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(dòng)機(jī)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(shí)、繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢、三相異步電動(dòng)機(jī)的空 載、負(fù)載運(yùn)行特性、功率及轉(zhuǎn)矩平衡、工作特 性等進(jìn)行討論。最后針對三相交流異步電動(dòng)機(jī) 的常見故障進(jìn)行了分析介紹。 4.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)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(jī)座：鑄鐵件，保護(hù)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(hù)和固定繞組的引出線端子。 吊環(huán)：起吊、搬抬三相電動(dòng)機(jī)。 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(dòng)機(jī)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(gè)出線端 都引至接線盒上， 首端標(biāo)為U1, V1, W1 ，末端標(biāo)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(dòng)勢 以改善電動(dòng)機(jī)的運(yùn)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(gè) 槽中插入一根銅條， 兩端用一個(gè)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(dòng)機(jī)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(hù)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(dòng)機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)降 低；氣隙太小，使裝配困難，運(yùn)行不可靠，高次 諧波磁場增強(qiáng)，從而使附加損耗增加以及使啟動(dòng) 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(shí)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(shí)，在 繞組中從首端流 向末端，為負(fù)時(shí)， 從末端流向首端。 當(dāng) 0度瞬間，U為零、 V為負(fù)，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(fù)，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(fù)，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(fù)；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(jī)中形成的合成磁場，是一 個(gè)隨時(shí)間變化的旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)電流變 化一個(gè)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(shí)， 用相同的方法分析知：電流變化一個(gè) 周期，磁場只轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)勢的感應(yīng)電動(dòng)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(dòng)勢 及電流。設(shè)旋轉(zhuǎn) 磁場順轉(zhuǎn)，且某 時(shí)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理 工作原理 3. 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng) 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(dòng)機(jī)的一個(gè)基本 參數(shù)，對分析和計(jì)算運(yùn)行狀態(tài)及其機(jī) 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(dòng)機(jī)的銘牌三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌 1型號型號 國產(chǎn)中小型三相電動(dòng)機(jī)型號的系列為Y系列，是以 電機(jī)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(dòng)機(jī)的機(jī)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(dòng)機(jī) 中心高度200mm 6極 2號鐵心 長機(jī)座（M中機(jī)座） （S短機(jī)座） 表4-1 三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌 三 相 異 步 電 動(dòng) 機(jī) 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(hù)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(jī) 廠 在三相異步電動(dòng)機(jī)的外殼上，固定有一牌子，稱銘牌。銘牌上注 明這臺(tái)三相電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的機(jī)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(dòng)機(jī) 表4.33 中型異步三相電動(dòng)機(jī) 機(jī) 座 號1112131415 定子鐵心外 徑（mm） 560650740850990 中心高度 （mm） 375450500560620 機(jī) 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(yùn)行時(shí)軸上所輸出的額定機(jī)械功率（kW） 3額定電壓額定電壓 指接到電動(dòng)機(jī)繞組上的線電壓，使用時(shí)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(shí)，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(dòng)機(jī)所采用的絕緣材料的耐 熱能力，它表明三相電動(dòng)機(jī)允許的最高工作溫度。 8定額定額 允許連續(xù)使用的時(shí)間，分為連續(xù)、短時(shí)、周期斷續(xù)三種。 （1）連續(xù) （2）短時(shí) （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(huì)損壞三相電動(dòng)機(jī)。 10防護(hù)等級防護(hù)等級 外殼的防護(hù)等級，IP是防護(hù)等級標(biāo)志符號，數(shù)字分 別表示電機(jī)防固體和防水能力。如IP44中第一位 數(shù)字“4”表示電機(jī)能防止直徑或厚度大于1毫米 的固體進(jìn)入電機(jī)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(dòng)機(jī)的主要系列三相異步電動(dòng)機(jī)的

11、主要系列 Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)主要系列的型號、名稱、使用特點(diǎn) 和場合見表4-4所示 型號名稱 使用特點(diǎn)和場合 Y (IP44) Y (IP23) (封閉式) 小型三相異 步 電動(dòng)機(jī) (防護(hù)式) 為一般用途三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，可用于起動(dòng)性能、調(diào)速性能及轉(zhuǎn)差 率無特殊要求的機(jī)械設(shè)備，如金屑切削、機(jī)床、水泵、運(yùn)輸機(jī)械、農(nóng) 用機(jī)械 IP44封閉式，能防止灰塵、水滴大量地進(jìn)入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，適用于 灰塵多、水土飛濺的場合 1P23防護(hù)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(dòng)機(jī)內(nèi)部，適用于周圍環(huán)境比較干凈、防護(hù)要求較低的場合 YX 高效率三相 異步電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)效率指標(biāo)較基本系列平均提高

12、3，適用于運(yùn)行時(shí)間較長，負(fù)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(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)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(jī)、車床切削等 YH 高轉(zhuǎn)差率三 相 異步電動(dòng)機(jī) 較高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，較小的起動(dòng)電流，轉(zhuǎn)差率高機(jī)械特性軟。適用于具 有沖擊性負(fù)載 起動(dòng)及逆轉(zhuǎn)較頻繁的機(jī)械設(shè)備，如剪床、沖床、鍛冶機(jī) 械等 型號名稱 使用特點(diǎn)和場合 YB 隔爆型三 相 異步電動(dòng) 機(jī) 電動(dòng)機(jī)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(dòng) 機(jī) 由普通籠型電動(dòng)機(jī)、電磁轉(zhuǎn)差離合器組成，用晶閘管可控直流進(jìn) 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(diǎn)， 轉(zhuǎn)速變化率精度可達(dá)小于3，適用于紡織、化工、造紙、水泥 等恒轉(zhuǎn)矩和通風(fēng)機(jī)型負(fù)載 YR (IP44 ) (封閉式) 繞線轉(zhuǎn)子 三