項目5牽引電動機項目導(dǎo)讀牽引電動機是用于驅(qū)動車輛動輪軸的電動機，可以將電能轉(zhuǎn)換成機械能，從而為城軌列車提供牽引動力。根據(jù)電源種類的不同，牽引電動機可分為交流電動機和直流電動機。目前，城市軌道交通系統(tǒng)的牽引電動機，以交流電動機中的三相異步電動機使用最為廣泛。本項目主要介紹三相異步電動機，包括其結(jié)構(gòu)、工作原理及工作特性，并簡要介紹其他常用電動機的相關(guān)知識。知識目標020103了解電動機的分類。掌握三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理。掌握三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩及機械特性。0405熟悉單相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理。了解直流電動機和直線電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理。能力目標0201能夠拆裝三相異步電動機和單相異步電動機。能夠測試三相異步電動機的工作特性。思政目標020103養(yǎng)成執(zhí)著專注、科學(xué)嚴謹?shù)墓そ尘瘛ｐB(yǎng)成堅持不懈、刻苦鉆研的工作作風(fēng)。樹立安全生產(chǎn)意識和集體責(zé)任感。CONTENTS1三相異步電動機2三相異步電動機的工作特性3其他常用電動機三相異步電動機任務(wù)5.1任務(wù)引入三相異步電動機是一種應(yīng)用十分廣泛的交流電動機，它采用三相正弦交流電源，將電能轉(zhuǎn)化成機械能為機械設(shè)備提供動力。隨著機械制造技術(shù)、自動控制技術(shù)的發(fā)展，三相異步電動機顯示出非常優(yōu)越的性能。三相異步電動機不僅結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠，而且價格低廉、維護方便，是城市軌道交通牽引系統(tǒng)的核心組成部分。那么，三相異步電動機主要由哪些部分組成？其工作原理是什么呢？5.1.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)圖5-1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)三相異步電動機主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，如圖5-1所示。5.1.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)定子由機座、定子鐵芯和定子繞組組成。1．定子1）機座機座是三相異步電動機的外殼，起著支撐三相異步電動機的作用，一般由鑄鐵或鑄鋼制成。2）定子鐵芯定子鐵芯是三相異步電動機磁路的一部分，內(nèi)表面設(shè)有分布均勻的凹槽，凹槽可以用來放置定子繞組，如圖5-2所示。圖5-2定子鐵芯5.1.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)3）定子繞組定子繞組是三相異步電動機電路的一部分，由三個完全相同的繞組組成。如圖5-3所示，每個繞組為一相，三個繞組在空間上相差

電角度，有星形和三角形兩種連接方式。（a）星形連接（b）三角形連接圖5-3定子繞組的連接方式5.1.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。2．轉(zhuǎn)子1）轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)子鐵芯是三相異步電動機磁路的一部分，一般固定在轉(zhuǎn)軸支架上，外表面設(shè)有分布均勻的凹槽，凹槽可以用來放置轉(zhuǎn)子繞組。2）轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組有籠型和繞線型之分，據(jù)此，可將三相異步電動機分為籠型三相異步電動機和繞線型三相異步電動機兩種?；\型繞組結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、工作可靠，所以有著非常廣泛的應(yīng)用?；\型繞組可分為銅排繞組和鑄鋁繞組兩種。繞線型繞組也是一個三相繞組，一般連接成星形。（a）銅排繞組

（b）鑄鋁繞組圖5-4籠型繞組5.1.2三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)如圖5-5所示為Y132M-4型三相異步電動機的銘牌。該銘牌記錄了三相異步電動機的型號、接法、額定功率、額定電壓、額定電流、額定頻率、額定轉(zhuǎn)速、絕緣等級、工作方式等。圖5-5Y132M-4型三相異步電動機的銘牌三相異步電動機型號Y132M-4 額定功率7.5kW

額定頻率50Hz額定電壓380V 額定電流15.4A

接法△額定轉(zhuǎn)速1440r/min 絕緣等級B 工作方式連續(xù)年月編號 ××電機廠5.1.2三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動機的接法有星形連接和三角形連接兩種，符號分別為Y和△。2．接法額定功率是指三相異步電動機在額定工作狀態(tài)下運行時，轉(zhuǎn)軸輸出的機械功率。3．額定功率額定電流是指三相異步電動機在額定工作狀態(tài)下運行時，定子繞組上的線電流。4．額定電壓為適應(yīng)不同的用途和工作環(huán)境，三相異步電動機會被制成不同的系列，并用不同的型號來表示。1．型號5.1.2三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)額定頻率是指加在三相異步電動機定子繞組上的三相正弦交流電源的允許頻率，一般為50Hz。6．額定頻率額定轉(zhuǎn)速是指三相異步電動機在額定工作狀態(tài)下運行時的轉(zhuǎn)速。7．額定轉(zhuǎn)速額定電流

是指三相異步電動機在額定工作狀態(tài)下運行時，定子繞組上的線電流。5．額定電流5.1.2三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動機的工作方式有連續(xù)工作方式、短時工作方式和斷續(xù)工作方式三種。9．工作方式絕緣等級是指三相異步電動機內(nèi)部所用絕緣材料允許的最高溫度，它決定了三相異步電動機工作時允許的最高溫升。8．絕緣等級表5-1三相異步電動機允許的最高溫升與絕緣等級的關(guān)系圖5-6三相異步電動機工作原理的模擬實驗5.1.3三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理可通過下面這個模擬實驗進行簡單說明。如圖5-6所示，磁極與轉(zhuǎn)子之間沒有機械聯(lián)系，當(dāng)磁極轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子隨著磁極沿同一方向轉(zhuǎn)動，且轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨著磁極轉(zhuǎn)速的增大而增大。因此，三相異步電動機工作的關(guān)鍵是有旋轉(zhuǎn)磁場。5.1.3三相異步電動機的工作原理1．旋轉(zhuǎn)磁場1）旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生（a）

（b）圖5-7三相對稱繞組的星形連接及其電流波形圖5.1.3三相異步電動機的工作原理圖5-8旋轉(zhuǎn)磁場詳細內(nèi)容見教材5.1.3三相異步電動機的工作原理2）旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速5.1.3三相異步電動機的工作原理2．三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理圖5-10轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動原理圖如圖5-10所示。圖中，N、S為旋轉(zhuǎn)磁場的兩極，轉(zhuǎn)子用兩根導(dǎo)條作示意。通電導(dǎo)條在旋轉(zhuǎn)磁場中將會受到電磁力F的作用，具體方向可用左手定則判斷。在電磁力的作用下，轉(zhuǎn)子沿順時針方向旋轉(zhuǎn)。5.1.3三相異步電動機的工作原理3．轉(zhuǎn)差率5.1.3三相異步電動機的工作原理例題解任務(wù)實施----拆裝籠型三相異步電動機任務(wù)準備實驗器材準備：拉馬、活動扳手、木錘、鋼套筒、螺絲刀、毛刷各1個，常用電工工具1套，籠型三相異步電動機1臺，油盤1個，潤滑脂若干。實施步驟1．拆卸籠型三相異步電動機2．裝配籠型三相異步電動機詳細步驟見教材老師根據(jù)學(xué)生的實際表現(xiàn)情況進行評分，并將評分結(jié)果填入表5-2中。表5-2籠型三相異步電動機的拆裝評分表任務(wù)評價序號內(nèi)容評分標準分值得分1總體表現(xiàn)遵守課堂紀律和實訓(xùn)規(guī)定，服從老師管理，主動思考并積極參與討論，否則酌情扣分20分

2實際操作正確使用拆裝工具，否則每錯1處扣5分30分

3實施結(jié)果拆裝操作正確，否則每錯1處扣5分40分

4安全文明作業(yè)嚴格執(zhí)行安全操作規(guī)程，否則每錯1處扣5分；不得損壞儀器、儀表，否則扣10分10分

總分

三相異步電動機的工作特性任務(wù)5.2任務(wù)引入運送乘客的電動扶梯一般使用三相異步電動機來驅(qū)動。當(dāng)電動扶梯載客量較少時，三相異步電動機正常運行；當(dāng)電動扶梯載客量較多甚至超出限定人數(shù)時，三相異步電動機會降低轉(zhuǎn)速，甚至發(fā)生停轉(zhuǎn)。也就是說，三相異步電動機會在負載增大時，自行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)負載的變化。那么，三相異步電動機為什么會自行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速？能夠使三相異步電動機穩(wěn)定運行的轉(zhuǎn)速是多少呢？5.2.1三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩是三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場中各極磁通與轉(zhuǎn)子電流相互作用，而在轉(zhuǎn)子上形成的旋轉(zhuǎn)力矩。1．定子、轉(zhuǎn)子電路的物理量1）定子電動勢5.2.1三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩2）轉(zhuǎn)子頻率5.2.1三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩3）轉(zhuǎn)子電動勢5.2.1三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩4）轉(zhuǎn)子感抗5.2.1三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩5）轉(zhuǎn)子電流5.2.1三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩6）轉(zhuǎn)子功率因數(shù)圖5-11轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子功率因數(shù)的變化規(guī)律5.2.1三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩2．電磁轉(zhuǎn)矩公式5.2.2三相異步電動機的機械特性（a）轉(zhuǎn)矩特性曲線（b）機械特性曲線圖5-12三相異步電動機的特性曲線5.2.2三相異步電動機的機械特性1．三個重要轉(zhuǎn)矩1）額定轉(zhuǎn)矩5.2.2三相異步電動機的機械特性2）最大轉(zhuǎn)矩5.2.2三相異步電動機的機械特性圖5-13三相異步電動機的機械特性曲線5.2.2三相異步電動機的機械特性3）啟動轉(zhuǎn)矩5.2.2三相異步電動機的機械特性2．三相異步電動機的運行分析如圖ab段可稱為穩(wěn)定運行區(qū)。在bc段，三相異步電動機無法保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)，因此bc段可稱為非穩(wěn)定運行區(qū)。同時，由于ab段比較平坦，電磁轉(zhuǎn)矩變化時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速變化很小，這種特性稱為硬的機械特性。5.2.2三相異步電動機的機械特性例題5.2.2三相異步電動機的機械特性解任務(wù)實施----測試三相異步電動機的工作特性任務(wù)準備實驗器材準備：萬用表1塊，功率表2塊，交流電流表3塊，三相異步電動機1臺，三相調(diào)壓器1臺，渦流測功機1臺，低壓斷路器（QF）1個，導(dǎo)線若干。實施步驟1．空載實驗（1）根據(jù)圖5-14所示電路，將各類實驗器材連接起來。（2）將三相調(diào)壓器調(diào)到零位后，閉合QF。（3）逐漸提高電壓至額定電壓，使三相異步電動機正向運行。（4）使電壓保持在額定電壓幾分鐘之后，將電壓逐漸升高到1.2倍額定電壓，并在三相異步電動機運行穩(wěn)定后逐漸降低電壓，直至定子繞組的電流明顯增大。（5）在降壓過程中，均勻地選取8個電壓值，測量、記錄。圖5-14三相異步電動機的測試電路實施步驟2．短路實驗（1）根據(jù)圖5-14所示電路，將各類實驗器材連接起來，并將三相異步電動機的轉(zhuǎn)子固定。（2）將三相調(diào)壓器調(diào)到零位后，閉合QF。（3）逐漸提高電壓，使定子繞組的電流穩(wěn)定在1.2倍額定電流后，再逐漸降低電壓，使定子繞組的電流降至0.3倍額定電流。（4）在降壓過程中，均勻地選取8個電流值，測量其對應(yīng)的短路電壓和短路功率，計算三相異步電動機的功率因數(shù)，并將測試結(jié)果和計算結(jié)果填入表5-4中。實施步驟3．負載實驗（1）根據(jù)圖5-14所示電路，將各類實驗器材連接起來，并將三相異步電動機與渦流測功機同軸相連。（2）將三相調(diào)壓器調(diào)到零位后，閉合QF。（3）逐漸提高電壓至額定電壓，使三相異步電動機正向運行。（4）調(diào)節(jié)渦流測功機的負載，使定子繞組的電流穩(wěn)定在1.25倍額定電流。（5）逐漸減小負載直至空載，在此過程中均勻地選取8個電流值，測量其對應(yīng)的輸入電壓、輸入功率，計算三相異步電動機的功率因數(shù)，并將測試結(jié)果和計算結(jié)果填入表5-5中。老師根據(jù)學(xué)生的實際表現(xiàn)情況進行評分，并將評分結(jié)果填入表5-6中。表5-6三相異步電動機工作特性的測試評分表任務(wù)評價序號內(nèi)容評分標準分值得分1總體表現(xiàn)遵守課堂紀律和實訓(xùn)規(guī)定，服從老師管理，主動思考并積極參與討論，否則酌情扣分20分

2實際操作正確連接電路，正確使用儀器、儀表，否則每錯1處扣10分20分

3實施結(jié)果表5-3、表5-4、表5-5中的測試結(jié)果、計算結(jié)果正確，否則每錯1處扣5分50分

4安全文明作業(yè)嚴格執(zhí)行安全操作規(guī)程，否則每錯1處扣5分；不得損壞儀器、儀表，否則扣10分10分

總分

其他常用電動機任務(wù)5.3任務(wù)引入除三相異步電動機外，單相異步電動機也有著非常廣泛的應(yīng)用。例如，電風(fēng)扇、電冰箱、洗衣機、排風(fēng)扇等常用的家電設(shè)備，車床、小型鉆床、潛水泵、電磨等用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備，錄音機、打字機、醫(yī)療器械等設(shè)備，都使用單相異步電動機驅(qū)動。那么，單相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理是什么？除單相異步電動機外，實際工作中還有哪些常用電動機呢？單相異步電動機是一種由單相正弦交流電源供電的感應(yīng)電動機，具有容量小、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、運行可靠、維修方便等特點。5.3.1單相異步電動機單相異步電動機接通電源后，在定子繞組中會產(chǎn)生單相正弦交流電流，如圖5-15（a）所示。電流在正半周時，定子產(chǎn)生的磁場如圖5-15（b）所示；電流在負半周時，定子產(chǎn)生的磁場如圖5-15（c）所示。這樣的磁場稱為脈動磁場。（a）

（b）

（c）圖5-15單相異步電動機的電流與磁場5.3.1單相異步電動機1．分相式單相異步電動機圖5-16電容分相式單相異步電動機的電路如圖5-16所示為電容分相式單相異步電動機的電路。它包含工作繞組和啟動繞組兩個定子繞組。其中，工作繞組的電阻小，匝數(shù)多，電感大；啟動繞組的電阻大，匝數(shù)少，電感小。啟動繞組與電容串聯(lián)，與工作繞組相差電角度。在接通電源后，啟動繞組電流的相位與工作繞組電流的相位相差，也就是所謂的分相。5.3.1單相異步電動機2．罩極式單相異步電動機圖5-17罩極式單相異步電動機的結(jié)構(gòu)如圖5-17所示為罩極式單相異步電動機的結(jié)構(gòu)，其定子多做成凸極式，在磁極一側(cè)開一小槽，其中裝有短路銅環(huán)（稱為罩極）。罩極式單相異步電動機結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，但啟動轉(zhuǎn)矩較小，常用于對啟動轉(zhuǎn)矩要求不高的設(shè)備，如風(fēng)扇等。5.3.2直流電動機1．直流電動機的結(jié)構(gòu)如圖5-18所示，直流電動機主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。圖5-18直流電動機的基本結(jié)構(gòu)直流電動機的定子主要由勵磁繞組、機座、主磁極、換向磁極、電刷等組成。其中，機座既可起到支撐作用，又可起到導(dǎo)磁作用；主磁極可以用來產(chǎn)生主磁場；換向磁極又稱附加磁極，可以用來產(chǎn)生附加磁極；電刷可以用來連接電樞繞組和外電路。直流電動機的轉(zhuǎn)子主要由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇組成。5.3.2直流電動機2．直流電動機的工作原理如圖5-19所示，直流電動機的磁極固定不動，線圈abcd可在磁場內(nèi)繞中心軸旋轉(zhuǎn)。在外加直流電源的作用下，線圈abcd在磁場中受到電磁轉(zhuǎn)矩的作用，其方向可通過左手定則判斷。（a）（b）圖5-19直流電動機的工作原理圖5.3.2直流電動機3．直流電動機的類型根據(jù)勵磁繞組與電樞繞組接線方式（即勵磁方式）的不同，直流電動機可分為他勵、并勵、串勵和復(fù)勵四種類型。如圖5-20所示為直流電動機的勵磁方式。（a）他勵（b）并勵（c）串勵（d）復(fù)勵圖5-20直流電動機的勵磁方式5.3.3直線電動機將做旋轉(zhuǎn)運動的異步電動機沿徑向剖開，并將圓周展開成直線，便可得到扁平型直線電動機，如圖5-21所示。其中，由定子演變而來的一側(cè)稱為一次側(cè)，由轉(zhuǎn)子演變而來的一側(cè)稱為二次側(cè)。1．直線電動機的分類與結(jié)構(gòu)直線電動機是直接將電能轉(zhuǎn)變成直線運動的機械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換裝置的動力輸出裝置，它具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、效率高、精度高等特點。1扁平型直線電動機圖5-21扁平型直線電動機的演變原理5.3.3直線電動機將扁平型直線電動機沿著與直線運動相垂直的方向卷成筒型，即可得到圓筒型直線電動機，如圖5-22所示。2圓筒型直線電動機圖5-22圓筒型直線電動機的演變原理5.3.3直線電動機圓盤型直線電動機的二次側(cè)為圓盤形狀，且能夠繞圓心自由轉(zhuǎn)動；一次側(cè)在二次側(cè)靠外邊緣的平面上，向圓盤提供切向力，使其旋轉(zhuǎn)，如圖5-23所示。3圓盤型直線電動機圖5-23圓盤型直線電動機5.3.3直線電動機當(dāng)直線電動機的一次側(cè)與正弦交流電源相連時，氣隙中會產(chǎn)生行波磁