汽车电工电子技术学习情境4汽车电动机任务1 三相异步电动机

学习情境4 汽车电动机
【学习目标】
1.掌握三相异步电动机的结构和工作原；
2.理解三相异步电动机的启动、调速和制动过程；
3.掌握三相异步电动机的结构和工作原理以及直流电动机转矩自动调节过程；
4.知道汽车上常见的电动机的工作过程；
5.掌握常见控制电器、了解电动机控制过程。

【项目描述】
学习情境4围绕汽车电动机来建立。

汽车的运行和控制离不开电动机。

首先介绍三相异步电动机，接着介绍直流电动机和汽车上常见的电动机，最后介绍电动机的控制。

这样就可以比较全面了解汽车上电动机的构造、工作原理、工作过程等内容。

任务4.1 三相异步电动机
现代机械生产和生活中广泛使用电动机，可以说现在社会电动机无处不在。

电动机分为交流电动机和直流电动机。

交流电动机又分为异步电动机和同步电动机。

异步电动机，它使用三相电源，具有结构简单、价格便宜、运行可靠以及维护方面等优点，在工农业生产中得到广泛应用。

2900p=1
50=3000r/min
直接启动
直接启动是定子绕组直接加上额定电压来启动的方法。

但启动电流较大。

500V以下）公用电网供电的系统中，电动机容量不超过
而专用变压器供电系统中，
但由于启动转矩也随之减小，
常用的降压启动方法有以下几种。

）定子绕组串接入电阻启动。

这种启动方法如图
，启动电流经限流电阻Ｒ到三相绕组，故而启动电流减小，电机开始运转，转速逐渐上。

其作用是将电阻Ｒ短接，使三相绕组获得全部的电
图4-8 Y—△换接启动线路
三相异步电动机的调速
有些生产机械需要有各种转速工作，
在同一负载下，使电动机由某一转速值变为另一转速值。

的旋转磁场转速公式可得
n=（1-S）n0=（1-S）
p f
60
（4-3）
因此，异步电动机的转速可以由以下几种方法调速。

1.改变定子绕组的电流频率f
这是一种比较先进的方法，能够实现平滑无级调速。

随着电力电子技术的发展，其越来
越广泛地被用于自动化生产中的电动机调速，甚至某些家用电器，例如变频空调。

由于我国的工频电源频率是50Ｈｚ，要改变它需要有一套专用装置，如交流-直流-交流变频装置和交流-交流变频装置等。

2. 改变定子绕组的磁极对数p
改变电动机定子绕组的接法可改变其磁极对数，从而改变电动机转速。

由于磁极对数是
成倍变化的，故而这种调速方法不能无极调速。

3. 改变转差率S调速
这种方法适用于绕线式电动机。

将电动机中的转子电路串入电阻，只要调节电阻值大小，
便可调速。

这种调速方法能获得平滑的调速，但由于调节电阻的能量损耗较大，故而不太经济，仅适用于起重设备等恒转矩的负载。

4.1.5 三相异步电动机的制动
1. 反接制动
将电动机电源切断后，再将其接到电源的三根相线中的任意两根对调位置，此时电动机便有反转旋转磁场产生，但转子由于惯性仍按原方向转动，因此产生的反转电磁通量转矩迫使电动机迅速减速，如图4-9所示。

当转速接近于零时，再将反接电源切断，从而达到制
动的目的。

这种制动方法，设备简单，制动迅速，但机械冲击较大，制动时，电源的电流很大，一
2.
将电动机三相电源切断，同时通入直流电，如图4-10所示，这时，在定子和转子间产生了一个固定的不旋转的磁场，但转子由于惯性仍按原转向转动，转子导线切割磁力线产
4.1.6
根据三相异步电动机工作原理可知，三相异步电动机转子的转向与定子旋转磁场的转向相同，改变通入三相定子绕组的电流的相序，就可以改变旋转磁场的转向，从而改变了电动机转子的转向。

从图4-9可以看出只要将同三相电源连接的三根导线中的任意两根对调位置，就可以改变三相绕组中的电流相序，旋转磁场的方向改变，电动机转子的转向也就随之
改变。

4.1.7 三相异步电动机的转矩与机械特性
电磁转矩 T 是三相异步电动机最重要的物理量之一，机械特性是电动机的主要特性。

对电动机进行分析往往离不开这两方面内容。

1.转矩特性
在电源电压和转子电阻一定的情况下，转矩与转差率的关系曲线T =f (s )就叫转矩特性 。

转矩特性T =f (s )曲线如图4-11所示，当s 很小时， T 与s 成正比；当s 很大时，T 与 s 成反比(以双曲线为渐近线)，并且有最大转矩T
存在。

2.在电源电压和转子电阻一定的情况下，转速与转矩的关系曲线 n = f (T )，称为电动机的机械特性曲线，如图4-12所示。

研究机械特性是为了分析电动机的运行性能。

在机械特性曲线上，要讨论三个转矩。

1）额定转矩 T N
在电动机匀速转动时，其转矩T 必须与阻力转矩平衡，而阻力转矩包括负载转矩T L 和空载损耗转矩T 0。

一般T 0很小，常可忽略，所以
T=T L +T 0≈T L =60/2 n P
（4-4）
上式中：P —电动机的输出功率 ，单位是瓦（ W ）
T
—转矩，单位是(N•m)。

n —转速，单位是 (r / min)。

若功率单位用千瓦，则 T=60/21000πn P =9550n
P （4-5） 额定转矩是电动机在额定负载时的转矩。

可从电动机铭牌上额定功率和额定转速等数据求得。

如某台电动机，P N =7.5kW ，额定转速n N =1440 r / min ，则额定转矩为：
T N =9550N
N n P =9550144010005.7⨯=49.7（Nm ） 正常情况下，电动机都工作在特性曲线的 AB 段，当负载转矩增加时，电动机转速要降低，但对应的电磁转矩却要增加，因为 AB 段比较平坦，所以电动机的转速变化不大。

这种特征称为硬的机械特性。

2）最大转矩 T m
从机械特性曲线上看，转矩有一个最大值，称为最大转矩或临界转矩。

当负载转矩超过最大转矩时，电动机转速急剧下降，电动机将停止转动，产生闷车现象。

电动机一旦闷车，电流立即上升6～7倍，电动机严重过热，以至烧坏。

从另一方面考虑，若在很短时间内过载，在电动机尚未过热就恢复达到正常状态，未损坏电动机是允许的。

因此，最大转矩也表示电动机具有短时间的过载能力。

定义最大转矩与额定转矩的比值为过载系数λ，即
λ=N
m T T （4-6） 一般电动机的过载系数为1.8～2.2。

在选用三相异步电动机时，必须考虑可能出现的最大负载转矩，而后根据所选电动机的过载系数λ算出最大转矩。

3）起动转矩 T st
电动机刚起动 (n =0) 时的转矩称为起动转矩，如图4-12所示的C 点对应的T st 就是起动转矩。

起动转矩与电源电压及转子绕组的电阻有关，当电源电压降低时起动转矩会减小，当适当增加转子绕组的电阻会使起动转矩有所增加。

想一想
你能否将图4-8、图4-9、图4-10三个图中的转换开关从上端拔到下端，通过电流的流向来分析这三个图的工作原理吗？
探究
你能否在图4-1所示的“接线盒”中对6个接线柱进行连接，连接出图4-3所示的定子绕组星形接法和定子绕组三角形接法？可以在三相异步电机上进行操作。