【課件】2-2三相異步驅動電機結構與檢修

項目2新能源汽車驅動電機檢修任務1直流驅動電機結構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，維修技術主管判定電機內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構組成。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構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構簡單、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。按轉子結構來分，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磁場與轉子繞組的相互作用產(chǎn)生交互電磁轉矩，帶動轉子旋轉，從而實現(xiàn)電能轉化為機械能。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矩控制的方式。矢量控制直接轉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)零轉速起的寬廣的調速范圍、高的響應速度、高的精準控制和電機加速性能好等優(yōu)點。直接轉矩控制是將電機輸出轉矩作為控制對象，通過控制定子磁場向量來控制電機轉速，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、三相異步電機的結構三相異步電機的種類很多，但各類三相異步電機的基本結構是相同的，它們都由定子和轉子這兩大基本部分組成，在定子和轉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，結構如圖所示。三相異步電機的結構2轉子二、三相異步電機的結構定子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開有通風孔，便于散熱。機座內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子。（1）機座定子是電動機的固定部分，用于產(chǎn)生旋轉磁場，主要由機座、定子鐵芯、定子繞組等組成。二、三相異步電機的結構定子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、三相異步電機的結構定子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。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、三相異步電機的結構定子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，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、三相異步電機的結構定子1（3）定子繞組繞組嵌入小槽后，按一定的方法將槽內的繞組連接起來，使整個鐵芯內的繞組構成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。電動機接線盒內有6個接線端二、三相異步電機的結構定子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、三相異步電機的結構轉子2轉子鐵芯是由很多外圓開有小槽的硅鋼片疊在一起構成的，小槽用來放置轉子繞組。右圖為由硅鋼片疊成的轉子鐵芯。（1）轉子鐵芯轉子是電動機的運轉部分，由鐵芯、轉子繞組和轉軸組成。二、三相異步電機的結構轉子2（2）轉子繞組籠型轉子繞組是在轉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，因此稱為籠型轉子繞組。轉子繞組嵌在轉子鐵芯的小槽中，轉子繞組可分為籠型轉子繞組和線繞型轉子繞組，對應的電機分別稱為籠型異步電機和線繞型異步電機。二、三相異步電機的結構轉子2（2）轉子繞組籠型轉子繞組有銅條轉子繞組和鑄鋁轉子繞組兩種，如圖所示。銅條轉子繞組是在轉子鐵芯的小槽內放入銅導條，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。銅條轉子繞組鑄鋁轉子繞組二、三相異步電機的結構轉子2（2）轉子繞組線繞型轉子繞組是在轉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。調節(jié)變阻器可以改變轉子繞組回路的電阻，以此來改變繞組的電流，從而調節(jié)轉子的轉速。線繞式轉子繞組二、三相異步電機的結構轉子2（3）轉軸轉軸嵌套在轉子鐵芯的中間。當定子繞組通三相交流電后會產(chǎn)生旋轉磁場，轉子繞組受旋轉磁場作用而旋轉，它通過轉子鐵芯帶動轉軸轉動，將動力從轉軸傳遞出來。二、三相異步電機的結構其他部分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，如果內有異物或轉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，當轉動手柄帶動蹄形磁鐵旋轉時，將發(fā)現(xiàn)導體也隨著旋轉；若改變磁鐵的轉向，則導體的轉向也隨著改變。（1）演示實驗當磁鐵旋轉時，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方向轉動起來，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，必須有旋轉的磁場和閉合的轉子繞組。（3）結論三、三相異步電機的工作原理旋轉磁場2（1）旋轉磁場的產(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磁場2（1）旋轉磁場的產(chǎn)生隨著三相對稱電流在定子繞組中通過，旋轉磁場就會產(chǎn)生，如圖所示。旋轉磁場的產(chǎn)生三、三相異步電機的工作原理旋轉磁場2（2）旋轉磁場的方向旋轉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即可。三、三相異步電機的工作原理三相交流異步電機的驅動工作原理3（1）定子提供旋轉磁場交流異步電機要進入驅動工況提供扭矩，就需要在定子線圈中通入三相交流電，產(chǎn)生不斷旋轉的磁場（磁場轉速為）。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動工作原理3并勵直流電動機的電氣原理

：為旋轉磁場的轉速（也稱同步轉速），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)的驅動電機，磁級對數(shù)已經(jīng)確定。因此決定磁場旋轉速度的因素為三相交流電頻率。旋轉磁場的轉速公式為:三、三相異步電機的工作原理三相交流異步電機的驅動工作原理3（2）籠型轉子提供感應渦流由于定子提供旋轉的磁場，籠型轉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，有向外的磁力線，并且該磁力線在旋轉磁場的作用下增強，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)域內減弱的磁力線會在導體上感應出電渦流?；\型轉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，轉子上繞組提供導體，當通過外部機械力，比如汽車驅動軸帶動轉子軸，從而帶動轉子運動時，如果轉子上的轉速高于定子旋轉磁場的同步轉速，此時交流異步電機即為發(fā)電機。轉子此時切割旋轉磁場的方向與作為驅動電機轉子工作時相反，因而轉子感應電動勢的方向也相反。在發(fā)電過程中，電機轉子受到與外力拖動相反的電磁阻力矩，使轉子速度下降。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。

重載驅動時常出現(xiàn)過負荷現(xiàn)象；結構相對復雜，其控制技術要求高，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調整；

能在加速或者爬坡時短時間內強制提高輸出扭矩；

永磁同步電機的電驅動汽車通常通過增加齒輪箱機構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取出轉子、墊片

拆卸工具：轉子拆卸方法：轉子拆卸力矩：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安裝轉子墊片安裝工具：已完成□未完成□2安裝轉子安裝工具：已完成□未