汽车电工电子 课件 项目3任务六 拆装与检修三相异步电动机

项目3认知交流电路与检测电子元件和设备

任务一

拆装与检修三相异步电动机汽车电工电子

中国工信出版集团·电子工业出版社职业教育汽车类专业核心课程系列教材《汽车电工电子》教材编写组知识目标：1．了解三相异步电动机的结构；2．了解三相异步电动机的工作原理；3．理解异步电动机旋转磁场产生的机理及异步的原因；4．掌握计算电动机的磁极对数及转差率的方法。能力目标：能熟练地进行三相异步电动机的拆装与检修。情感目标：1．树立安全意识，增强职业认同感；2．树立团队协作意识，增强交流沟通能力。任务导入任务准备任务实施任务评价任务拓展学习总结学习目标拆装与检修三相异步电动机巩固提升现有一台三相异步电动机，由于故障原因无法启动，请你利用学到的知识及技能，检修此台三相异步电动机，保证其正常运转。任务导入任务准备任务实施任务评价任务拓展学习总结学习目标巩固提升拆装与检修三相异步电动机一、三相异步电动机的结构电动机是将电能转换成机械能的旋转机械，三相异步电动机（其外观如图3-89所示）具有结构简单、运行可靠、价格便宜、过载能力强及使用、安装、维护方便等优点，被广泛应用于各个领域，比如新能源汽车的驱动电机。同时三相异步电动机也存在调速困难，功率因数低的问题。三相异步电动机（见图3-90）由两个基本部分组成：定子和转子。定子和转子之间有一个很小的气隙（中、小型异步电动机的气隙一般为0.2～1.5mm）。此外，还有端盖、轴承、风扇和接线盒等零部件。任务导入任务准备任务实施任务评价任务拓展学习总结学习目标巩固提升拆装与检修三相异步电动机1．定子定子是电动机的固定部分，由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成。（1）定子铁芯。定子铁芯的作用是安放定子绕组，并作为三相异步电动机主磁通磁路的一部分。为了减少旋转磁场在铁芯中引起的涡流损耗和磁滞损耗，定子铁芯用导磁性较好、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。为了嵌放定子绕组，在定子铁芯内圆开有均匀分布的槽，常见的槽型有半闭口槽、半开口槽和开口槽等。图3-91所示是三相异步电动机的定子铁芯，定子铁芯与转子铁芯之间留有气隙。任务导入任务准备任务实施任务评价任务拓展学习总结学习目标巩固提升拆装与检修三相异步电动机定子绕组（见图3-92）用来接入三相交流电源，定子绕组中流过交流电，就会在定子铁芯中产生旋转磁场。每相绕组由若干个绝缘良好的线圈组嵌放在槽内，按一定规律连接而成，在槽内的布置可以是单层的，也可以是双层的，绕组与槽壁间及两层绕组间都须用绝缘隔开，以免电动机在运行时绕组出现击穿或短路故障。（3）机座。机座的作用是支撑定子铁芯，转子通过轴承、端盖固定在机座上，所以要求其有足够的机械强度。中、小型电机一般采用铸铁机座，而大容量电机采用钢板焊接机座。为了增加散热能力，一般封闭式机座表面都装有散热筋，防护式机座两侧开有通风孔。任务导入任务准备任务实施任务评价任务拓展学习总结学习目标巩固提升拆装与检修三相异步电动机2．转子转子是三相异步电动机的转动部分，由转子铁芯、转子绕组、端环（短路环）和转轴四部分组成。其主要作用是产生转子电流，即产生电磁转矩。转子结构如图3-93所示。（1）转子铁芯。转子铁芯是组成电动机主磁路的一部分，其作用是安放转子绕组。它由外圆开有均匀槽口、互相绝缘的硅钢片叠压而成。中、小型电动机的转子铁芯一般都直接固定在转轴上，而大型电动机的转子则套在转子支架上，然后让支架固定在转轴上。任务导入任务准备任务实施任务评价任务拓展学习总结学习目标巩固提升拆装与检修三相异步电动机（2）转子绕组。最常见的三相异步电动机转子绕组为鼠笼式转子绕组，它由很多根的导条（铝条或铜条）镶嵌在转子铁芯上，金属条的两端与短路环焊接在一起，构成一个类似鼠笼的结构，所以称之为鼠笼式转子绕组，如图3-94所示。有的三相异步电动机转子绕组也为绕线式转子绕组。（3）转轴转轴的作用是支撑转子铁芯，输出转矩，所以其必须有足够的机械强度和刚度，以防断裂，同时应保证气隙均匀。转轴一般用中碳钢制成，轴伸出端有键槽，用来固定皮带轮或联轴器。任务导入任务准备任务实施任务评价任务拓展学习总结学习目标巩固提升拆装与检修三相异步电动机二、三相异步电动机的工作原理1．三相异步电动机的工作原理对称定子三相绕组通入对称三相交流电，电能转化为磁场能，产生旋转磁场，磁场切割转子绕组，转子绕组产生感应电动势和感应电流，转子绕组在磁场中受到电磁力的作用，转子旋转，对外输出机械能。2．旋转磁场产生旋转的磁铁就会产生旋转磁场，旋转的磁场会对放置在磁场中的金属导体有安培力的作用并使其旋转起来，如图3-95所示。当摇动手柄使磁铁旋转时，下面的闭合铝框也跟着旋转起来，但不同步。任务导入任务准备任务实施任务评价任务拓展学习总结学习目标巩固提升拆装与检修三相异步电动机任务导入任务准备任务实施任务评价任务拓展学习总结学习目标巩固提升拆装与检修三相异步电动机假设每相绕组只有一个线匝，分别嵌放在定子内圆周的6个凹槽中。现将三相绕组的末端X、Y、Z相连，首端A、B、C接三相交流电源。且三相绕组分别叫作A、B、C相绕组。如图3-97所示。（1）当t=0时的磁场分布。t=0，iA=0，iB为负，电流实际方向与正方向相反，电流从Y端流到B端；iC为正，电流实际方向与正方向一致，电流从C端流到Z端。按右手螺旋法，确定三相电流产生的合成磁场如图3-98（a）箭头所示，产生一个从上到下、经过转子的磁场。（2）当t=T/6时的磁场分布。t=T/6，iC=0，iB为负，电流实际方向与正方向相反，电流从Y端流到B端；iA为正，电流实际方向与正方向一致，电流从A端流到X端。按右手螺旋法，确定三相电流产生的合成磁场如图3-98（b）箭头所示，产生一个从右上到左下、经过转子的磁场。任务导入任务准备任务实施任务评价任务拓展学习总结学习目标巩固提升拆装与检修三相异步电动机（3）当t=T/3时的磁场分布。t=T/3，iB=0，iC为负，电流实际方向与正方向相反，电流从Z端流到C端；iA为正，电流实际方向与正方向一致，电流从A端流到X端。按右手螺旋法，确定三相电流产生的合成磁场如图3-98（c）箭头所示，产生一个从右下到左上、经过转子的磁场。（4）当t=T/2时的磁场分布。t=T/2，iA=0，iC为负，电流实际方向与正方向相反，电流从Z端流到C端；iB为正，电流实际方向与正方向一致，电流从B端流到Y端。按右手螺旋法，确定三相电流产生的合成磁场如图3-98（d）箭头所示，产生一个从下到上、经过转子的磁场。任务导入任务准备任务实施任务评价任务拓展学习总结学习目标巩固提升拆装与检修三相异步电动机从以上分析可以看出：当三相电流随时间不断变化时，合成磁场也在不断旋转，故称旋转磁场。这个旋转磁场，就会经过转子绕组，转子绕组就会感应磁通量的变化，依据楞次定律，转子绕组就会产生不断变化的感应电动势和感应电流来阻碍定子绕组旋转磁场的变化，感应电流产生安培力，推动转子旋转。3．旋转磁场的旋转方向A相绕组内的电流超前B相绕组内的电流2π/3，而B相绕组内的电流又超前C相绕组内的电流2π/3，三相交流电的相序为A→B→C，旋转磁场的旋转方向也为A→B→C，即按顺时针方向旋转。如果将定子绕组接至电源的三根导线中的任意两根对调，例如，将B、C两根导线对调，使B相与C相绕组中电流的相位对调，如图3-99所示。任务导入任务准备任务实施任务评价任务拓展学习总结学习目标巩固提升拆装与检修三相异步电动机此时A相绕组内的电流超前C相绕组内的电流2π/3，而C相绕组内的电流又超前B相绕组内的电流2π/3，用上述分析方法可知，此时旋转磁场的旋转方向将变为A→C→B，即按逆时针方向旋转，如图3-100所示，即与未对调前的旋转方向相反。与B、C两根导线对调同理，如果将A、B或A、C两根导线对调，也会导致电动机与对调前的旋转方向相反。由此可见，要想改变旋转磁场的旋转方向，只要改变连接三相异步电动机的三相电源任意两个电源的顺序即可调整旋转磁场的旋转方向，进而调节电动机的正反转。任务导入任务准备任务实施任务评价任务拓展学习总结学习目标巩固提升拆装与检修三相异步电动机4．旋转磁场的极数与磁场旋转速度综上所述，在电动机内部相隔120°（2π/3）均匀分布的三个线圈中通入三相对称电流时，便产生了一个有一对磁极（一个N极，一个S极）的旋转磁场，所以，也叫二极旋转磁场。三相交流电流变化T/2周期（180°），两极旋转磁场旋转半周180°（π）。二极旋转磁场如图3-101所示。在交流电动机中，旋转磁场相对定子的旋转速度称为同步速度，用n0表示。通常磁场的转速都按照每分钟多少转计算，如果交流电的频率为f，则磁场的转速n0=60f（单位：r/min）。以上讨论的旋转磁场具有一对磁极（磁极对数用p表示），即p=1。从上述分析可以看出，电流变化一个周期（变化360°电角度），旋转磁场在空间也旋转了一圈（转了360°机械角度），若电流的频率为f，旋转磁场每分钟旋转60f转，即n0=60f。任务导入任务准备任务实施任务评价任务拓展学习总结学习目标巩固提升拆装与检修三相异步电动机如果把定子铁芯的槽数增加1倍（12个槽），制成如图3-102、图3-103所示的三相绕组。其中，每相绕组由两个部分串联组成，再将这三相绕组接到对称三相电源上，并通入对称三相电流，便产生具有两对磁极（p=2）的四极旋转磁场（N1、S1、N2、S2）。电流变化T/2周期（变化180°电角度），旋转磁场在空间只旋转了1/4周（转了90°机械角度），如图3-103所示，所以，其旋转磁场的转速为n0=60f/2。任务导入任务准备任务实施任务评价任务拓展学习总结学习目标巩固提升拆装与检修三相异步电动机任务导入任务准备任务实施任务评价任务拓展学习总结学习目标巩固提升拆装与检修三相异步电动机在我国交流电频率为50Hz，因此对应于不同磁极对数的旋转磁场与转速的关系如表3-16所示。任务导入任务准备任务实施任务评价任务拓展学习总结学习目标巩固提升拆装与检修三相异步电动机5．三相异步电动机异步原因当在三相异步电动机的转子内按照U、V、W相序通入三相交流电，就会产生顺时针方向转动且转速为n0=60f/p的磁场，按照相对运动的原理，类似磁场不同，转子内的绕组按照同速度逆时针方向切割磁场的磁力线，因为转子内的各导线是短路的，所以，导体产生感应电流，感应电流的方向用右手定则判断。转子导体中的感应电流与定子磁场相互作用，导体会受到安培力（电磁力）作用，方向用左手定则判定，安培力对转子产生一个电磁转矩，使转子沿着磁场力的方向旋转（转子转向与磁场旋转方向相同），克服机械负载对转轴的阻转矩，输出机械功率。三相异步电动机在正常工作时，转子的转速n不可能等于旋转磁场的转速n0，而是要略小于旋转磁场的转速n0，它们之间的差值，称为转速差。转速差与磁场同步转速的比值称为转差率S（

）。三相异步电动机的转差率很小，一般为1%～9%，转差率越小，跟随性越好，转子转速越接近于磁场转速。但转子转速绝对不能等于磁场转速，如果相等，则转子与磁场就不会产生相对运动，导体就不会切割磁感线，不能产生安培力，电动机也不会运动，这也就是三相交流电动机为异步电动机的根本原因，即转子转速不能与旋转磁场转速同步。任务导入任务准备任务实施任务评价任务拓展学习总结学习目标巩固提升一、实施条件1．常用的拆装工具及检测工具4套，三相异步电动机4台。2．万用表、绝缘测试仪各4台。二、实施计划1．使用拆装工具，规范拆专电动机。2．使用卡尺检查轴承的磨损状况。3．使用万用表检测绕组的电路及短路状况。4．使用绝缘测试仪测试绕组的绝缘状况。5．会连接电动机线路并试运转。任务导入任务准备任务实施任务评价任务拓展学习总结学习目标巩固提升任务导入任务准备任务实施任务评价任务拓展学习总结学习目标巩固提升学生学习情况评价表考核项目评分标准分值学生

自评

（20%）小组

互评

（30%）教师

评价

（50%）小计知识目标三相异步电动机的结构会叙述10

三相异步电动机的工作原理会叙述10

异步电动机旋转磁场产生的机理及异步的原因会叙述20

计算电动机的磁极对数及转差率会计算10

技能目标拆装及检修三相异步电动机会拆装及检修25

素养目标安全、规范操作无不安全行为和隐患5

对问题的质疑和创新性能提出问题，并具有创新性思维和创新性举动

5

劳动精神、工匠精神、劳模精神吃苦耐劳、严谨规范、不计较个人得失5

劳动纪律严格遵守5

团队合作和谐5

总分100

教师签名：

年

月

日得分1．三相异步电动机的启动三相异步电动机接通电源，其内部产生旋转磁场，使电动机的转子从静止状态到转子以一定速度稳定运行的过程称为电动机的启动过程。启动电动机时要考虑四个“尽量”，即启动电流尽量小、启动时间尽量短、启动转矩尽量大、转速提升尽量稳，还得保证启动实现方案简