電工電子第4章

第4章電機(jī)與低壓電器實(shí)用汽車電工電子技術(shù)知識目標(biāo)1.了解三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理。2.了解單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與使用。3.熟悉常用低壓電器的結(jié)構(gòu)及用途。4.了解三相交流發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理。技能目標(biāo)1.能拆裝三相異步電動(dòng)機(jī)。2.能對簡單的電機(jī)控制電路進(jìn)行檢修。3.識別常見低壓電器及電路符號。交流電動(dòng)機(jī)電機(jī)的分類電動(dòng)機(jī)：電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能發(fā)電機(jī)：其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能異步機(jī)同步機(jī)三相、單相鼠籠式、繞線式4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)定子（固定部分）

轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）兩個(gè)基本部分：三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

機(jī)座定子繞組銘牌數(shù)據(jù)出線端子定子定子鐵心

定子繞組

機(jī)座

作用是作為異步電動(dòng)機(jī)主磁通磁路的一部分及安放定子繞組，由表面涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成，為了安放定子繞組，在定子鐵心內(nèi)圓開有均勻分布的槽

是異步電動(dòng)機(jī)定子的電路部分，是三相對稱繞組，它由三個(gè)完全相同的繞組所組成，每個(gè)繞組即一相，三個(gè)繞組在空間相差120o電角度機(jī)座的作用是支撐定子鐵心，轉(zhuǎn)子通過軸承、端蓋固定在機(jī)座上，所以要求它有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，并具有一定的散熱能力

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心

轉(zhuǎn)子繞組

轉(zhuǎn)軸

作用也是組成電機(jī)主磁路的一部分及安放轉(zhuǎn)子繞組，由外圓沖有均勻槽口、互相絕緣的硅鋼片疊壓而成，中、小型電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心一般都直接固定在轉(zhuǎn)軸上分為籠型轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子兩種,籠型轉(zhuǎn)子常用裸銅條插入轉(zhuǎn)子槽中，銅條兩端用短路環(huán)焊接起來；線繞式轉(zhuǎn)子也是一個(gè)對稱三相繞組，通常接成星形，其三根引出線分別與固定在轉(zhuǎn)軸上相互絕緣的滑環(huán)相連轉(zhuǎn)軸的作用是支撐轉(zhuǎn)子鐵心，輸出轉(zhuǎn)矩，所以它必須有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，以防斷裂并保證氣隙均勻。轉(zhuǎn)軸一般用中碳鋼制成，軸伸端有鍵槽，以固定帶輪或聯(lián)軸器鼠籠式轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸軸承轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子

鐵心繞組轉(zhuǎn)軸4.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理演示實(shí)驗(yàn)（右手定則）（左手定則）B:磁感應(yīng)強(qiáng)度v:切割速度l:導(dǎo)線長度磁極旋轉(zhuǎn)導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢閉合導(dǎo)線產(chǎn)生電流通電導(dǎo)線在磁場中受力

1.線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)→兩者轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致異步

2.線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢結(jié)論4.2.1

旋轉(zhuǎn)磁場1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生

在三相異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵心中放有三相對稱繞組，在該三相對稱繞組中通入三相對稱交流電流，就可產(chǎn)生一“旋轉(zhuǎn)磁場”代替演示實(shí)驗(yàn)中的磁鐵。AXYCBZAXBYCZ合成磁場方向：向下參考方向：繞組始端到末端的方向AXYCBZAXYCBZ同理分析，可得其他電流角度下的磁場方向

可見，當(dāng)定子繞組中通入三相電流后，它們共同產(chǎn)生的合成磁場是隨著電流的交變而在空間不斷地旋轉(zhuǎn)著，這就是旋轉(zhuǎn)磁場。

2.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向

當(dāng)通入定子繞組的三相電流的相序?yàn)锳-B-C時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向與這個(gè)順序是一致的，可見磁場的轉(zhuǎn)向與定子繞組中的電流相序有關(guān)。旋轉(zhuǎn)方向取決于三相電流的相序。改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的方法：換接其中兩相4.2.2旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速AXYCBZAXYCBZAXYCBZ

旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于磁場的極數(shù)，在一對極的情況下，當(dāng)電流交變一次時(shí)，磁場恰好在空間旋轉(zhuǎn)了一周。N0=60f（r/min）

旋轉(zhuǎn)磁場具有兩對極時(shí)，當(dāng)電流從ωt=0°到ωt=60°經(jīng)歷了60°時(shí)，磁場在空間僅旋轉(zhuǎn)了30°。比P=1時(shí)轉(zhuǎn)速慢了一半，即N0=60f/2（r/min）

所以，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0決定于電流頻率f1和磁場的極對數(shù)p，可推出：極對數(shù)每個(gè)電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速4.2.3電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理

在電動(dòng)機(jī)定子繞組中通入三相對稱交流電流后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。

旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出電動(dòng)勢。

在電動(dòng)勢的作用下，閉合的導(dǎo)條中就有電流，該電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力作用。由電磁力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)起來。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速:電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但

異步電動(dòng)機(jī)無轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運(yùn)動(dòng)無轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流提示：如果異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中:轉(zhuǎn)差率：電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間:（轉(zhuǎn)差率最大）4.2.4轉(zhuǎn)差率同步轉(zhuǎn)速：旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速4.2.5異步電動(dòng)機(jī)的工作過程空載運(yùn)行

空載運(yùn)行指電動(dòng)機(jī)的定子繞組接到三相電源，電動(dòng)機(jī)軸上未帶機(jī)械負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)。

負(fù)載運(yùn)行負(fù)載運(yùn)行指電動(dòng)機(jī)的定子繞組接到三相電源，電動(dòng)機(jī)軸上帶機(jī)械負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)。4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌型號

磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)例如：Y112M－4

用以表明電動(dòng)機(jī)的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機(jī)座長度代號機(jī)座中心高（mm）三相異步電動(dòng)機(jī)教材表4-2中列出了各種電動(dòng)機(jī)的系列代號。異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品名稱代號產(chǎn)品名稱異步電動(dòng)機(jī)繞線式異步電動(dòng)機(jī)防爆型異步電動(dòng)機(jī)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩異步電動(dòng)機(jī)新代號漢字意義老代號Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO（1）額定功率PN額定功率是指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率P2，它不等于從電源吸取的電功率P1。鼠籠電動(dòng)機(jī)

=72％~93％1.技術(shù)數(shù)據(jù)例如：380/220V、Y/是指線電壓為380V時(shí)采用Y聯(lián)結(jié)；線電壓為220V時(shí)采用聯(lián)結(jié)。說明：一般規(guī)定，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電壓不能高于或低于額定值的5%。因?yàn)樵陔妱?dòng)機(jī)滿載或接近滿載情況下運(yùn)行時(shí)，電壓過高或過低都會(huì)使電動(dòng)機(jī)的電流大于額定值,從而使電動(dòng)機(jī)過熱。（2）額定電壓UN電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組上應(yīng)加的線電壓有效值。

三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓有380V、3000V及6000V等多種。（3）額定電流IN例如：Y/6.73/11.64A

表示星形聯(lián)結(jié)下電動(dòng)機(jī)的線電流為6.73A；三角形聯(lián)結(jié)下線電流為11.64A。兩種接法下相電流均為6.73A。電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組的線電流值。（4）額定轉(zhuǎn)速nN電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。（5）額定頻率fN表示電動(dòng)機(jī)定子繞組所接電源的頻率。

2.接法接線盒定子三相繞組的聯(lián)結(jié)方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y聯(lián)結(jié)W1U1V1W2U2V2聯(lián)結(jié)4.絕緣等級

指電機(jī)絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為Y、A、E、B、F、H、C七級，Y級最低(90oC)，C級最高(＞

180oC)。3.防護(hù)方式表示電動(dòng)機(jī)外殼防護(hù)的方式為封閉式電動(dòng)機(jī)。5.工作制指電動(dòng)機(jī)在額定條件下，允許連續(xù)使用的時(shí)間，一般有連續(xù)、短時(shí)和斷續(xù)三種。

案例4.1拆裝一臺三相交流異步電動(dòng)機(jī)，熟悉三相交流異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。三相異步電動(dòng)機(jī)一臺、兆歐表、常用電工工具、活動(dòng)扳手、手錘、紫銅棒、木錘、拉具等

工具

三相異步電動(dòng)機(jī)一臺、兆歐表、常用電工工具、活動(dòng)扳手、手錘、紫銅棒、木錘、拉具等。

操作步驟拆除電動(dòng)機(jī)外部連接導(dǎo)線，做好線頭對應(yīng)的連接標(biāo)記；

用硬物或油漆在端蓋與機(jī)座止口處做好明顯標(biāo)記；

有聯(lián)軸器的電動(dòng)機(jī)要做好電動(dòng)機(jī)軸伸端與聯(lián)軸器上的尺寸標(biāo)記，再用拉具拉下聯(lián)軸器；把軸承的外蓋螺栓松下,卸下軸承外蓋；

清除電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的灰塵和雜物，若軸承潤滑油已臟，則需更換潤滑油脂

；測量電動(dòng)機(jī)各繞組的對地絕緣電阻

；重新裝配好電動(dòng)機(jī)，按所做標(biāo)記校正電刷的位置

。注意：軸承若無需更換，不必拆卸取出

裝配時(shí)，擰緊端蓋螺母時(shí)，必須四周用力均勻，按對角線上下左右擰緊，不能先將一個(gè)螺母擰緊后再擰另一個(gè)螺母。

單相異步電動(dòng)機(jī)的容量一般在750W以下，與同容量的三相異步電動(dòng)機(jī)相比，它的體積較大，運(yùn)行性能較差，但是它結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、運(yùn)行可靠、維修方便，通常廣泛應(yīng)用在小容量的場合，如家用電器（電風(fēng)扇、電冰箱、洗衣機(jī)等）、空調(diào)設(shè)備、電動(dòng)工具（如油泵、砂輪機(jī)）、醫(yī)療器械及輕工設(shè)備中。4.4單相異步電動(dòng)機(jī)采用單相交流電源供電的電動(dòng)機(jī)稱為單相異步電動(dòng)機(jī)。洗衣機(jī)電機(jī)油煙機(jī)電機(jī)電動(dòng)車電機(jī)家用空調(diào)電機(jī)

為使電動(dòng)機(jī)能自行起動(dòng)和改善運(yùn)行性能，除工作繞組（又稱主繞組）外，在定子上還安裝一個(gè)輔助的起動(dòng)繞組（又稱副繞組）。兩個(gè)繞組在空間相距900或一定的電角度。

與三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相似，單相異步電動(dòng)機(jī)包括定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)都是籠型的，定子鐵心由硅鋼片疊壓而成。定子鐵心上嵌有定子繞組。

單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，一般只需要單相繞組即可，但單相繞組通以單相交流電時(shí)產(chǎn)生的磁場是脈動(dòng)磁場，單相運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)沒有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)1）定子具有空間不同相位的2個(gè)繞組。

2）兩相繞組中通入不同相位的交流電流，分相產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。

3）電容器C配得合適，可使超前900→圓形旋轉(zhuǎn)磁勢，TS↑，IS↓。超前900電容分相式異步電動(dòng)機(jī)原理圖

4.4.1電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)

特點(diǎn)：起動(dòng)轉(zhuǎn)距較大，起動(dòng)電流也較大，應(yīng)用在空氣壓縮機(jī)、電冰箱、水泵、電扇(70W)等滿載起動(dòng)的場合。應(yīng)用最普遍旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生

4.4.2罩極式單相異步電動(dòng)機(jī)

罩極式單相異步電動(dòng)機(jī)

罩極式單相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)較簡單，其定子大多做成凸極式的，由硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子仍為籠形。一般有二極和四極兩種，在每個(gè)極面的1/3~1/4處開有小槽，在較小磁極上套有銅短路環(huán)，就好像把這部分的磁極罩起來一樣，所以稱為罩極電動(dòng)機(jī)。罩極式單相異步電動(dòng)機(jī)不能改變轉(zhuǎn)向，它的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較分相式單相異步電動(dòng)機(jī)的小，一般用在空載或輕載起動(dòng)的臺扇、排風(fēng)機(jī)等設(shè)備中。案例4.2拆裝一臺單相異步電動(dòng)機(jī)，熟悉單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。工具

單相異步電動(dòng)機(jī)一臺、兆歐表、常用電工工具、活動(dòng)扳手、手錘、紫銅棒、木錘、拉具等。

操作步驟同【案例4.1】4.5常用低壓電器手動(dòng)電器自動(dòng)電器刀開關(guān)組合開關(guān)按鈕……接觸器繼電器行程開關(guān)……由操作人員手動(dòng)操縱按照指令、信號或某個(gè)物理量的變化而自動(dòng)動(dòng)作額定電壓等級在交流1200V、直流1500V以下的電器

1.閘刀開關(guān)控制對象：380V，5.5kW以下小電動(dòng)機(jī)

考慮到電動(dòng)機(jī)較大的起動(dòng)電流，刀閘的額定電流值一般選擇：（3～5）異步電動(dòng)機(jī)額定電流電路符號QS2.鐵殼開關(guān)

鐵殼開關(guān)外形鐵殼開關(guān)與閘刀開關(guān)的不同之處是將熔斷器和刀片與刀座等安裝在薄鋼板制成的防護(hù)外殼內(nèi)在鐵殼內(nèi)部裝有速斷彈簧，用以加快刀片與刀座分?jǐn)嗨俣龋瑴p少電弧3.組合開關(guān)

組合開關(guān)外形組合開關(guān)也稱為轉(zhuǎn)換開關(guān)，它是一種手動(dòng)電器。組合開關(guān)的結(jié)構(gòu)主要由靜觸點(diǎn)、動(dòng)觸點(diǎn)和絕緣手柄組成。

組合開關(guān)一般在電氣設(shè)備中，用作不頻繁地接通和分?jǐn)嚯娐?，接通電源和?fù)載，控制小容量三相異步電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)及Y-△起動(dòng)等用途。4.按鈕常開(動(dòng)合)按鈕電路符號SB復(fù)合按鈕：常開按鈕和常閉按鈕做在一起。電路符號SB常閉(動(dòng)斷)按鈕電路符號SB作用：接通或斷開控制電路復(fù)位彈簧支柱連桿常閉靜觸頭橋式靜觸頭常開靜觸頭外殼4SBSBSB結(jié)構(gòu)符號名稱常閉按鈕(停止按鈕)常開按鈕(起動(dòng)按鈕)復(fù)合按鈕1234123按鈕帽5.熔斷器符號FU熔斷器額定電流IF的選擇(1)電燈、電爐等電阻性負(fù)載IF>IL(3)頻繁起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)(2)單臺電動(dòng)機(jī)用于低壓線路中的短路保護(hù)。

常用的熔斷器有插入式熔斷器、螺旋式熔斷器、管式熔斷器和有填料式熔斷器。6.交流接觸器用來接通或斷開電動(dòng)機(jī)或其他設(shè)備的主電路。構(gòu)成：主要由電磁鐵和觸點(diǎn)兩部分組成，觸點(diǎn)又可分為主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)。交流接觸器的外形與結(jié)構(gòu)