項(xiàng)目3認(rèn)知交流電路與檢測電子元件和設(shè)備

任務(wù)一

拆裝與檢修三相異步電動機(jī)汽車電工電子

中國工信出版集團(tuán)·電子工業(yè)出版社職業(yè)教育汽車類專業(yè)核心課程系列教材《汽車電工電子》教材編寫組知識目標(biāo)：1．了解三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)；2．了解三相異步電動機(jī)的工作原理；3．理解異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的機(jī)理及異步的原因；4．掌握計(jì)算電動機(jī)的磁極對數(shù)及轉(zhuǎn)差率的方法。能力目標(biāo)：能熟練地進(jìn)行三相異步電動機(jī)的拆裝與檢修。情感目標(biāo)：1．樹立安全意識，增強(qiáng)職業(yè)認(rèn)同感；2．樹立團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識，增強(qiáng)交流溝通能力。任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施任務(wù)評價任務(wù)拓展學(xué)習(xí)總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)拆裝與檢修三相異步電動機(jī)鞏固提升現(xiàn)有一臺三相異步電動機(jī)，由于故障原因無法啟動，請你利用學(xué)到的知識及技能，檢修此臺三相異步電動機(jī)，保證其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施任務(wù)評價任務(wù)拓展學(xué)習(xí)總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)鞏固提升拆裝與檢修三相異步電動機(jī)一、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)電動機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，三相異步電動機(jī)（其外觀如圖3-89所示）具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、價格便宜、過載能力強(qiáng)及使用、安裝、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，比如新能源汽車的驅(qū)動電機(jī)。同時三相異步電動機(jī)也存在調(diào)速困難，功率因數(shù)低的問題。三相異步電動機(jī)（見圖3-90）由兩個基本部分組成：定子和轉(zhuǎn)子。定子和轉(zhuǎn)子之間有一個很小的氣隙（中、小型異步電動機(jī)的氣隙一般為0.2～1.5mm）。此外，還有端蓋、軸承、風(fēng)扇和接線盒等零部件。任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施任務(wù)評價任務(wù)拓展學(xué)習(xí)總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)鞏固提升拆裝與檢修三相異步電動機(jī)1．定子定子是電動機(jī)的固定部分，由定子鐵芯、定子繞組和機(jī)座三部分組成。（1）定子鐵芯。定子鐵芯的作用是安放定子繞組，并作為三相異步電動機(jī)主磁通磁路的一部分。為了減少旋轉(zhuǎn)磁場在鐵芯中引起的渦流損耗和磁滯損耗，定子鐵芯用導(dǎo)磁性較好、表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。為了嵌放定子繞組，在定子鐵芯內(nèi)圓開有均勻分布的槽，常見的槽型有半閉口槽、半開口槽和開口槽等。圖3-91所示是三相異步電動機(jī)的定子鐵芯，定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯之間留有氣隙。任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施任務(wù)評價任務(wù)拓展學(xué)習(xí)總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)鞏固提升拆裝與檢修三相異步電動機(jī)定子繞組（見圖3-92）用來接入三相交流電源，定子繞組中流過交流電，就會在定子鐵芯中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。每相繞組由若干個絕緣良好的線圈組嵌放在槽內(nèi)，按一定規(guī)律連接而成，在槽內(nèi)的布置可以是單層的，也可以是雙層的，繞組與槽壁間及兩層繞組間都須用絕緣隔開，以免電動機(jī)在運(yùn)行時繞組出現(xiàn)擊穿或短路故障。（3）機(jī)座。機(jī)座的作用是支撐定子鐵芯，轉(zhuǎn)子通過軸承、端蓋固定在機(jī)座上，所以要求其有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。中、小型電機(jī)一般采用鑄鐵機(jī)座，而大容量電機(jī)采用鋼板焊接機(jī)座。為了增加散熱能力，一般封閉式機(jī)座表面都裝有散熱筋，防護(hù)式機(jī)座兩側(cè)開有通風(fēng)孔。任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施任務(wù)評價任務(wù)拓展學(xué)習(xí)總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)鞏固提升拆裝與檢修三相異步電動機(jī)2．轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動部分，由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組、端環(huán)（短路環(huán)）和轉(zhuǎn)軸四部分組成。其主要作用是產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，即產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖3-93所示。（1）轉(zhuǎn)子鐵芯。轉(zhuǎn)子鐵芯是組成電動機(jī)主磁路的一部分，其作用是安放轉(zhuǎn)子繞組。它由外圓開有均勻槽口、互相絕緣的硅鋼片疊壓而成。中、小型電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯一般都直接固定在轉(zhuǎn)軸上，而大型電動機(jī)的轉(zhuǎn)子則套在轉(zhuǎn)子支架上，然后讓支架固定在轉(zhuǎn)軸上。任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施任務(wù)評價任務(wù)拓展學(xué)習(xí)總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)鞏固提升拆裝與檢修三相異步電動機(jī)（2）轉(zhuǎn)子繞組。最常見的三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組為鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組，它由很多根的導(dǎo)條（鋁條或銅條）鑲嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯上，金屬條的兩端與短路環(huán)焊接在一起，構(gòu)成一個類似鼠籠的結(jié)構(gòu)，所以稱之為鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組，如圖3-94所示。有的三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組也為繞線式轉(zhuǎn)子繞組。（3）轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸的作用是支撐轉(zhuǎn)子鐵芯，輸出轉(zhuǎn)矩，所以其必須有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，以防斷裂，同時應(yīng)保證氣隙均勻。轉(zhuǎn)軸一般用中碳鋼制成，軸伸出端有鍵槽，用來固定皮帶輪或聯(lián)軸器。任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施任務(wù)評價任務(wù)拓展學(xué)習(xí)總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)鞏固提升拆裝與檢修三相異步電動機(jī)二、三相異步電動機(jī)的工作原理1．三相異步電動機(jī)的工作原理對稱定子三相繞組通入對稱三相交流電，電能轉(zhuǎn)化為磁場能，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子繞組在磁場中受到電磁力的作用，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，對外輸出機(jī)械能。2．旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁鐵就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)的磁場會對放置在磁場中的金屬導(dǎo)體有安培力的作用并使其旋轉(zhuǎn)起來，如圖3-95所示。當(dāng)搖動手柄使磁鐵旋轉(zhuǎn)時，下面的閉合鋁框也跟著旋轉(zhuǎn)起來，但不同步。任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施任務(wù)評價任務(wù)拓展學(xué)習(xí)總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)鞏固提升拆裝與檢修三相異步電動機(jī)任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施任務(wù)評價任務(wù)拓展學(xué)習(xí)總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)鞏固提升拆裝與檢修三相異步電動機(jī)假設(shè)每相繞組只有一個線匝，分別嵌放在定子內(nèi)圓周的6個凹槽中?，F(xiàn)將三相繞組的末端X、Y、Z相連，首端A、B、C接三相交流電源。且三相繞組分別叫作A、B、C相繞組。如圖3-97所示。（1）當(dāng)t=0時的磁場分布。t=0，iA=0，iB為負(fù)，電流實(shí)際方向與正方向相反，電流從Y端流到B端；iC為正，電流實(shí)際方向與正方向一致，電流從C端流到Z端。按右手螺旋法，確定三相電流產(chǎn)生的合成磁場如圖3-98（a）箭頭所示，產(chǎn)生一個從上到下、經(jīng)過轉(zhuǎn)子的磁場。（2）當(dāng)t=T/6時的磁場分布。t=T/6，iC=0，iB為負(fù)，電流實(shí)際方向與正方向相反，電流從Y端流到B端；iA為正，電流實(shí)際方向與正方向一致，電流從A端流到X端。按右手螺旋法，確定三相電流產(chǎn)生的合成磁場如圖3-98（b）箭頭所示，產(chǎn)生一個從右上到左下、經(jīng)過轉(zhuǎn)子的磁場。任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施任務(wù)評價任務(wù)拓展學(xué)習(xí)總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)鞏固提升拆裝與檢修三相異步電動機(jī)（3）當(dāng)t=T/3時的磁場分布。t=T/3，iB=0，iC為負(fù)，電流實(shí)際方向與正方向相反，電流從Z端流到C端；iA為正，電流實(shí)際方向與正方向一致，電流從A端流到X端。按右手螺旋法，確定三相電流產(chǎn)生的合成磁場如圖3-98（c）箭頭所示，產(chǎn)生一個從右下到左上、經(jīng)過轉(zhuǎn)子的磁場。（4）當(dāng)t=T/2時的磁場分布。t=T/2，iA=0，iC為負(fù)，電流實(shí)際方向與正方向相反，電流從Z端流到C端；iB為正，電流實(shí)際方向與正方向一致，電流從B端流到Y(jié)端。按右手螺旋法，確定三相電流產(chǎn)生的合成磁場如圖3-98（d）箭頭所示，產(chǎn)生一個從下到上、經(jīng)過轉(zhuǎn)子的磁場。任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施任務(wù)評價任務(wù)拓展學(xué)習(xí)總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)鞏固提升拆裝與檢修三相異步電動機(jī)從以上分析可以看出：當(dāng)三相電流隨時間不斷變化時，合成磁場也在不斷旋轉(zhuǎn)，故稱旋轉(zhuǎn)磁場。這個旋轉(zhuǎn)磁場，就會經(jīng)過轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子繞組就會感應(yīng)磁通量的變化，依據(jù)楞次定律，轉(zhuǎn)子繞組就會產(chǎn)生不斷變化的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流來阻礙定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場的變化，感應(yīng)電流產(chǎn)生安培力，推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。3．旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向A相繞組內(nèi)的電流超前B相繞組內(nèi)的電流2π/3，而B相繞組內(nèi)的電流又超前C相繞組內(nèi)的電流2π/3，三相交流電的相序?yàn)锳→B→C，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向也為A→B→C，即按順時針方向旋轉(zhuǎn)。如果將定子繞組接至電源的三根導(dǎo)線中的任意兩根對調(diào)，例如，將B、C兩根導(dǎo)線對調(diào)，使B相與C相繞組中電流的相位對調(diào)，如圖3-99所示。任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施任務(wù)評價任務(wù)拓展學(xué)習(xí)總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)鞏固提升拆裝與檢修三相異步電動機(jī)此時A相繞組內(nèi)的電流超前C相繞組內(nèi)的電流2π/3，而C相繞組內(nèi)的電流又超前B相繞組內(nèi)的電流2π/3，用上述分析方法可知，此時旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向?qū)⒆優(yōu)锳→C→B，即按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，如圖3-100所示，即與未對調(diào)前的旋轉(zhuǎn)方向相反。與B、C兩根導(dǎo)線對調(diào)同理，如果將A、B或A、C兩根導(dǎo)線對調(diào)，也會導(dǎo)致電動機(jī)與對調(diào)前的旋轉(zhuǎn)方向相反。由此可見，要想改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，只要改變連接三相異步電動機(jī)的三相電源任意兩個電源的順序即可調(diào)整旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，進(jìn)而調(diào)節(jié)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)。任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施任務(wù)評價任務(wù)拓展學(xué)習(xí)總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)鞏固提升拆裝與檢修三相異步電動機(jī)4．旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)與磁場旋轉(zhuǎn)速度綜上所述，在電動機(jī)內(nèi)部相隔120°（2π/3）均勻分布的三個線圈中通入三相對稱電流時，便產(chǎn)生了一個有一對磁極（一個N極，一個S極）的旋轉(zhuǎn)磁場，所以，也叫二極旋轉(zhuǎn)磁場。三相交流電流變化T/2周期（180°），兩極旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)半周180°（π）。二極旋轉(zhuǎn)磁場如圖3-101所示。在交流電動機(jī)中，旋轉(zhuǎn)磁場相對定子的旋轉(zhuǎn)速度稱為同步速度，用n0表示。通常磁場的轉(zhuǎn)速都按照每分鐘多少轉(zhuǎn)計(jì)算，如果交流電的頻率為f，則磁場的轉(zhuǎn)速n0=60f（單位：r/min）。以上討論的旋轉(zhuǎn)磁場具有一對磁極（磁極對數(shù)用p表示），即p=1。從上述分析可以看出，電流變化一個周期（變化360°電角度），旋轉(zhuǎn)磁場在空間也旋轉(zhuǎn)了一圈（轉(zhuǎn)了360°機(jī)械角度），若電流的頻率為f，旋轉(zhuǎn)磁場每分鐘旋轉(zhuǎn)60f轉(zhuǎn)，即n0=60f。任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施任務(wù)評價任務(wù)拓展學(xué)習(xí)總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)鞏固提升拆裝與檢修三相異步電動機(jī)如果把定子鐵芯的槽數(shù)增加1倍（12個槽），制成如圖3-102、圖3-103所示的三相繞組。其中，每相繞組由兩個部分串聯(lián)組成，再將這三相繞組接到對稱三相電源上，并通入對稱三相電流，便產(chǎn)生具有兩對磁極（p=2）的四極旋轉(zhuǎn)磁場（N1、S1、N2、S2）。電流變化T/2周期（變化180°電角度），旋轉(zhuǎn)磁場在空間只旋轉(zhuǎn)了1/4周（轉(zhuǎn)了90°機(jī)械角度），如圖3-103所示，所以，其旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為n0=60f/2。任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施任務(wù)評價任務(wù)拓展學(xué)習(xí)總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)鞏固提升拆裝與檢修三相異步電動機(jī)任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施任務(wù)評價任務(wù)拓展學(xué)習(xí)總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)鞏固提升拆裝與檢修三相異步電動機(jī)在我國交流電頻率為50Hz，因此對應(yīng)于不同磁極對數(shù)的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如表3-16所示。任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施任務(wù)評價任務(wù)拓展學(xué)習(xí)總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)鞏固提升拆裝與檢修三相異步電動機(jī)5．三相異步電動機(jī)異步原因當(dāng)在三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)按照U、V、W相序通入三相交流電，就會產(chǎn)生順時針方向轉(zhuǎn)動且轉(zhuǎn)速為n0=60f/p的磁場，按照相對運(yùn)動的原理，類似磁場不同，轉(zhuǎn)子內(nèi)的繞組按照同速度逆時針方向切割磁場的磁力線，因?yàn)檗D(zhuǎn)子內(nèi)的各導(dǎo)線是短路的，所以，導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的方向用右手定則判斷。轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的感應(yīng)電流與定子磁場相互作用，導(dǎo)體會受到安培力（電磁力）作用，方向用左手定則判定，安培力對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子沿著磁場力的方向旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與磁場旋轉(zhuǎn)方向相同），克服機(jī)械負(fù)載對轉(zhuǎn)軸的阻轉(zhuǎn)矩，輸出機(jī)械功率。三相異步電動機(jī)在正常工作時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n不可能等于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0，而是要略小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0，它們之間的差值，稱為轉(zhuǎn)速差。轉(zhuǎn)速差與磁場同步轉(zhuǎn)速的比值稱為轉(zhuǎn)差率S（

）。三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率很小，一般為1%～9%，轉(zhuǎn)差率越小，跟隨性越好，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越接近于磁場轉(zhuǎn)速。但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速絕對不能等于磁場轉(zhuǎn)速，如果相等，則轉(zhuǎn)子與磁場就不會產(chǎn)生相對運(yùn)動，導(dǎo)體就不會切割磁感線，不能產(chǎn)生安培力，電動機(jī)也不會運(yùn)動，這也就是三相交流電動機(jī)為異步電動機(jī)的根本原因，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不能與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速同步。任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施任務(wù)評價任務(wù)拓展學(xué)習(xí)總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)鞏固提升一、實(shí)施條件1．常用的拆裝工具及檢測工具4套，三相異步電動機(jī)4臺。2．萬用表、絕緣測試儀各4臺。二、實(shí)施計(jì)劃1．使用拆裝工具，規(guī)范拆專電動機(jī)。2．使用卡尺檢查軸承的磨損狀況。3．使用萬用表檢測繞組的電路及短路狀況。4．使用絕緣測試儀測試?yán)@組的絕緣狀況。5．會連接電動機(jī)線路并試運(yùn)轉(zhuǎn)。任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施任務(wù)評價任務(wù)拓展學(xué)習(xí)總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)鞏固提升任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)準(zhǔn)備任務(wù)實(shí)施任務(wù)評價任務(wù)拓展學(xué)習(xí)總結(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)鞏固提升學(xué)生學(xué)習(xí)情況評價表考核項(xiàng)目評分標(biāo)準(zhǔn)分值學(xué)生

自評

（20%）小組

互評

（30%）教師

評價

（50%）小計(jì)知識目標(biāo)三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)會敘述10

三相異步電動機(jī)的工作原理會敘述10

異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的機(jī)理及異步的原因會敘述20

計(jì)算電動機(jī)的磁極對數(shù)及轉(zhuǎn)差率會計(jì)算10

技能目標(biāo)拆裝及檢修三相異步電動機(jī)會拆裝及檢修25

素養(yǎng)目標(biāo)安全、規(guī)范操作無不安全行為和隱患5

對問題的質(zhì)疑和創(chuàng)新性能提出問題，并具有創(chuàng)新性思維和創(chuàng)新性舉動

5

勞動精神、工匠精神、勞模精神吃苦耐勞、嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范、不計(jì)較個人得失5

勞動紀(jì)律嚴(yán)格遵守5

團(tuán)隊(duì)合作和諧5

總分100

教師簽名：

年

月

日得分1．三相異步電動機(jī)的啟動三相異步電動機(jī)接通電源，其內(nèi)部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)到轉(zhuǎn)子以一定速度穩(wěn)定運(yùn)行的過程稱為電動機(jī)的啟動過程。啟動電動機(jī)時要考慮四個“盡量”，即啟動電流盡量小、啟動時間盡量短、啟動轉(zhuǎn)矩盡量大、轉(zhuǎn)速提升盡量穩(wěn)，還得保證啟動實(shí)現(xiàn)方案簡