三相異步電動機(jī)工作原理

1、電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理講講 課課 人：逯華磊人：逯華磊授課重點：授課重點：三相交流異步電動機(jī)原理及結(jié)構(gòu)三相交流異步電動機(jī)原理及結(jié)構(gòu)授課目標(biāo)：授課目標(biāo)：了解電動機(jī)原理和熟悉電動機(jī)結(jié)構(gòu)了解電動機(jī)原理和熟悉電動機(jī)結(jié)構(gòu)電動機(jī)培訓(xùn)內(nèi)容安排電動機(jī)培訓(xùn)內(nèi)容安排 1、電動機(jī)的分類 2、直流電動機(jī)特點 3、異步電動機(jī)特點 4、三相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu) 5、三相異步電動機(jī)原理 6、三相異步電動機(jī)銘牌解釋 7、三相異步電動機(jī)常見故障分析1.1.電機(jī)分類電機(jī)分類 靜止電機(jī)-變壓器 旋轉(zhuǎn)電機(jī) 直流電機(jī)交流電機(jī)2.2.直流電機(jī)的特點直流電機(jī)的特點 直流發(fā)電機(jī)的電勢波形較好，對電磁干擾的影響小。 直流電動機(jī)

2、的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。 直流電動機(jī)過載能力較強(qiáng)，熱動和制動轉(zhuǎn)矩較大。 由于存在換向器，其制造復(fù)雜，價格較高異步電機(jī)同步電機(jī)異步與同步的概念異步與同步的概念：所謂異步及同步是指電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)與氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向及速度是否相同，相同即稱為同步反之就是異步。 交流電機(jī)3.13.1交流電機(jī)的特點交流電機(jī)的特點 異步電機(jī)主要用作電動機(jī)，去拖動各種生產(chǎn)機(jī)械。 異步電動機(jī)的優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、價格低廉、運(yùn)行可靠、堅固耐用、運(yùn)行效率較高和具有適用的工作特征。 異步電動機(jī)的缺點:功率因數(shù)較差。異步電動機(jī)運(yùn)行時，必須從電網(wǎng)里吸收落后性的無功功率，它的功率因數(shù)總是小于。 3.23.2異步電動

3、機(jī)的主要用途及優(yōu)缺點異步電動機(jī)的主要用途及優(yōu)缺點4.14.1三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)下面是它主要部件的拆分圖。下面是它主要部件的拆分圖。 右圖是一臺三相鼠籠型異右圖是一臺三相鼠籠型異步電動機(jī)的外形圖。步電動機(jī)的外形圖。4.1.1定子部分 定子是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的。三相電動機(jī)的定子一般由外殼、定子鐵心、定子繞組等部分組成。 （1）外殼：三相電動機(jī)外殼包括機(jī)座、端蓋、軸承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。 機(jī)座：鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是保護(hù)和固定三相電動機(jī)的定子繞組。中、小型三相電動機(jī)的機(jī)座還有兩個端蓋支承著轉(zhuǎn)子，它是三相電動機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的重要組成部分。通常，機(jī)座的外表要求散熱性能好，所

4、以一般都鑄有散熱片。 端蓋：用鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是把轉(zhuǎn)子固定在定子內(nèi)腔中心，使轉(zhuǎn)子能夠在定子中均勻地旋轉(zhuǎn)。 軸承蓋：也是鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型的，它的作用是固定轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子不能軸向移動，另外起存放潤滑油和保護(hù)軸承的作用。 接線盒：一般是用鑄鐵澆鑄，其作用是保護(hù)和固定繞組的引出線端子。 吊環(huán)：一般是用鑄鋼制造，安裝在機(jī)座的上端，用來起吊、搬抬三相電動機(jī)。 （2）定子鐵心 異步電動機(jī)定子鐵心是電動機(jī)磁路的一部分，由0.35mm0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，如圖3.2所示。由于硅鋼片較薄而且片與片之間是絕緣的，所以減少了由于交變磁通通過而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內(nèi)圓有均勻分布的

5、槽口，用來嵌放定子繞圈。 （a）定子鐵心 （b）定子沖片 圖3.2 定子鐵心及沖片示意圖 （3）定子繞組 定子繞組是三相電動機(jī)的電路部分，三相電動機(jī)有三相繞組，通入三相對稱電流時，就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。三相繞組由三個彼此獨(dú)立的繞組組成，且每個繞組又由若干線圈連接而成。每個繞組即為一相，每個繞組在空間相差120電角度。線圈由絕緣銅導(dǎo)線或絕緣鋁導(dǎo)線繞制。中、小型三相電動機(jī)多采用圓漆包線，大、中型三相電動機(jī)的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內(nèi)。定子三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，首端分別標(biāo)為U1, V1, W1 ，末端分別標(biāo)為U2, V2, W2 。這六個出

6、線端在接線盒里的排列如圖4.3所示，可以接成星形或三角形。 （a）星形連接 （b）三角形連接 圖3.3 定子繞組的聯(lián)結(jié) 定子繞組:是電路重要的組成部分定子繞組用絕緣的銅（或鋁）導(dǎo)線繞成，嵌在定子槽內(nèi)。異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成的 。1、轉(zhuǎn)子鐵心：是電動機(jī)磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上，整個轉(zhuǎn)子的外表呈圓柱形。2、轉(zhuǎn)子繞組：分為籠型和繞線型兩類。 4.2.1轉(zhuǎn)子部分 籠型轉(zhuǎn)子：籠型繞組是一個自己短路的繞組。在轉(zhuǎn)子的每個槽里放上一根導(dǎo)體，在鐵心的兩端用端環(huán)連接起來，形成一個短路的繞組。如果把轉(zhuǎn)子鐵心拿掉，則可看出，剩下來的繞組形狀像

7、個松鼠籠子，因此又叫鼠籠轉(zhuǎn)子。導(dǎo)條的材料有用銅的，也有用鋁的。 如果用的是銅料，就需要把事先做好的裸銅條插入轉(zhuǎn)子鐵心上的槽里，再用銅端環(huán)套在伸了兩端的銅條上，最后焊在一起，如圖(b)所示。如果用的是鑄鋁，就連同端環(huán)、風(fēng)扇一次鑄成，如圖(c)所示 ?；\型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、是一種經(jīng)濟(jì)、耐用的電機(jī)，所以應(yīng)用極廣。 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。風(fēng)扇則用來通風(fēng)冷卻電動機(jī)。三相異步電動機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙，一般僅為0.2mm1.5mm。氣隙太大，電動機(jī)運(yùn)行時的功率因數(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

8、增加以及使啟動性能變差。4.3.1其他部分 三相交流電通入定子繞組后，便形成了一個旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)速 。旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線被轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有電流流過。設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場按順時針方向旋轉(zhuǎn)，且某時刻為上為北極N下為南極S，如圖3.7所示。根據(jù)右手定則，在上半部轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電動勢和電流方向由里向外，用表示；在下半部則由外向里，用表示。 圖3.8 三相電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理pfn601i iA Ai iB Bi iC C t ti iO O原理：定子旋轉(zhuǎn)磁場以速度n0切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感生電動勢（發(fā)電機(jī)右手定則），在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中形成電流，使導(dǎo)體受電磁力作用形成

9、電磁轉(zhuǎn)矩，推動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n順n0方向旋轉(zhuǎn)（電動機(jī)左手定則），并從軸上輸出一定大小的機(jī)械功率。(n不能等于n0)特點：電動機(jī)內(nèi)必須有一個以n0旋轉(zhuǎn)的磁場。實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的前提；電動運(yùn)行時n恒不等于n0（異步）必要條件nn0； 建立轉(zhuǎn)矩的電流由感應(yīng)產(chǎn)生。感應(yīng)名稱的來源。NSn0n異步電動機(jī)模型籠型轉(zhuǎn)子 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，如圖3.8所示。電磁力作用于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上，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)起來，轉(zhuǎn)速為n。 三相電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n始終不會加速到旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1。因為只有這樣，轉(zhuǎn)繞組與旋轉(zhuǎn)磁場之間才會有相對運(yùn)動而切割磁力線，轉(zhuǎn)子繞

10、組導(dǎo)體中才能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)磁場的方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。由此可見 ，且 ，是異步電動機(jī)工作的必要條件，“異步”的名稱也由此而來。 nn11nn 轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差與同步轉(zhuǎn)速n1之比稱為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率s，即 轉(zhuǎn)差率是異步電動機(jī)的一個基本參數(shù)，對分析和計算異步電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)及其機(jī)械特性有著重要的意義。當(dāng)異步電動機(jī)處于電動狀態(tài)運(yùn)行時，電磁轉(zhuǎn)矩 和轉(zhuǎn)速n同向。轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動時，n=0, ；當(dāng) 時， ，可知異步電動機(jī)處于電動狀態(tài)時，轉(zhuǎn)差率的變化范圍總在0和1之間，即0s1。一般情況下，額定運(yùn)行時=1%5%。11nnnsemT111nnnsnn

11、1011nnnsi iA Ai iB Bi iC CA AB BC CX XY YZ Zi iA A = I= Im msinsin t ti iB B = I= Im msinsin( ( t t 120120 ) )i iC C = I= Im msinsin( ( t + t + 120120 ) )i iA Ai iB Bi iC C相序相序 A-B-CA-B-C 對稱三相電流對稱三相電流流入流入對稱三相繞組。對稱三相繞組。 t ti iO Oi iA A t t = 0 = 0 t ti iA AZ ZB BX XC CY Yi iA A = = 0 0i iB B 為為負(fù)負(fù)值值i

12、iC C 為為正正值值N NS S0 0電流的流入端用電流的流入端用 + + 表示表示 i iB Bi iC C電流的流出端用電流的流出端用 表示表示O O t t t t = 60 = 60i iA AZ ZB BX XC CY YN NS S6060i iC C = = 0 0 i iB B 為為負(fù)負(fù)值值 i iA A 為為正正值值i iA Ai iB Bi iC CO O t t = 90 = 90A AZ ZB BX XC CY YN NS S9090i iA A 為為正正值值 i iB B 為為負(fù)負(fù)值值 i iC C 為為負(fù)負(fù)值值 t ti ii iA Ai iB Bi iC CO

13、O t t = 180 = 180A AZ ZB BX XC CY Yi iA A = 0 = 0 i iB B 為為正正值值 i iC C 為為負(fù)負(fù)值值180180N NS S t ti ii iA Ai iB Bi iC CO O t t = 0= 0A AZ ZB BX XC CY YN NS S0 0N N t t =180=180 A AZ ZB BX XC CY YS S180180 t t = 90= 90A AZ ZB BX XC CY YN NS S9090 t t = =6060 A AZ ZB BX XC CY YN NS S6060空間相差空間相差 120 角的三相繞組

14、，通入對稱三相電流時，角的三相繞組，通入對稱三相電流時，產(chǎn)生的是一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，當(dāng)電流經(jīng)過一個周期變化時，產(chǎn)生的是一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，當(dāng)電流經(jīng)過一個周期變化時，磁場也沿著順時針方向旋轉(zhuǎn)了一周磁場也沿著順時針方向旋轉(zhuǎn)了一周( (在空間旋轉(zhuǎn)的角度為在空間旋轉(zhuǎn)的角度為360 ) )。綜上分析可以得出：綜上分析可以得出： t ti ii iA Ai iB Bi iC CO OA AB BC CX XY YZ Zi iA Ai iC C9090 60600 0 A AZ ZB BX XC CY YN NS S0 0A AZ ZB BX XC CY YN NS S6060相序相序 A-C-B-AA-C

15、-B-AA AZ ZB BX XC CY YN NS S9090i iB B 改變流入三相繞組的電流相序，就能改變旋轉(zhuǎn)磁改變流入三相繞組的電流相序，就能改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向；改變了旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，也就改變了三相場的轉(zhuǎn)向；改變了旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，也就改變了三相異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。綜上分析可以得出：綜上分析可以得出： 要正確使用電動機(jī)，必須要看懂銘牌。今以Y132M-4型電動機(jī)為例，來說明銘牌上各個數(shù)據(jù)的意義。6.16.1電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)電機(jī)銘牌數(shù)據(jù) 為了適應(yīng)不同用途和不同工作環(huán)境的需要，電動機(jī)制成不同的系列，每種系列用各種型號表示。6.1.16.1.1電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)-

16、-型號型號6.1.16.1.1電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)- -型號型號U U1 1U U2 2V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2U U1 1U U2 2V V1 1V V2 2W W1 1W W2 2U U1 1V V1 1W W1 1W W2 2U U2 2V V2 2U U1 1V V1 1W W1 1W W2 2U U2 2V V2 26.1.26.1.2電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)- -接法接法3 3、電壓、電壓 銘牌上所標(biāo)的電壓值是指電動機(jī)在額定運(yùn)行時定子繞組上應(yīng)加的線電壓。4 4、電流、電流 銘牌上所標(biāo)的電流值是指電動機(jī)在額定運(yùn)行時定子繞組的線電流。5 5、功率與效率、功率

17、與效率 銘牌上所標(biāo)的功率值是指電動機(jī)在額定運(yùn)行時軸上輸出的機(jī)械功率值。所謂效率就是輸出功率與輸入功率的比值。6.1.36.1.3電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)- -其他參數(shù)其他參數(shù)6 6、功率因數(shù)、功率因數(shù) 因為電動機(jī)是電感性負(fù)載，定子相電流比相電壓滯后一個角。cos 就是功率因數(shù)。7 7、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速 由于生產(chǎn)機(jī)械對轉(zhuǎn)速的要求不同，需要生產(chǎn)不同磁極數(shù)的異步電動機(jī)，因此有不同的轉(zhuǎn)速等級。最常用的是四磁極的（n0=1500r/min)。8 8、絕緣等級、絕緣等級 絕緣等級是按電動機(jī)繞組所用的絕緣材料在使用時容許的極限溫度來分級的。所謂極限溫度，是指電動機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)中最熱點的最高容許溫度。YFHC90155180大于1806.1.36.1.3電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)電機(jī)銘牌數(shù)據(jù)- -其他參數(shù)其他參數(shù)9 9防護(hù)等級防護(hù)等級 防護(hù)等級表示三相電動機(jī)外殼的防護(hù)等級，其中IP是防護(hù)等級標(biāo)志符號，其后面的兩位數(shù)字分別表示電機(jī)防固體和防水能力。數(shù)字越大，防護(hù)能力越強(qiáng)，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