【課件】2-2三相異步驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與檢修

項目2新能源汽車驅(qū)動電機檢修任務1直流驅(qū)動電機結(jié)構(gòu)與檢修任務導入某款搭載三相交流異步電機的純電動汽車行駛約40000公里之后，車主到店反應車輛行駛過程中，前艙有異響，減速制動及上坡時尤為明顯，但是儀表無故障燈提示。經(jīng)反復試車，維修技術(shù)主管判定電機內(nèi)部軸承或線圈可能有損傷，告知維修技師需拆卸開電機進一步檢查。假如你是該維修技師，你知道如何安全、規(guī)范地拆裝三相交流異步電機嗎？新能源汽車驅(qū)動電機及控制系統(tǒng)檢修1.了解三相異步電機的概念。2.掌握三相異步電機的結(jié)構(gòu)組成。3.掌握三相異步電機的運行原理。4.能夠掌握三相交流異步電機拆裝注意事項。5.熟練拆卸和安裝三相異步電機。6.認真嚴謹、積極主動。安全生產(chǎn)，文明施工。7.獲得分析問題和解決問題的基本方法。任務目標01/02/三相異步電機的結(jié)構(gòu)三相異步電機的概念CONTENT03/三相異步電機的工作原理目錄新授Newlesson01PARTONE一、三相異步電機的概念異步電機具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、工作可靠、免維護和效率高的優(yōu)點，是各類電機中應用最廣、需求量最大的一種,在電動汽車上被廣泛使用。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)來分，異步電機可分為籠型和繞線型；按定子繞組相數(shù)來分，可分為單相和三相。在新能源汽車中，籠型異步電動機應用較為廣泛。交流異步電機也稱交流感應電機，由于其采用交流電，也稱三相異步電機。三相異步電機利用氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組的相互作用產(chǎn)生交互電磁轉(zhuǎn)矩，帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為機械能。一、三相異步電機的概念異步電動機的控制系統(tǒng)采用矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制的方式。矢量控制直接轉(zhuǎn)矩控制基于矢量控制理論建立的交流電動機動態(tài)控制數(shù)學模型的控制方法，需要解耦定子電流成獨立的磁鏈分量和轉(zhuǎn)矩分量，對動態(tài)數(shù)模的準確度和算法精度要求高。但有可實現(xiàn)零轉(zhuǎn)速起的寬廣的調(diào)速范圍、高的響應速度、高的精準控制和電機加速性能好等優(yōu)點。直接轉(zhuǎn)矩控制是將電機輸出轉(zhuǎn)矩作為控制對象，通過控制定子磁場向量來控制電機轉(zhuǎn)速，不需要復雜準確的數(shù)學模型和矢量分解的坐標變換。具有控制精度較高、系統(tǒng)性能對轉(zhuǎn)子參數(shù)呈魯棒性和控制簡便性能優(yōu)越的特點。二、三相異步電機的結(jié)構(gòu)三相異步電機的種類很多，但各類三相異步電機的基本結(jié)構(gòu)是相同的，它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承、風扇、罩殼、接線盒、吊環(huán)等其他附件，結(jié)構(gòu)如圖所示。三相異步電機的結(jié)構(gòu)2轉(zhuǎn)子二、三相異步電機的結(jié)構(gòu)定子1機座是電動機的支架，主要用于支承鐵心并且固定端蓋。中小型異步電動機的機座一般用鑄鐵制成，有的小型機采用鋁合金鑄成。封閉式電動機機座外表有散熱片，防護式電動機機座兩側(cè)開有通風孔，便于散熱。機座內(nèi)腔是一個圓柱形的空間，用來安裝定子鐵心、定子繞組以及整個轉(zhuǎn)子。（1）機座定子是電動機的固定部分，用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，主要由機座、定子鐵芯、定子繞組等組成。二、三相異步電機的結(jié)構(gòu)定子1定子鐵芯是電動機磁路的一部分，由沖成圓環(huán)形、厚度為0.35~0.5mm的硅鋼片疊壓而成的。定子沖片采用硅鋼片，是因為硅鋼片導磁性能好、鐵耗小。硅鋼片表面涂有絕緣漆，使各片之間互相絕緣，以減小鐵心的渦流損失。小容量電動機的鋼硅片利用其表面氧化層作為片間絕緣。定子鐵芯呈圓柱形，內(nèi)圓均勻地沖有與軸平行的槽，在鐵心疊壓以后形成定子槽，以便嵌入定子繞組。（2）定子鐵芯

定子鐵芯

定子沖片二、三相異步電機的結(jié)構(gòu)定子1定子鐵芯的槽型有以下幾種：電動機的效率和功率因數(shù)較高，但繞組嵌線和絕緣都較困難。一般用于小型低壓電機中。1）半閉口型槽可嵌放成型繞組，一般用于大型、中型低壓電機。所謂成型繞組即繞組可事先經(jīng)過絕緣處理后再放入槽內(nèi)。2）半開口型槽用以嵌放成型繞組，絕緣方法方便，主要用在高壓電機中。3）開口型槽二、三相異步電機的結(jié)構(gòu)定子1（3）定子繞組定子繞組是三相異步電機的電路部分，通入三相對稱交流電流時，就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。定子繞組通常由涂有絕緣漆的銅線繞制而成，再將繞制好的銅線按一定的規(guī)律嵌入定子鐵芯的小槽內(nèi)，具體見如圖中的放大部分。三相異步電機互差120°的3組繞組二、三相異步電機的結(jié)構(gòu)定子1（3）定子繞組繞組嵌入小槽后，按一定的方法將槽內(nèi)的繞組連接起來，使整個鐵芯內(nèi)的繞組構(gòu)成U、V、W三相繞組，三個繞組在空間互相間隔120°，再將三相繞組的首、末端引出來，接到接線盒的U1、U2、V1、V2、W1、W2接線柱上。這六個出線端在接線盒里的排列可以接成星形或三角形。電動機接線盒內(nèi)有6個接線端二、三相異步電機的結(jié)構(gòu)定子1（3）定子繞組

定子繞組按星形接法接線定子繞組按三角形接法接線二、三相異步電機的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子2轉(zhuǎn)子鐵芯是由很多外圓開有小槽的硅鋼片疊在一起構(gòu)成的，小槽用來放置轉(zhuǎn)子繞組。右圖為由硅鋼片疊成的轉(zhuǎn)子鐵芯。（1）轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)子是電動機的運轉(zhuǎn)部分，由鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。二、三相異步電機的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子2（2）轉(zhuǎn)子繞組籠型轉(zhuǎn)子繞組是在轉(zhuǎn)子鐵芯小槽中放入金屬導條，再在鐵芯兩端用導環(huán)將各導條連接起來，這樣任意一根導條與它對應的導條通過兩端導環(huán)就構(gòu)成一個閉合的繞組，由于這種繞組形似籠子，因此稱為籠型轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子繞組嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯的小槽中，轉(zhuǎn)子繞組可分為籠型轉(zhuǎn)子繞組和線繞型轉(zhuǎn)子繞組，對應的電機分別稱為籠型異步電機和線繞型異步電機。二、三相異步電機的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子2（2）轉(zhuǎn)子繞組籠型轉(zhuǎn)子繞組有銅條轉(zhuǎn)子繞組和鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組兩種，如圖所示。銅條轉(zhuǎn)子繞組是在轉(zhuǎn)子鐵芯的小槽內(nèi)放入銅導條，然后在兩端用金屬端環(huán)將它們焊接起來。而鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組則是用澆鑄的方法在鐵芯上澆鑄處鋁導條、端環(huán)和風葉。銅條轉(zhuǎn)子繞組鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組二、三相異步電機的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子2（2）轉(zhuǎn)子繞組線繞型轉(zhuǎn)子繞組是在轉(zhuǎn)子鐵芯中按一定的規(guī)律嵌入用絕緣導線繞制好的繞組，然后將繞組按三角形或星形接法接好，大多數(shù)按星形方式接線。調(diào)節(jié)變阻器可以改變轉(zhuǎn)子繞組回路的電阻，以此來改變繞組的電流，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。線繞式轉(zhuǎn)子繞組二、三相異步電機的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子2（3）轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸嵌套在轉(zhuǎn)子鐵芯的中間。當定子繞組通三相交流電后會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子繞組受旋轉(zhuǎn)磁場作用而旋轉(zhuǎn)，它通過轉(zhuǎn)子鐵芯帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，將動力從轉(zhuǎn)軸傳遞出來。二、三相異步電機的結(jié)構(gòu)其他部分3其他部分包括軸承、風扇等。風扇是用來通風冷卻電機的。三相異步電機的定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙，一般僅為0.2~1.5mm，氣隙不能太大，氣隙大時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩小，會使電機運行時的功率因數(shù)降低。但也不能太小，氣隙太小時會導致裝配困難，如果內(nèi)有異物或轉(zhuǎn)軸有撓度時容易卡堵(掃膛)，運行不可靠，高次諧波磁場增強，引起附加損耗以及起動性變差。三、三相異步電機的工作原理基本原理1為了說明三相異步電動機的工作原理，可以做如下演示實驗。三相異步電動機的工作原理三、三相異步電機的工作原理基本原理1在裝有手柄的蹄形磁鐵的兩極間放置一個閉合導體，當轉(zhuǎn)動手柄帶動蹄形磁鐵旋轉(zhuǎn)時，將發(fā)現(xiàn)導體也隨著旋轉(zhuǎn)；若改變磁鐵的轉(zhuǎn)向，則導體的轉(zhuǎn)向也隨著改變。（1）演示實驗當磁鐵旋轉(zhuǎn)時，磁鐵與閉合的導體發(fā)生相對運動，籠型導體切割磁力線而在其內(nèi)部產(chǎn)生感應電動勢和感應電流。感應電流又使導體受到一個電磁力的作用，于是導體就沿磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動起來，這就是異步電動機的基本原理。（2）現(xiàn)象解釋想要異步電動機旋轉(zhuǎn)，必須有旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組。（3）結(jié)論三、三相異步電機的工作原理旋轉(zhuǎn)磁場2（1）旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生如圖表示最簡單的三相定子繞組AX、BY、CZ，它們在空間按互差120°的規(guī)律對稱排列，并接成星形與三相電源U、V、W相聯(lián)。三相異步電機定子接線三、三相異步電機的工作原理旋轉(zhuǎn)磁場2（1）旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生隨著三相對稱電流在定子繞組中通過，旋轉(zhuǎn)磁場就會產(chǎn)生，如圖所示。旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生三、三相異步電機的工作原理旋轉(zhuǎn)磁場2（2）旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相繞組中的電流相序決定的，若想改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向，只需改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線中的任意兩根對調(diào)即可。三、三相異步電機的工作原理三相交流異步電機的驅(qū)動工作原理3（1）定子提供旋轉(zhuǎn)磁場交流異步電機要進入驅(qū)動工況提供扭矩，就需要在定子線圈中通入三相交流電，產(chǎn)生不斷旋轉(zhuǎn)的磁場（磁場轉(zhuǎn)速為）。交流異步電機要求定子三相繞組必須對稱，并且定子鐵心空間上互差120度電角度；通入三相對稱繞組的電流也必須對稱，且大小、頻率相同，相位相差120度。三、三相異步電機的工作原理三相交流異步電機的驅(qū)動工作原理3并勵直流電動機的電氣原理

：為旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（也稱同步轉(zhuǎn)速），單位是r/min；f：為三相交流電頻率，單位是Hz；p：為磁極對數(shù)，已經(jīng)設計定型開始生產(chǎn)的驅(qū)動電機，磁級對數(shù)已經(jīng)確定。因此決定磁場旋轉(zhuǎn)速度的因素為三相交流電頻率。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速公式為:三、三相異步電機的工作原理三相交流異步電機的驅(qū)動工作原理3（2）籠型轉(zhuǎn)子提供感應渦流由于定子提供旋轉(zhuǎn)的磁場，籠型轉(zhuǎn)子導體上感應出電渦流，如圖所示。在籠型繞組導體c和b之間的導磁區(qū)域內(nèi)，有向外的磁力線，并且該磁力線在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下增強，因此，導體c、b上會感應出電渦流；同理，導體a和導體b區(qū)域內(nèi)減弱的磁力線會在導體上感應出電渦流?；\型轉(zhuǎn)子繞組中的電渦流三、三相異步電機的工作原理三相交流異步電機的發(fā)電工作原理4在交流異步電機中，電動機作為發(fā)電機時，定子中的通入三相電流為激磁電流，提供磁場，轉(zhuǎn)子上繞組提供導體，當通過外部機械力，比如汽車驅(qū)動軸帶動轉(zhuǎn)子軸，從而帶動轉(zhuǎn)子運動時，如果轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)速高于定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，此時交流異步電機即為發(fā)電機。轉(zhuǎn)子此時切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向與作為驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子工作時相反，因而轉(zhuǎn)子感應電動勢的方向也相反。在發(fā)電過程中，電機轉(zhuǎn)子受到與外力拖動相反的電磁阻力矩，使轉(zhuǎn)子速度下降。根據(jù)法拉第電磁感應定律，閉合電路中的一部分導體在磁場里進行切割磁感線的運動時，導體中就會產(chǎn)生感應電流，產(chǎn)生的電動勢稱為感應電動勢。三、三相異步電機的工作原理三相交流異步電機的優(yōu)缺點5三相交流異步電機的缺點：

電機由于單邊勵磁，啟動電流較大，產(chǎn)生單位轉(zhuǎn)矩需要的電流較大，而且定子中存在無功勵磁電流，因此能耗比永磁同步電機大，功率因數(shù)滯后。

重載驅(qū)動時常出現(xiàn)過負荷現(xiàn)象；結(jié)構(gòu)相對復雜，其控制技術(shù)要求高，制造成本高；功率密度相對低。三相交流異步電機的優(yōu)點：

輸出扭矩可以在大范圍內(nèi)調(diào)整；

能在加速或者爬坡時短時間內(nèi)強制提高輸出扭矩；

永磁同步電機的電驅(qū)動汽車通常通過增加齒輪箱機構(gòu)來增加扭矩以提升速度。優(yōu)缺點實訓PracticalTraining02PARTTWO任務實施實訓準備序號設備及工具圖片設備及工具名稱數(shù)量設備及工具是否完好1

□是□否2

□是□否3

□是□否4

□是□否5

□是□否6

□是□否7

□是□否8

□是□否質(zhì)檢意見原因：□是□否任務實施姓名

班級（專業(yè)）

完成日期

實訓任務1：三相異步電機的拆卸序號操作步驟記錄完成情況1拆開配電箱外殼拆卸工具：已完成□未完成□2取出電線注意事項：已完成□未完成□任務實施3拆開風扇外殼拆卸工具：已完成□未完成□4取出卡簧

拆卸工具：防護工具：已完成□未完成□5撬出風扇拆卸工具：已完成□未完成□任務實施6卸下電機周圍所有固定螺絲拆卸工具：螺絲個數(shù)：螺絲規(guī)格：螺絲拆卸順序：螺絲拆卸力矩：螺絲拆卸后的放置位置：已完成□未完成□7取出轉(zhuǎn)子、墊片

拆卸工具：轉(zhuǎn)子拆卸方法：轉(zhuǎn)子拆卸力矩：已完成□未完成□任務實施實訓任務2：三相異步電機的安裝序號操作步驟記錄完成情況1安裝轉(zhuǎn)子墊片安裝工具：已完成□未完成□2安裝轉(zhuǎn)子安裝工具：已完成□未