關、調速電機控制器、轉矩顯示器和內部電源。測試設備主要包括：主要原件有：起動機、傳動齒輪軸、軸承、軸承座、聯軸器、轉矩傳感器、磁粉制動器、變頻調速電機、發電機等。3.2起動機傳動系統的設計起動機動力傳動系統方案主要參考現有實驗設備系統進行設計，如圖：圖3.1傳動方案圖傳動系統中主要元件設備有：起動機、齒輪軸、聯軸器、轉矩傳感器、軸承座、磁粉制動器。起動機的動力傳動需要設計一段齒輪軸，能夠起到和起動機小齒輪嚙合并且能夠傳遞轉矩的作用。3.2.1齒輪軸的設計系統中所需要的齒輪軸，主要作用是起到動力傳遞作用，所以根據起動機的參數進行數據計算。圖3.2齒輪軸根據公式：，可以計算求出齒輪軸的最小直徑。由于在傳動系統中齒輪軸需要與起動機啟動齒輪嚙合，所以齒輪軸承受轉矩的大小由起動機輸出轉矩決定，現在選取一個最大起動轉矩的起動機為例進行設計計算。一般最大起動轉矩為;,許用扭切應力。計算:,取對于一般軸，可用第三強度理論求出危險截面的當量應力：（3.1）為危險截面上彎矩M產生的彎曲應力；為轉矩T產生的扭切應力。對于直徑為d的圓軸。（3.2）（3.3）(，d為軸徑,G為彈性模量MPa,)其中W分別為軸的抗彎截面系數和抗扭界面系數。將和值代入式3-1得疲勞強度公式：（3.4）——當量彎矩a——根據轉矩性質而定的折合系數。對不變轉矩，脈動變化時a=0.6，對頻繁正反轉的軸，可作對稱循環變應力，a=1.計算得：3.2.2齒輪段參數計算齒輪軸的設計要求參數與起動機啟動小齒輪的參數一樣.現在選取以11齒小齒輪為參照。根據齒數可確定分度圓直徑等參數，如下表：表3.3齒輪參數1齒數2中心距3嚙合角4齒頂圓直徑5齒根圓直徑6斷面模數7螺旋角8分度圓直徑9齒頂高10齒根高3.2.3聯軸器的參數根據傳動方案所示，齒輪軸段最小直徑與聯軸器相連接。根據d=28mm選取凸緣聯軸器的參數如下表：表3.4凸緣聯軸器（GB5843——86）型號公稱轉矩N.m許用轉速r/min軸孔直徑d（H7）/mm軸孔長度L/mmD1D2螺栓/mm質量kg轉動慣量kg.鐵Y型mm數量直徑Y型YL716048002862120954M101285.660.0293.2.4軸承座的參數表3.5軸承參數型號dDgAmaxHLJS螺栓NSN2063035623077525022185150M121520經元件計算后，設計出總傳動方案如圖所示;圖3.3起動機動力傳動系統3.3發電機傳動系統設計根據發電機特性原理，傳動方案主要通過調速電機控制發電機轉速。所以要對調速電機的傳動比、皮帶輪參數進行計算。3.3.1調速電動機的參數表3.6Y系列（IPP44）電動機技術參數電動機型號額定功率KW滿載轉矩堵轉轉矩最大轉矩質量kg額定轉矩額定轉矩同步轉速3000r/min，2極Y802-21.128252.22.2173.3.2皮帶輪的設計皮帶輪的主要參數有：傳動比，、皮帶長度、皮帶的緊力。傳動比是主動輪用皮帶帶動從動輪時，若皮帶的直徑分別為和，轉速為傳動比i可以由下式表示：（3.5）計算得：i=2皮帶長度在帶輪的軸間距為a時，皮帶的長度L可以下式表示近似計算：（3.6）由于發電機皮帶尺寸為固定型號，所以只需根據需要進行選取。皮帶張緊力在皮帶傳動中，即使是不傳遞動力的靜止狀態下也需要張緊皮帶，稱此張力為初拉力，它與傳遞的載荷大小相對應。若皮帶的緊邊張力為,松邊的張力,則出張力可按下式近似計算：（3.7）帶動從動輪的圓周力成為有效張力。有效張力由下式表示：（3.8）若皮帶與帶輪之間的摩擦系數為（0.20.3），主動輪的皮帶包角為（rad），自然對數的底為e，則可導出下列關系：；（3.9）設皮帶速度V（m/s）,有效張力（N）,則傳遞的動力P(W)為：（3.10）經查表得：帶傳動的傳動效率，摩擦系數，電機功率為1.1kw，表3.7帶輪參數基準線寬b基準線上槽線基準線下槽線槽間距e槽邊距最小輪緣厚帶輪寬B外徑輪槽角5.31.64.78652311732圖3.4發電機動力傳動系統3.4本章小結為了能夠對起動機發發電機測試實驗臺進行動態測試，要對實驗臺的發電機和起動機機械傳動部分進行布局和設計。本章首先對試驗臺的總體布局進行設計，然后對對傳動部分的方案選擇和主要零件的參數計算，通過數據計算根據數據進行繪制圖紙。第4章實驗臺測試系統設計實驗臺測試系統分為起動機測試系統和發電機測試系統。4.1起動機測試元件選擇和電路設計起動機的起動性能主要是通過起動機轉距大小來表現出來，起動轉矩大起動效果越好，針對起動轉矩的測量，進行元件選擇，主要元件是傳感器和電流表。通過線路連接，組成完整的測量系統。4.1.1測試設備原件的選擇電流表：測量范圍在09999mA圖4.2電流表轉矩傳感器圖4.3JN338型傳感器顯示器實物轉矩顯示器圖4.4轉矩顯示器實物圖轉矩傳感器的工作原理：轉矩傳感器主要由扭力軸、磁檢測器，轉筒及殼體等四部分組成。磁檢測器包括配對的兩組內、外齒輪，永久磁鋼和感應線圈。外齒輪安裝載扭力軸測量段的兩端；內齒輪轉筒內,和外齒輪相對，永久磁鋼緊接內齒輪安裝在轉筒內。永久磁鋼，內外齒輪構成環狀閉合磁路,感應線圈固定在殼體的兩端蓋內。在驅動電機帶動下，內齒輪隨同轉筒旋轉。內外齒輪是變位齒輪，并不嚙合，齒頂六由工作氣隙，內外齒輪的齒頂相對時氣隙最窄，齒頂和齒槽相對時，氣隙最寬。內外齒輪在相對旋轉運動時，齒頂與齒槽交替相對，相對轉動一個齒位時,工作氣隙發生一個周期的變化,磁路的磁阻和磁通隨之相應作周期變化,因此線圈中感應出近似正弦波的電壓訊號,訊號電壓瞬時值的變化和內外齒輪的相對位置的變化是一致的。如果兩組檢測器的齒輪的投影互相重合時、兩組電壓訊號的相位差為零。安裝時，兩只內齒輪的投影是重合的。而扭力軸上的兩只外齒輪是按錯動半個齒安裝的。因此，兩個電壓訊號具有半個周期的相位差，即初始相位差為。若齒輪為120齒，分度角為3°，相位差為180°時，相應外齒輪錯動1.5°。當扭力軸受到扭矩作用時，產生扭角β，兩只外齒輪的錯位角變為兩個電壓訊號的相差角相應變為：。（4.1）扭角和扭矩是成正比例的,因此扭角的變化和扭矩成正比,即相位差角的變化M（4.2）式中K1為相位差角和扭矩的比例系數，，“±”另表示轉動方向。設扭力軸測量段的直徑為d，長度為L，扭力軸材料的剪切彈性模為G，則K1=32L/πdG。將傳感器的兩個電壓訊號輸入儀表將電壓訊號進行放大、整形、檢相、變換成計數脈沖，然后計數和顯示，便可直接讀出扭矩和轉速的測量結果。由于采用磁電轉換、相位差原理和數字顯示的轉矩轉速測量方法,因此能進行穩定、可靠、快速、靈敏的高精度測量。轉矩傳感器工作特點（1）可測量穩態旋轉扭矩及動態過渡過程的旋轉扭矩。

（2）測量正、反向扭矩時，不需調整零點。

（3）信號檢測采用數字化處理技術，精度高、穩定性好、抗干擾強。

（4）輸入電源極性、幅值保護，輸出轉矩、轉速信號保護。

（5）扭矩信號的提取方式為應變電測技術。

（6）扭矩測量精度與旋轉速度、方向無關。

（7）可測量正反向扭矩、轉速及功率。

（8）輸入、輸出信號的傳輸為非接觸的耦合方式。

（9）體積小、重量輕、安裝方便。

（10）可靠性高、壽命長。表4.1JN338轉矩傳感器技術參數轉矩測量范圍：0200N.m轉矩準確度：0.2%F.S過載能力：150%F.S絕緣電阻：200M工作溫度：-2060重復性：0.1%F.S滯后性：0.1%F.S相對濕度：90%RH線性：0.1%F.S零轉矩頻率輸出：10KHZ應變計動態響應時間：3.210-6S正向轉矩滿載量程頻率輸出：15KHZ轉速輸出信號：60-120個脈沖/轉反向轉矩滿載量程頻率輸出：5KHZ傳感信號輸出：方波信號、幅值為5V負載電流15MA傳感器功率4w磁粉制動器圖4.5磁粉制動器實物圖表4.2磁粉制動器技術參數型號主要技術參數外形尺寸轉矩滑功電壓轉速D1D2D3L3L1L2L0dtFZ200K-22005002480030022018070511519528104.1.2起動機測試系統電路設計為了進行起動機相關性能測試：空載性能測試、全制動性能測試、起動電流測試，設計出測試電路圖，如圖所示：圖4.6起動機測試電路4.1.3起動機的測試1、空載實驗測量起動機的空載電流和空載轉速并與標準值比較。說明：電流值>標準值，n<標準值，表明裝配過緊或電樞繞組和勵磁繞組內有短路或搭鐵現象。電流值<標準值，n<標準值，表明內部電路有接觸不良的地方。注意：每次空載試驗不要超過1分鐘，以免起動機過熱。2、全制動實驗在空載試驗后，通過測量起動機完全制動時的電流和轉矩來檢驗其動機的性能良好與否，需進行全制動試驗。說明：電流大，轉矩小，表明此磁場繞組或電樞繞組有短路或搭鐵的不良現象。電流小，轉矩小，表明起動機接觸內阻過大。注意：時間小于5秒，以免燒壞電動機，對蓄電池使用壽命造成不利影響。3、按標準和技術條件要求，起動機性能測試裝置設置了以下性能試驗項目：（1）吸合電壓：測量起動機電磁開關主觸點閉合時的始吸電壓，自動加頂齒墊塊，電壓自動調整測量。在起動機齒輪處加一墊塊，接通起動機線圈，當電源電壓連續升高時，電磁開關主觸點在某一時刻閉合，采得的該時刻電壓值若小于或等于標準值則合格，否則不合格。（2）釋放電壓：測量起動機電磁開關的主觸點斷開時的釋放電壓。當電源電壓連續由高降低時，電磁開關觸點在某一時刻由閉合至斷開，采得的該時刻電壓值若小于或等于標準值合格。否則不合格。（3）空載性能：測量起動機完全空載狀態下的電流、電壓、轉速。在起動機空載狀態下，在給定的電壓值時測得的電流小于或等于標準值，并且，測得的轉速大于或等于標準值，則合格否則不合格。（4）負載性能：進行起動機在額定負載時的電壓、電流、轉矩、轉速測量。起動機在負載狀態下運轉，電源的放電特性符合起動機電源的模擬特性要求時。在轉速大于或等于標準值，電流小于或等于標準值且轉矩大于或等于標準值則合格，否則不合格。（5）嚙合性能：檢查起動機單向器在額定負載下其嚙合能力。起動機在負載狀態下連續接通數次，檢查其嚙合性能。（6）制動性能：進行起動機在制動狀態下的電壓、電流、轉矩的測量。在起動機制動狀態下，在給定的電壓值時測得的電流小于或等于標準值，轉矩大于或等于標準值則合格，否則不合格。（7）超速性能：進行起動機的超常運轉試驗。先接通起動機的主回路和開關回路，接著接通負載，然后斷開開關回路。（8）斷電性能：離合器在測試裝置的齒圈作用下，保持其嚙合位置，檢查開關的斷電能力。（9）運轉試驗：起動機在進行完大電流試驗后再次進行空載試驗，檢查其性能是否有變化。在起動機空載狀態下，在給定的電壓值時測得的電流小于或等于標準值，并且，測得的轉速大于或等于標準值則合格，否則不合格。通過測試出的數據，對數據與起動機的額定參數進行比較.數據對比后，檢查故障發生的原因，進行下一步驟的檢查。從可以分析出起動機存在的故障問題，以便于下一步驟的檢測。起動機的主要數據是通過給定的參數表格來比較的，可以根據國內一些起動機的主要參數標準和系列，主要見下表：表4.3起動機主要技術性能參考值型號規格空載特性全制動特性電刷驅動齒數額定電壓/V額定功率/W電流不大于/A轉速不低于/r.電壓/V電流不大于/A扭矩不小于/N.m牌號彈簧壓力/N齒數齒輪行程/mmQD124A121.85955000860024Ts-2920QD1215121.85905000670024QD124H121.47905000865029.42-15QD124F121.47905000865029.48-1311QD1211121.89050007.57503412-1511321121.11005000652515.7Ts-412-15920QD1225120.964560007480139QD142A12390500076502512-159DW1.4121.46729009.6160139D6RA37120.5722010003508594.1.3起動機測試實驗的操作步驟1.空載試驗主要測量起動機的空載電流和空載轉速。第一步：將待測起動機安裝在龍門夾具上固定。第二步：將測試部分設備電流表、傳感器顯示器進行調零校正。第三步：將起動機進行控制線路連接，經檢查后通電測試。第四步：調整測試設備（轉矩傳感器），調整軸承座、齒輪軸位置（高度，中心距），使齒輪段與起動小齒輪嚙合。第五步：經檢查無誤后通電，測試起動機額定空載電流、轉速。2.全制動試驗主要測量起動機的制動電流、制動轉矩。第一步：將待測起動機安裝在龍門夾具上固定。第二步：將測試部分設備電流表、傳感器顯示器進行調零校正。第三步：將起動機進行控制線路連接，經檢查后通電測試。第四步：調整測試設備（轉矩傳感器、磁粉制動器），調整軸承座、齒輪軸位置（高度，中心距），使齒輪段與起動小齒輪嚙合。第五步：經檢查無誤后通電測試，接通起動開關5S后，將磁粉制動器通電，記錄起動機制動時的制動電流和制動轉矩。圖4.7起動機測試原理圖4.2發電機測試系統元件選擇和電路設計發電機的主要功用是對汽車用電設備供電，同時對蓄電池充電。發電機的測試電路主要是針對發電機的特性進行設計。測試發電機的輸出特性、空載特性、外特性。4.2.1測試設備元件的選擇測試設備主要選擇電壓表或示波器動態監測發電機變化情況。下面將介紹測試設備的技術參數和特點：電壓表：DP3A三位半數特點：具有模擬變輸出功能（4-20mA，0-20mA），采樣速度2.5次/秒，外型尺寸48H×96顯示范圍±1999。圖4.8電壓表表4.4技術參數最大顯示1999（AD顯示有效值）頻率范圍40-200Hz（僅對交流）溢出顯示“-1”or“1”極性顯示只顯示“-”僅對直流顯示紅色數碼管（14.2mmH）電源AC110/220V±10%50/60HZ,功耗≤5VA耐壓AC1500V1min絕緣電阻DC500V≥100MΩ重量約500g變頻調速器圖4.9變頻調速器實物圖電動機圖4.10三項異步電動機實物圖表4.5選用三相異步電動機的主要參數型號功率（KW）功率因數COS?起動電流倍數起動轉矩倍數額定電流（A）額定轉速(r/min同步轉速r/minY2-802-21.1750.836.12.21.82825調速設備設計要求具有一定的轉速變化范圍、大功率的電機，故選用三相異步交流電機。交流異步電動機（以下均指的是感應交流異步電動機）因為結構簡單、體積小、重量輕、價格便宜、維護方便的特點，在生產和生活中得到廣泛的應用，與其他種類電動機相比.交流異歩電動機的市場占有量始終居第一位現在流行的交流異歩電動機調速控制方法可分為兩種：變頻變壓法（VVVF）和矢量控制法，前者的原理相對比較簡單，有20多年比較成熟的發展經驗，因此應用得較多，目前市場出售的變頻器多數都是釆用這種控制方法。由于使用這種控制方法對交流異步電動機進行調速時，可能會使電動機的機械特性變差.因此人們開始研究矢量控制技術。矢量控制的思路是：設法在三相交流異步電動機上模擬直流電動機控制轉矩的規律。交流異步電動機變頻調速原理根據電機學理論，交流異步電動機的轉速可由下式表示：（4.3）式中:n──電動機轉速；P──動機磁數：f──電源頻率;S──轉差率。由式可知，影響電動機轉速的因素有:電動機的磁極對數P、轉差率S和電源頻率f其中,改變電源頻率來實現交流異歩電動機調速的方法效果最理想，這就是所謂變頻調速。主電路和逆變電路的工作原理變頻凋速實質上是向交流異步電動機提供一個頻率可控的電源。能實現這一功能的裝置稱為變頻器。變頻器由兩部分組成：主電路和控制電路，其中主電路通常采用交─直─交方式，即先將交流電轉變成直流電（整流、濾波）再將直流電轉變成頻率可調的矩形波交流電（逆變）。圖4.8是主電路的原理圖它是變頻器常用的最基本的格式。圖4.11主電路原理圖1、主電路各元件的功能主電路中各元件功能如下：交─直電路整流管D1～D6組成三相整流橋，對三相交流電進行全波整流，整流后的直流電壓為：（4.4）濾波電容Cr濾除整流后的電壓波形，并在負載變化時保持電壓平穩。當變頻器通電時，瞬時沖擊電流較大,為了保護電路元件，加限流電阻Ra。延時一段時間后，通過控制電路使開關JK閉合，將限流電阻短路。Rc是制動電阻。電動機在制動過程中處于發電狀態，由于電路是處在斷開情況下，增加的電能無處釋放.使電路電壓不斷升高，將會損壞電路元件。所以，應給一個放電通路,使這部分再生電流消耗在電阻Rc上。制動時.通過控制電路使開關管Tc導通，形成放電通路。直─交電路逆變開關管T1～T6組成三相逆變橋，將直流電逆變成頻率可調的矩形波交流電。逆變管可以選擇絕緣柵雙極晶體管IGBT、功率場效應管MOSFEI。續流二極管D7～D12的作用是：當逆變開關管由通狀態變為截止時，雖然電壓突變降為零.但由于電動機線圈的電感作用，儲存在線圈中的電能開始釋放,續流二極管提供通道，維持電流繼續在線圈中流動。另外.當電動機制動時，續流二極管為再生電流提供通道，使其回流到直流電源：電阻R1?R6、電容C1?C6、二極管D13?D18組成的緩沖電路，來保護逆變開關管。由于開關管在開通和關斷時要受集電極電流Ic和集電極與發射極間電壓VcE的沖擊，如圖所示，因此要通過緩沖電路進行緩解。當逆變開關管關斷時，VcE迅速升高，Ic迅速降低，過髙增長率的電壓對逆變開關管造成危害，所以通過在逆變開關管兩端并聯電容C1?C6來減小電壓增長率，當逆變開關管開通時，VcE迅速降低，而Ic則迅速升高，并聯在逆變開關管兩端的電容C1?C6由于電壓降低，將通過逆變開關管放電，這將加速電流Ic的增長率，造成逆變開關管的損壞。所以增加電阻R1～R6限制電容的放電電流。可是當逆變開關管關斷時，該電阻又會阻止電容的充電，為了解決這個矛盾，在電阻兩端并聯二極管D13?D18，使電容在充電時.避開電阻,通過二極管充電，在放電時，通過電阻放電，實現緩沖功能。所以它只適用于中小功率變頻器。2、三相逆變橋的工作原理三相逆變橋的電路簡圖如圖4.12（a）所示，圖中R、Y、B為逆變橋的輸出。4.12（b）是各逆變管的時序其中深色部分表示逆變管導通。從圖4.12(b)可以看出，每一時刻總有3只逆變管導通，另3只逆變管關斷;并且，T1與T4、T2與T5、T3與T6每對逆變管不能同時導通T4YT1T2T3T5T6T1T2T3RBt1t2t3t4t5t6（b）逆變管通斷時序（a）電路簡圖T5T6T4－＋UT4YT1T2T3T5T6T1T2T3RBt1t2t3t4t5t6（b）逆變管通斷時序（a）電路簡圖T5T6T4－＋U圖4.12三相逆變橋工作原理在t1時間段，T1、T3、T5這3只逆變管導通，電機線圈電流的方向是從R到Y和從B到Y(設從R到Y、從Y到B、從B到R為正方向，下同〕，得到線電壓為URY和－UYB。在t2時間段，T1、T5、T6這3只逆變管導通，電機線圈電流的方向是從R到Y和從R到B，得到線電壓為URY和－UBR。在t3時間段，T1、T2、T6這3只逆變管導通，電機線圈電流的方向是從Y到R和從Y到B，得到線電壓為－UBR和UYB。在t4時間段，T2、T4、T6這3只逆變管導通，電機線圈電流的方向是從Y到R和從Y到B，得到線電壓為－URY和UYR。圖4.13逆變輸出線電壓波形因此，只要按圖4.12（b）的規律控制6只逆變管的導通和關斷，就可以把直流電逆變成矩形波三相交流電；而矩形波三相交流電的頻率可在逆變時受到控制。根據電機學理論，交流異步電動機的定子繞組的反電動勢是定子繞組切割旋轉磁場磁力線的結果，其有效值可由下式計算：（4.5）式中K──與電動機結構有關的常數；f──電源頻率；Φ──磁通。而在電源一側，電源電壓的平衡方程式為： （4.6）該式表示.加在電機繞組端的電源電壓一部分產牛感應電動勢，另一部分消耗在阻抗（線圈電阻r和漏電感x上。其中定子電流：（4.7）分成兩部分：少部分（)用于建立主磁場磁通Φ，大部分（)用于產生電磁力帶動機械負載。當交流異步電動機進行變頻調速時，例如頻率f下降.則由式（4.5〕可得E降低；在電源電壓U不變的情況下，根據式〔4.6），定子電流I將增加;此時，如果外負載不變時，不變，由式(4.7)可知，I的增加將使增加，也就是使磁通量Φ增加；裉據式（4.5），Φ的增加又使E增加，達到一個新的平衡點。理論上這種新的平衡對機械特性影響不大；但實際上，由于電動機的磁通容量與電動機的鐵芯大小有關，通常在設計時巳達到最大容量，因此，當磁通量增加時，將產生磁飽和，造成實際磁通量增加不上去，產生電流波形畸變,削弱電磁力矩，影響機械特性。為了解決機械特性下降的問題，一種解決方案是設法維持磁通量恒定不變，即設法使。（4.8）這就要求，當電動機調速改變電源頻率f時，E也應該作相應的變化,來維持它們的比值不變。但實際上，E的大小無法進行控制。由于在阻抗上產生的壓降相對于加在繞組端的電源電壓U很小，如果略去的話，則式(4.3)可簡化成：（4.9）這說明可以用加在繞組端的電源電壓U來近似地代替E。調節電壓U，使其跟隨頻率f的變化，從而達到使磁通量恒定不變的目的，即：（4.10）所以在變頻的同時也要變壓，如果頻率從f調到fx，則電壓U也要調到Ux。用頻率調節比Kf表示頻率的變化，用電壓調節比Ku表示電壓的變化，則它們分別可表示為：（4.11）（4.12）式中fn──電動機的額定頻率；Un──電動機的額定電壓。要使磁通量保持近似恒定,就要使（4.13）示波器圖4.14示波器實物圖表4.6示波器技術參數帶寬100MHZ和200MHZ型號通道數量2條或4條模擬通道；外加16條數字通道（MSO）記錄長度所有通道上標配1M記錄長度采樣率所有通道上高達1GS/s的采樣率顯示器178mm大型TPT寬屏其他特點前端USB端口，可移動數據存儲選配LAN、GP1B和視頻輸出連接12C、SPI、CAN、LIN、RS-232/422/485/UART串行觸發和分析選項并行總線解碼和出啊發（MSO）多通道建立時間和保持時間觸發（MSO）示波器主要對發電機進行動態測量，觀察發電機在各種工況下電壓波形的變化。4.2.2發電機的測試電路設計發電機的測試需要用一臺功率與發動機功率相等的調速電動機，通過調速電動機代替發動機帶動發電機轉動。調速電動機的調速范圍必須適合發電機的轉速范圍。測試電路如圖所示：圖4.15發電機測試電路圖4.2.3發電機的測試發電機的實驗包括：1、空載性能實驗、2負載性能試驗3、調節器性能試驗。(1)空載性能實驗是零電流試驗，測試空在狀態下發電機轉速下降過程中停止發電時的轉速；起始充電時的轉速試驗，測試空載狀態下發電機開始發電時的轉速。(2）負載性能測試根據所加負載的大小從發電機的怠速到全分為四個不同工況的實驗項目，模擬發電機在汽車各種工況下的發電性能。(3）調節器性能測試分為調節器電壓特性、調節器轉速特性和調節器負載特性三個實驗，測試調節器在不同轉速和不同負載的情況下調節電壓的能力和調節精度。表4.5發電機主要技術性能參考值發電機型號額定電壓空載轉速額定電流額定轉速使用車型JFZ1913Z141050906000桑塔納奧迪JFZ1512Z141050556000廣州標致JFZ2518281150275000切諾基JFZ1714141000456000依維柯JF13A141000253500NJ1060通過測試數據與參考值的對比，進行分析得出結論。判斷出發電機的各項性能指標。4.2.4發電機測試的操作步驟發電機測試實驗的操作過程：1、輸出特性實驗主要測量發電機輸出電壓保持一定時，其電流與轉速的關系。第一步：將待測發電機安裝在龍門夾具上固定。第二步：將測試部分設備電流表、調速控制器進行調零校正。第三步：將發電機進行線路連接，經檢查后通電測試，電壓值保持一定。調節調速電動機轉速。第四步：將調速電動機與發電機連接。第五步：經檢查無誤后通電，測試發電機一定電壓時的電流、轉速。2、空載特性實驗主要測量發電機空載時的電壓、轉速變化關系。其操作方法同上相同，主要是調節調速電機轉速來觀察電壓值的變化。3、外特性實驗在發電機的電流輸出電路中連接滑動變阻箱，進行負載調節，觀察轉速一定時調節變阻器對輸出電流的變化關系并記錄分析。4.3本章小結本章主要對實驗臺的傳動方案設計和測試設計，對選用設備的參數進行計算，通過各個試驗設備的布局固定后，進行測試并作出數據記錄與分析。實驗臺能夠滿足對起動機、發電機的各項性能測試的要求。結論本次畢業設計是以起動機、發電機測試系統為研究對象，通過對起動機、發電機的原理電路結構和形式進行分析后，對實驗臺、測試電路、實驗設備進行設備選擇與設計計算。并繪制了試驗臺架圖、測試電路原理圖和零件圖。通過以上設計成果，我得出了本次設計的以下幾點總結：1.實驗臺能進行起動機特性測試、發電機性能測試。2.實驗臺主要能夠服務于教學工作，通過設計能夠達到教學實驗要求的水平，學生能夠通過實驗得出結論，進行分析。3.實驗臺測試出的數據通過與額定值對比，誤差值小，精度上能夠達到一定要求。4.學生通過對實驗臺的操作，能夠加深對起動機、發電機的結構原理的理解。此次畢業設計總結為是一種創新設計，通過查閱大量的有關汽車實驗臺統資料后，使我學到了很多先進的電路測試系統的相關知識，這對我設計的課題起到了十分重要的作用，給予了我很大幫助。當然，此次設計并不能稱得上是最好的設計，但在某種程度上解決了實驗室實驗設備操作的一些問題。實驗臺主要的測試性能通過實驗能夠完美的體現出來，實驗臺的簡單易操作性具有明顯的優勢。參考文獻[1].李涵武，鄭德林，汽車電器于電子技術[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社2003.[2].杜康，黃余平，汽車電系檢修圖冊[M].北京：人民交通出版社2003.11.[3].于萬海，鄭德林，高洪一，汽車電氣設備原理于檢修[M].北京：電子工業出版社，2005.2.[4].趙福堂，汽車電器設備與維修實訓[M].北京：中央廣播電視大學出版社，2006.[5].湯姆.德恩頓，魯植雄，汽車電氣與電子系統[M].江蘇：江蘇科學技術出版社，2005.1.[6].張建俊，汽車診斷與檢測技術[M].北京：人民交通出版社，2003.[7].何丹婭.汽車電氣與電子設備[M].北京：人民交通出版社，1998.[8].邊煥鶴.汽車電器與電子設備[M].北京：人民交通出版社，1997.[9].李東江.現代汽車電器設備[M].北京：機械工業出版社，1999.[10].崔靖，周忠川.汽車綜合性能檢測[M].上海：上海科學技術文獻出版社，2000.[11].中國機械工業教育協會.汽車檢測與維修[M].北京：機械工業出版社，2001.[12].毛峰.汽車電器[M].北京：機械工業出版社，2003.[13].孫余凱，項琦明.汽車電器識圖技巧[M].北京：人民郵電出版社，2003.[14].YangChun2hua.AStarterTestingSystemBasedonFuzzyPIDControl[J].ControlTheoryandapplications,1999,16(6).[15].ChoC.P.JohnstonR.H.Electricmotorsinvehicleapplica2tions[A].VehicleElectronicsConference,ProceedingsoftheIEEEinternational,1999,(1):193-198.[16].吳基安.汽車電路識圖與檢修[M].北京：電子工業出版社，2004.[17].申榮衛.汽車電子技術[M].北京：機械工業出版社，2002..[18].陳渝光主編.汽車電器與電子設備[M].北京：機械工業出版社，2003.[19].馮淵主.汽車電工與電子技術基礎[M].北京：機械工業出版社，2002.致謝轉眼間，近一學期的畢業設計就要結束了，畢業設計是專業教學計劃中的最后一個教學環節，也是理論聯系實際，實踐性很強的一個教學環節。通過這樣的一個教學環節，一方面培養學生能夠獨立運用所學的知識與技能解決本專業范圍內一項有實際意義的設計制造、科研實驗、生產管理等課題；另一方面也是培養學生綜合分析問題的能力，獨立解決問題的能力，為畢業后參加工作打下良好的基礎。在設計期間遇到了很多具體問題，通過老師和同學們的幫助，這些問題得以即使的解決。我特別要感謝齊益強指導老師，他給了我大量的指導，并為我們提供了良好的實習環境，讓我學到了知識，掌握了設計的方法，也獲得了實踐鍛煉的機會。在我遇到困難的時候齊益強老師總是能耐心的幫我解答，并且讓我參觀與運用實物進行設計，了解其結構及工作原理，為我能順利完成畢業設計提供了非常必要的幫助。在此對齊益強老師的幫助表示最誠摯的謝意。進行了畢業設計后，離畢業的日子也就不遠了，能夠圓滿完成畢業設計是我們所有畢業生的心愿，這必將為大學時代美好的回憶，同時更能帶給我們成就感，使自己面對今后的工作時更加有信心。這次畢業設計的收獲是巨大的，這不僅僅是由于自己的努力，更重要的還有指導老師、以及同學們的幫助，在此我再次向幫助過我的人表示深深的謝意。附錄A實驗一：起動機特性測試試驗一.實驗目的1．熟悉起動機各部件，掌握起動機的拆裝方法和順序，正確使用拆裝工具；2．通過拆裝起動機，進一步鞏固對起動機工作原理的理解，要求能清楚地說出每個零部件的作用；3．了解起動機各零部件的技術要求，掌握各零部件的測試方法；4．學會使用電氣萬能實驗臺對起動機進行檢測；5．能夠根據相關的標準對檢測結果做出正確的結論。二.主要設備1．QD1229起動機三個、扳手、2．嘴鉗三把3．萬用表、電流表、電壓表各三個、4．短路繞組測試儀，偏擺儀、卡尺秤若干游標卡尺、厚薄規各一，00號砂紙5．萬能實驗臺一臺，起動機、蓄電池各一6．一字起子、十字起子、尖嘴鉗、扭力扳手各一，開口扳手一套，臺鉗一架；三.實驗原理起動機主要由直流串勵式電動機（產生轉矩,將蓄電池輸入的電能轉換為機械運動）、傳動機構(嚙合機構)和電磁開關）起動機的控制裝置，控制電路的通斷）組成。四.實驗步驟（一）不解體檢測1、QD121型起動機驅動齒輪與限位環間隙為4.5±1mm，驅動齒輪端面與端蓋凸緣距離為32~34mm。

2、以QD124型起動機為例，空轉試驗時，電壓12V，起動機轉速不低于5000r/min，電流不大于90A；全制動試驗時，電壓8V，電流不大于650A，扭矩不小于29.4N·m。（二）起動機的分解塔納系列轎車所用的QD1229起動機分解步驟為例，其結構如圖所示。圖A1QD1229起動機的分解1—起動機總成2—磁場線圈固定螺栓3—起動機固定螺栓4—彈性墊圈5一螺母6一端益連接螺栓7—墊圈8—電刷架9—電刷端蓋10—寸套11—墊片組件12一村套座13一彈性墊圈14一螺釘18一彈簧墊圈19一電磁開關端蓋20—電磁開關總成21—墊塊及密封圈22—螺母23—彈性墊圈24一電磁開關活動接住中間支撐盤25—撥叉軸26—傳動軸27—驅動端端蓋28—