【課件】2-2三相異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與檢修

項(xiàng)目2新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)檢修任務(wù)1直流驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)與檢修任務(wù)導(dǎo)入某款搭載三相交流異步電機(jī)的純電動(dòng)汽車行駛約40000公里之后，車主到店反應(yīng)車輛行駛過程中，前艙有異響，減速制動(dòng)及上坡時(shí)尤為明顯，但是儀表無故障燈提示。經(jīng)反復(fù)試車，維修技術(shù)主管判定電機(jī)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(jī)進(jìn)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(jī)嗎？新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)檢修1.了解三相異步電機(jī)的概念。2.掌握三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)組成。3.掌握三相異步電機(jī)的運(yùn)行原理。4.能夠掌握三相交流異步電機(jī)拆裝注意事項(xiàng)。5.熟練拆卸和安裝三相異步電機(jī)。6.認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)、積極主動(dòng)。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(wù)目標(biāo)01/02/三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)三相異步電機(jī)的概念CONTENT03/三相異步電機(jī)的工作原理目錄新授Newlesson01PARTONE一、三相異步電機(jī)的概念異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、工作可靠、免維護(hù)和效率高的優(yōu)點(diǎn)，是各類電機(jī)中應(yīng)用最廣、需求量最大的一種,在電動(dòng)汽車上被廣泛使用。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)來分，異步電機(jī)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(dòng)機(jī)應(yīng)用較為廣泛。交流異步電機(jī)也稱交流感應(yīng)電機(jī)，由于其采用交流電，也稱三相異步電機(jī)。三相異步電機(jī)利用氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組的相互作用產(chǎn)生交互電磁轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。一、三相異步電機(jī)的概念異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)控制數(shù)學(xué)模型的控制方法，需要解耦定子電流成獨(dú)立的磁鏈分量和轉(zhuǎn)矩分量，對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)模的準(zhǔn)確度和算法精度要求高。但有可實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)速起的寬廣的調(diào)速范圍、高的響應(yīng)速度、高的精準(zhǔn)控制和電機(jī)加速性能好等優(yōu)點(diǎn)。直接轉(zhuǎn)矩控制是將電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩作為控制對(duì)象，通過控制定子磁場(chǎng)向量來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，不需要復(fù)雜準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型和矢量分解的坐標(biāo)變換。具有控制精度較高、系統(tǒng)性能對(duì)轉(zhuǎn)子參數(shù)呈魯棒性和控制簡便性能優(yōu)越的特點(diǎn)。二、三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)三相異步電機(jī)的種類很多，但各類三相異步電機(jī)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(fēng)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(jī)的結(jié)構(gòu)2轉(zhuǎn)子二、三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)定子1機(jī)座是電動(dòng)機(jī)的支架，主要用于支承鐵心并且固定端蓋。中小型異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)座一般用鑄鐵制成，有的小型機(jī)采用鋁合金鑄成。封閉式電動(dòng)機(jī)機(jī)座外表有散熱片，防護(hù)式電動(dòng)機(jī)機(jī)座兩側(cè)開有通風(fēng)孔，便于散熱。機(jī)座內(nèi)腔是一個(gè)圓柱形的空間，用來安裝定子鐵心、定子繞組以及整個(gè)轉(zhuǎn)子。（1）機(jī)座定子是電動(dòng)機(jī)的固定部分，用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，主要由機(jī)座、定子鐵芯、定子繞組等組成。二、三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)定子1定子鐵芯是電動(dòng)機(jī)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?yàn)楣桎撈瑢?dǎo)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(dòng)機(jī)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(jī)的結(jié)構(gòu)定子1定子鐵芯的槽型有以下幾種：電動(dòng)機(jī)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(jī)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(jī)。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(jī)中。3）開口型槽二、三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)定子1（3）定子繞組定子繞組是三相異步電機(jī)的電路部分，通入三相對(duì)稱交流電流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。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(jī)互差120°的3組繞組二、三相異步電機(jī)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(gè)鐵芯內(nèi)的繞組構(gòu)成U、V、W三相繞組，三個(gè)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(gè)出線端在接線盒里的排列可以接成星形或三角形。電動(dòng)機(jī)接線盒內(nèi)有6個(gè)接線端二、三相異步電機(jī)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(jī)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(dòng)機(jī)的運(yùn)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(jī)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(dǎo)條，再在鐵芯兩端用導(dǎo)環(huán)將各導(dǎo)條連接起來，這樣任意一根導(dǎo)條與它對(duì)應(yīng)的導(dǎo)條通過兩端導(dǎo)環(huán)就構(gòu)成一個(gè)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(duì)應(yīng)的電機(jī)分別稱為籠型異步電機(jī)和線繞型異步電機(jī)。二、三相異步電機(jī)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(dǎo)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(dǎo)條、端環(huán)和風(fēng)葉。銅條轉(zhuǎn)子繞組鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組二、三相異步電機(jī)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(dǎo)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(jī)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(dāng)定子繞組通三相交流電后會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子繞組受旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用而旋轉(zhuǎn)，它通過轉(zhuǎn)子鐵芯帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將動(dòng)力從轉(zhuǎn)軸傳遞出來。二、三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)其他部分3其他部分包括軸承、風(fēng)扇等。風(fēng)扇是用來通風(fēng)冷卻電機(jī)的。三相異步電機(jī)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(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩小，會(huì)使電機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)降低。但也不能太小，氣隙太小時(shí)會(huì)導(dǎo)致裝配困難，如果內(nèi)有異物或轉(zhuǎn)軸有撓度時(shí)容易卡堵(掃膛)，運(yùn)行不可靠，高次諧波磁場(chǎng)增強(qiáng)，引起附加損耗以及起動(dòng)性變差。三、三相異步電機(jī)的工作原理基本原理1為了說明三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理，可以做如下演示實(shí)驗(yàn)。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理三、三相異步電機(jī)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(gè)閉合導(dǎo)體，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄帶動(dòng)蹄形磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)，將發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體也隨著旋轉(zhuǎn)；若改變磁鐵的轉(zhuǎn)向，則導(dǎo)體的轉(zhuǎn)向也隨著改變。（1）演示實(shí)驗(yàn)當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁鐵與閉合的導(dǎo)體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，籠型導(dǎo)體切割磁力線而在其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流。感應(yīng)電流又使導(dǎo)體受到一個(gè)電磁力的作用，于是導(dǎo)體就沿磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來，這就是異步電動(dòng)機(jī)的基本原理。（2）現(xiàn)象解釋想要異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，必須有旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)和閉合的轉(zhuǎn)子繞組。（3）結(jié)論三、三相異步電機(jī)的工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)2（1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生如圖表示最簡單的三相定子繞組AX、BY、CZ，它們?cè)诳臻g按互差120°的規(guī)律對(duì)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(jī)定子接線三、三相異步電機(jī)的工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)2（1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生隨著三相對(duì)稱電流在定子繞組中通過，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就會(huì)產(chǎn)生，如圖所示。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生三、三相異步電機(jī)的工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)2（2）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)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(duì)調(diào)即可。三、三相異步電機(jī)的工作原理三相交流異步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)工作原理3（1）定子提供旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)交流異步電機(jī)要進(jìn)入驅(qū)動(dòng)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(chǎng)（磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速為）。交流異步電機(jī)要求定子三相繞組必須對(duì)稱，并且定子鐵心空間上互差120度電角度；通入三相對(duì)稱繞組的電流也必須對(duì)稱，且大小、頻率相同，相位相差120度。三、三相異步電機(jī)的工作原理三相交流異步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)工作原理3并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電氣原理

：為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(duì)數(shù)，已經(jīng)設(shè)計(jì)定型開始生產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，磁級(jí)對(duì)數(shù)已經(jīng)確定。因此決定磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度的因素為三相交流電頻率。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速公式為:三、三相異步電機(jī)的工作原理三相交流異步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)工作原理3（2）籠型轉(zhuǎn)子提供感應(yīng)渦流由于定子提供旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，籠型轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上感應(yīng)出電渦流，如圖所示。在籠型繞組導(dǎo)體c和b之間的導(dǎo)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(chǎng)的作用下增強(qiáng)，因此，導(dǎo)體c、b上會(huì)感應(yīng)出電渦流；同理，導(dǎo)體a和導(dǎo)體b區(qū)域內(nèi)減弱的磁力線會(huì)在導(dǎo)體上感應(yīng)出電渦流?；\型轉(zhuǎn)子繞組中的電渦流三、三相異步電機(jī)的工作原理三相交流異步電機(jī)的發(fā)電工作原理4在交流異步電機(jī)中，電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)時(shí)，定子中的通入三相電流為激磁電流，提供磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子上繞組提供導(dǎo)體，當(dāng)通過外部機(jī)械力，比如汽車驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子軸，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí)，如果轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)速高于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速，此時(shí)交流異步電機(jī)即為發(fā)電機(jī)。轉(zhuǎn)子此時(shí)切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向與作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子工作時(shí)相反，因而轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向也相反。在發(fā)電過程中，電機(jī)轉(zhuǎn)子受到與外力拖動(dòng)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(yīng)定律，閉合電路中的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)里進(jìn)行切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)稱為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。三、三相異步電機(jī)的工作原理三相交流異步電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)5三相交流異步電機(jī)的缺點(diǎn)：

電機(jī)由于單邊勵(lì)磁，啟動(dòng)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(lì)磁電流，因此能耗比永磁同步電機(jī)大，功率因數(shù)滯后。

重載驅(qū)動(dòng)時(shí)常出現(xiàn)過負(fù)荷現(xiàn)象；結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，其控制技術(shù)要求高，制造成本高；功率密度相對(duì)低。三相交流異步電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：

輸出扭矩可以在大范圍內(nèi)調(diào)整；

能在加速或者爬坡時(shí)短時(shí)間內(nèi)強(qiáng)制提高輸出扭矩；

永磁同步電機(jī)的電驅(qū)動(dòng)汽車通常通過增加齒輪箱機(jī)構(gòu)來增加扭矩以提升速度。優(yōu)缺點(diǎn)實(shí)訓(xùn)PracticalTraining02PARTTWO任務(wù)實(shí)施實(shí)訓(xùn)準(zhǔn)備序號(hào)設(shè)備及工具圖片設(shè)備及工具名稱數(shù)量設(shè)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(wù)實(shí)施姓名

班級(jí)（專業(yè)）

完成日期

實(shí)訓(xùn)任務(wù)1：三相異步電機(jī)的拆卸序號(hào)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(xiàng)：已完成□未完成□任務(wù)實(shí)施3拆開風(fēng)扇外殼拆卸工具：已完成□未完成□4取出卡簧

拆卸工具：防護(hù)工具：已完成□未完成□5撬出風(fēng)扇拆卸工具：已完成□未完成□任務(wù)實(shí)施6卸下電機(jī)周圍所有固定螺絲拆卸工具：螺絲個(gè)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(wù)實(shí)施實(shí)訓(xùn)任務(wù)2：三相異步電機(jī)的安裝序號(hào)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