第四章第1節(jié) 結(jié)構(gòu)原理

1、內(nèi)容提要 本章先講述三相異步電動機的工作原理、基本 結(jié)構(gòu)、主要系列，然后針對定子繞組的基本知 識、繞組的感應(yīng)電動勢、三相異步電動機的空 載、負載運行特性、功率及轉(zhuǎn)矩平衡、工作特 性等進行討論。最后針對三相交流異步電動機 的常見故障進行了分析介紹。 4.1 三相異步電動機的工作原理及結(jié)構(gòu)三相異步電動機的工作原理及結(jié)構(gòu) 4.1.1 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):定子、轉(zhuǎn)子、氣隙等。 4.1 三相異步電動機的工作原理及結(jié)構(gòu)三相異步電動機的工作原理及結(jié)構(gòu) 4.1.1 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):定子、轉(zhuǎn)子、氣隙等。 1定子部分 定子作用：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場； 組成：外殼、鐵心、繞組。 （1）外殼： 機座：鑄鐵件，保護和固定定子繞組。外表 有散熱

2、片散熱性能好。 端蓋：鑄鐵件，作用：固定轉(zhuǎn)子。 接線盒：保護和固定繞組的引出線端子。 吊環(huán)：起吊、搬抬三相電動機。 定子部分 （2）定子鐵心 是磁路的一部分， 由薄硅鋼片疊 成。鐵心內(nèi)圓 有均勻分布的 槽口，用來嵌 放定子繞圈。 定 子 沖 片 定 子 鐵 心 定子部分 （3）定子繞組 是電動機的電路部 分，三相繞組對 稱。線圈由絕緣 銅導(dǎo)線繞制。繞 組的六個出線端 都引至接線盒上， 首端標為U1, V1, W1 ，末端標為 U2, V2, W2 。排 列如圖，可以接 成星形或三角形。 （a）星形連接 （b）三角形連接 2轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分 （1）轉(zhuǎn)子鐵心 由薄硅鋼片疊成，是磁 路的一部分，也用

3、來 安放轉(zhuǎn)子繞組。 （2）轉(zhuǎn)子繞組 繞線形與籠形兩種。 繞線形繞組 是三相繞組，一般接成 星形，三相首端引出 到集電環(huán)上，通過電 刷裝置與外電路相連， 可串入電阻或電動勢 以改善電動機的運行 性能。 1集電環(huán)；2電刷；3變阻器 轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分 籠形繞組 在轉(zhuǎn)子鐵心的每一個 槽中插入一根銅條， 兩端用一個端環(huán)把 導(dǎo)條連接起來，如 圖所示。也可把轉(zhuǎn) 子導(dǎo)條和端環(huán)風(fēng)扇 葉片用鋁液一次澆 鑄而成，稱為鑄鋁 轉(zhuǎn)子，如圖所示。 100kW以下的異步 電動機一般采用鑄 鋁轉(zhuǎn)子。 （a）銅排轉(zhuǎn)子 （b）鑄鋁轉(zhuǎn)子 3其他部分 其他部分包括端蓋、風(fēng)扇等。端蓋除了起防護作 用外，在端蓋上還裝有軸承，用以支撐轉(zhuǎn)子軸

4、。 風(fēng)扇則用來通風(fēng)冷卻電動機。三相異步電動機的 定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙，一般僅為0.2mm 1.5mm。氣隙太大，電動機運行時的功率因數(shù)降 低；氣隙太小，使裝配困難，運行不可靠，高次 諧波磁場增強，從而使附加損耗增加以及使啟動 性能變差。 4.1.2 工作原理 1旋轉(zhuǎn)磁場的 產(chǎn)生 在空間位 置上對稱的定 子繞組中通入 時間相位上對 稱的三相交流 電。設(shè)： 圖4.7 三相交流電流波形圖 tiUsin )120sin(tiV )120sin(tiW 工作原理 設(shè)電流為正時，在 繞組中從首端流 向末端，為負時， 從末端流向首端。 當(dāng) 0度瞬間，U為零、 V為負，W為正， 產(chǎn)生的合成磁場， 如圖4.7

5、（a）所示， 右邊是N極，左邊 是S極。 圖4.7 兩極旋轉(zhuǎn)磁場示意圖 工作原理 當(dāng) 90度瞬間， U為正；V、W 為負，產(chǎn)生的 合成磁場，如 圖（b）所示。 工作原理 當(dāng) 180度瞬間， U為零；V為正、 W 為負，產(chǎn)生的合 成磁場，如圖 （c）所示。 工作原理 當(dāng) 300度瞬間，U為 負；V為零、W為 正，產(chǎn)生的合成磁 場，如圖（d）所示。 工作原理 可見，在電機中形成的合成磁場，是一 個隨時間變化的旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)電流變 化一個周期,磁場也旋轉(zhuǎn)一周。 當(dāng)定子繞組連接形成的是兩對磁極時， 用相同的方法分析知：電流變化一個 周期，磁場只轉(zhuǎn)動了半圈，即轉(zhuǎn)速減 慢了一半，由此得： p f n 60

6、1 工作原理 2感應(yīng)電動勢的感應(yīng)電動勢的 產(chǎn)生產(chǎn)生 旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線 被轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割， 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 及電流。設(shè)旋轉(zhuǎn) 磁場順轉(zhuǎn)，且某 時刻為上北極N下 南極S。據(jù)右手定 則可判斷電流方 向。 圖4.8 三相電動機的轉(zhuǎn)動原理 工作原理 3. 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動 流過電流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中要受到電 磁力作用，力F的方向可用左手定則確 定。該電磁對轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，使 轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速 為n。 轉(zhuǎn)速n總是小于而接近于旋轉(zhuǎn)磁場 的轉(zhuǎn)速n1。 工作原理 4轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 n1與n之差與n1之比稱為轉(zhuǎn)差率s， 即 轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個基本 參數(shù)，對分析和計算運行狀態(tài)及其機 械特性有著

7、重要的意義。 1 1 n nn s 4.1.3三相異步電動機的銘牌三相異步電動機的銘牌 1型號型號 國產(chǎn)中小型三相電動機型號的系列為Y系列，是以 電機中心高度為依據(jù)編制規(guī)格系列，如 Y-200L2-6 中、小型三相異步電動機的機座號與定子鐵心外徑及中心 高度的關(guān)系見表4.2和表4.3。 異步電動機 中心高度200mm 6極 2號鐵心 長機座（M中機座） （S短機座） 表4-1 三相異步電動機銘牌 三 相 異 步 電 動 機 型號Y2- 200L-4 額定功率 30kW 額定電流 57.63A 額定電壓 380V 頻率 50HZ接法 D 額定轉(zhuǎn)速 1470r/min 防護等級 IP54 工作制S

8、IF級絕緣 功率因數(shù) 0.82 效率 0.84 電 機 廠 在三相異步電動機的外殼上，固定有一牌子，稱銘牌。銘牌上注 明這臺三相電動機的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，是選擇、安裝、使用和修理 （包括重繞組）三相電動機的重要依據(jù)，如表4-1所示，銘牌的主 要內(nèi)容如下。 主要系列 中、小型三相異步電動機的機座號與定子鐵心外徑及中心 高度的關(guān)系見表4.2和表4.3。 表4.2 小型異步三相電動機 表4.33 中型異步三相電動機 機 座 號1112131415 定子鐵心外 徑（mm） 560650740850990 中心高度 （mm） 375450500560620 機 座 號123456789 定子鐵心外 徑（mm

9、） 120145167210245280327368423 中心高度 （mm） 90100112132160180225250280 主要系列 2額定功率額定功率 滿載運行時軸上所輸出的額定機械功率（kW） 3額定電壓額定電壓 指接到電動機繞組上的線電壓，使用時應(yīng)按規(guī)定 加電壓。 4額定電流額定電流 在額定電壓下，輸出額定功率時，流入定子繞組的線 電流。 額定功率與其他額定數(shù)據(jù)之間有如下關(guān)系式： 5.額定頻率額定頻率： NNNNN IUPcos3 主要系列 6額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 小于對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速n 1。如n1=1 500r/min，則nN =1 440r/min。 7絕緣等級絕緣等級 絕緣等級

10、是指三相電動機所采用的絕緣材料的耐 熱能力，它表明三相電動機允許的最高工作溫度。 8定額定額 允許連續(xù)使用的時間，分為連續(xù)、短時、周期斷續(xù)三種。 （1）連續(xù) （2）短時 （3）周期斷續(xù) 主要系列 9接法接法 星形（Y）和三角形（D）兩種。定子繞組 的連接只能按規(guī)定方法連接，不能任意改變接法， 否則會損壞三相電動機。 10防護等級防護等級 外殼的防護等級，IP是防護等級標志符號，數(shù)字分 別表示電機防固體和防水能力。如IP44中第一位 數(shù)字“4”表示電機能防止直徑或厚度大于1毫米 的固體進入電機內(nèi)殼。第二位數(shù)字“4”表示能承 受任何方向的濺水。 4.1.4 三相異步電動機的主要系列三相異步電動機的

11、主要系列 Y系列三相異步電動機主要系列的型號、名稱、使用特點 和場合見表4-4所示 型號名稱 使用特點和場合 Y (IP44) Y (IP23) (封閉式) 小型三相異 步 電動機 (防護式) 為一般用途三相籠型異步電動機，可用于起動性能、調(diào)速性能及轉(zhuǎn)差 率無特殊要求的機械設(shè)備，如金屑切削、機床、水泵、運輸機械、農(nóng) 用機械 IP44封閉式，能防止灰塵、水滴大量地進入電動機內(nèi)部，適用于 灰塵多、水土飛濺的場合 1P23防護式，能防止水滴或其他雜物從垂直線成600角的范圍內(nèi) ，落入電動機內(nèi)部，適用于周圍環(huán)境比較干凈、防護要求較低的場合 YX 高效率三相 異步電動機 電動機效率指標較基本系列平均提高

12、3，適用于運行時間較長，負載 率較高的場合，可較大幅度的節(jié)約電能 YD 變極多速三 相 異步電動機 電動機的轉(zhuǎn)速可逐級調(diào)節(jié)，有雙速、三速和四速三種類型，調(diào)節(jié)方法 比較簡單，適用于不要求平滑謂速的升降機、車床切削等 YH 高轉(zhuǎn)差率三 相 異步電動機 較高的起動轉(zhuǎn)矩，較小的起動電流，轉(zhuǎn)差率高機械特性軟。適用于具 有沖擊性負載 起動及逆轉(zhuǎn)較頻繁的機械設(shè)備，如剪床、沖床、鍛冶機 械等 型號名稱 使用特點和場合 YB 隔爆型三 相 異步電動 機 電動機外客結(jié)構(gòu)有隔爆措施，可用于燃性氣體(如瓦斯和煤塵)或 蒸氣與空氣形成的爆炸混合物的化工、煤礦等易燃易爆場所 YCT 電磁調(diào)速 三相 異步電動 機 由普通籠型電動機、電磁轉(zhuǎn)差離合器組成，用晶閘管可控直流進 行無級調(diào)速，具有結(jié)構(gòu)簡單、控制功率小，調(diào)速范圍較廣等特點， 轉(zhuǎn)速變化率精度可達小于3，適用于紡織、化工、造紙、水泥 等恒轉(zhuǎn)矩和通風(fēng)機型負載 YR (IP44 ) (封閉式) 繞線轉(zhuǎn)子 三