異步電機(jī)結(jié)構(gòu)和基本工作原理

1、電機(jī)學(xué)電機(jī)學(xué)Electric Machinery第十八章第十八章異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理第十八章第十八章 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 異步電機(jī)的基本工作原理異步電機(jī)的基本工作原理 異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài) 異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 異步電動(dòng)機(jī)的額定值異步電動(dòng)機(jī)的額定值 概述概述2021年12月15日第十八章 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理3一、異步電機(jī)的基本工作原理一、異步電機(jī)的基本工作原理 異步電機(jī)異步電機(jī)定子定子三相對(duì)稱(chēng)繞三相對(duì)稱(chēng)繞組組接在三相對(duì)稱(chēng)交流電網(wǎng)接在三相對(duì)稱(chēng)交流電網(wǎng)上，上，轉(zhuǎn)子繞組對(duì)稱(chēng)短路轉(zhuǎn)子繞組對(duì)稱(chēng)短路

2、。 定子繞組中流過(guò)三相對(duì)稱(chēng)定子繞組中流過(guò)三相對(duì)稱(chēng)電流，在氣隙中產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)電流，在氣隙中產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。磁場(chǎng)。 氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在短路的轉(zhuǎn)子短路的轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生電流繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生電流，該電流與氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該電流與氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的運(yùn)行。異步電機(jī)的運(yùn)行。2021年12月15日第十八章 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理4一、異步電機(jī)的基本工作原理一、異步電機(jī)的基本工作原理 異步電機(jī)主要作電動(dòng)機(jī)使用。異步電機(jī)主要作電動(dòng)機(jī)使用。 主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、制造容易、價(jià)格主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、制造容

3、易、價(jià)格低廉、堅(jiān)固耐用，有較高的效率和相當(dāng)好的工作特低廉、堅(jiān)固耐用，有較高的效率和相當(dāng)好的工作特性。性。 缺點(diǎn)：目前尚不能經(jīng)濟(jì)地在較大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，缺點(diǎn)：目前尚不能經(jīng)濟(jì)地在較大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，以及它必須從以及它必須從電網(wǎng)吸收滯后的無(wú)功功率電網(wǎng)吸收滯后的無(wú)功功率。 分類(lèi)：分類(lèi)：2021年12月15日第十八章 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理5按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分2021年12月15日第十八章 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理6二、異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)異步電機(jī)外形圖 異步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖2021年12月15日第十八章 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理7二、異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、異步電機(jī)的基

4、本結(jié)構(gòu)1. 定子定子 定子鐵心：定子鐵心：電機(jī)主磁路的組成部分，并嵌放定子繞電機(jī)主磁路的組成部分，并嵌放定子繞組。由厚度為組。由厚度為0.5mm的硅鋼片疊裝而成。為了嵌放的硅鋼片疊裝而成。為了嵌放定子繞組，在定子沖片內(nèi)圓周上均勻地沖制若干個(gè)定子繞組，在定子沖片內(nèi)圓周上均勻地沖制若干個(gè)形狀相同的槽。形狀相同的槽。2021年12月15日第十八章 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理8二、異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 定子鐵心的槽形主要有三種：定子鐵心的槽形主要有三種：半閉口槽半閉口槽適用于小型異步適用于小型異步電機(jī)，其繞組是用圓導(dǎo)線繞成的。電機(jī)，其繞組是用圓導(dǎo)線繞成的。半開(kāi)口槽半開(kāi)口槽適用于低

5、壓適用于低壓中型異步電機(jī)，其繞組是成型線圈。中型異步電機(jī)，其繞組是成型線圈。開(kāi)口槽開(kāi)口槽適用于高壓適用于高壓大中型異步電機(jī)，其繞組是用絕緣帶包扎并浸漆處理過(guò)大中型異步電機(jī)，其繞組是用絕緣帶包扎并浸漆處理過(guò)的成型線圈。的成型線圈。 2021年12月15日第十八章 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理9二、異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2. 定子定子 定子繞組：定子繞組：構(gòu)成電路部分。其作用是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、構(gòu)成電路部分。其作用是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、流過(guò)電流、實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。流過(guò)電流、實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。 機(jī)座：機(jī)座：固定和支固定和支撐定子鐵心。因撐定子鐵心。因此要求有足夠的此要求有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。機(jī)械強(qiáng)度

6、。2021年12月15日第十八章 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理10二、異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2. 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心：電機(jī)主磁路的組成部分，并放置轉(zhuǎn)子：電機(jī)主磁路的組成部分，并放置轉(zhuǎn)子繞組。由厚度為繞組。由厚度為0.5mm的硅鋼片疊裝而成，在轉(zhuǎn)的硅鋼片疊裝而成，在轉(zhuǎn)子外圓周上沖制均勻分布的形狀相同的槽。子外圓周上沖制均勻分布的形狀相同的槽。 轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組：構(gòu)成電路部分。有兩種結(jié)構(gòu)型式：籠：構(gòu)成電路部分。有兩種結(jié)構(gòu)型式：籠型繞組和繞線型繞組。型繞組和繞線型繞組。 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸：支撐轉(zhuǎn)子鐵心和輸出、輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩。：支撐轉(zhuǎn)子鐵心和輸出、輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩。 2021年12月15日

7、第十八章 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理11二、異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2. 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 籠型繞組籠型繞組：在轉(zhuǎn)子鐵心均勻分布的每個(gè)槽內(nèi)各放置一：在轉(zhuǎn)子鐵心均勻分布的每個(gè)槽內(nèi)各放置一根導(dǎo)體，在鐵心兩端放置兩個(gè)端環(huán)，分別把所有的導(dǎo)體根導(dǎo)體，在鐵心兩端放置兩個(gè)端環(huán)，分別把所有的導(dǎo)體伸出槽外部分與端環(huán)聯(lián)接起來(lái)。這種籠型繞組一般為鋁伸出槽外部分與端環(huán)聯(lián)接起來(lái)。這種籠型繞組一般為鋁澆鑄的，對(duì)中大型電機(jī)為減小損耗、提高效率，往往采澆鑄的，對(duì)中大型電機(jī)為減小損耗、提高效率，往往采用銅條焊接而成。用銅條焊接而成。2021年12月15日第十八章 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理12二、異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

8、二、異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2. 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 繞線型繞組繞線型繞組：與定子繞組相似、極數(shù)相同的三相對(duì)稱(chēng)繞組：與定子繞組相似、極數(shù)相同的三相對(duì)稱(chēng)繞組。一般接成星形。將三相繞組的三個(gè)引出線分別接到轉(zhuǎn)軸上。一般接成星形。將三相繞組的三個(gè)引出線分別接到轉(zhuǎn)軸上三個(gè)滑環(huán)上，再通過(guò)電刷與外電路接通。繞線型轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)三個(gè)滑環(huán)上，再通過(guò)電刷與外電路接通。繞線型轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)是可以通過(guò)滑環(huán)電刷在轉(zhuǎn)子回路中接入附加電阻，以改善電是可以通過(guò)滑環(huán)電刷在轉(zhuǎn)子回路中接入附加電阻，以改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能、調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能、調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。 2021年12月15日第十八章 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理132021年12月15日第十八

9、章 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理14二、異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 3. 氣隙氣隙 定、轉(zhuǎn)子之間的間隙，定、轉(zhuǎn)子之間的間隙，也是電機(jī)主磁路的組成部分。也是電機(jī)主磁路的組成部分。 氣隙大小對(duì)異步電機(jī)的性氣隙大小對(duì)異步電機(jī)的性能影響很大。能影響很大。 為了減小電機(jī)主磁路的磁為了減小電機(jī)主磁路的磁阻，降低電機(jī)的勵(lì)磁電流，提阻，降低電機(jī)的勵(lì)磁電流，提高電機(jī)的功率因數(shù)，高電機(jī)的功率因數(shù)，氣隙應(yīng)盡氣隙應(yīng)盡可能小可能小。異步電機(jī)氣隙長(zhǎng)度應(yīng)。異步電機(jī)氣隙長(zhǎng)度應(yīng)為定、轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中不發(fā)生機(jī)為定、轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中不發(fā)生機(jī)械摩擦所允許的最小值。械摩擦所允許的最小值。 中、小型異步電機(jī)中，氣中、小型異步電機(jī)中

10、，氣隙長(zhǎng)度一般為隙長(zhǎng)度一般為0.21.5mm。2021年12月15日第十八章 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理15cosNNPNUNIf三、異步電動(dòng)機(jī)的額定值三、異步電動(dòng)機(jī)的額定值NNNNNcos3IUP 2021年12月15日第十八章 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理16Nn2()9550( /min)NNNP kWTnr.2021年12月15日第十八章 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理172 2、對(duì)于中低壓電動(dòng)機(jī)：、對(duì)于中低壓電動(dòng)機(jī)：三、異步電動(dòng)機(jī)的額定值三、異步電動(dòng)機(jī)的額定值5.2 異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)一、異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率一、異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速n1-定子繞組中流

11、過(guò)頻率為定子繞組中流過(guò)頻率為f1的三相的三相對(duì)稱(chēng)電流，在氣隙中產(chǎn)生的基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)對(duì)稱(chēng)電流，在氣隙中產(chǎn)生的基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于定子繞組的轉(zhuǎn)速為于定子繞組的轉(zhuǎn)速為n1。該轉(zhuǎn)速大小取決于電該轉(zhuǎn)速大小取決于電流的頻率流的頻率f1和繞組的極對(duì)數(shù)和繞組的極對(duì)數(shù)p，轉(zhuǎn)向?yàn)閺霓D(zhuǎn)向?yàn)閺某半姵半娏飨嗬@組流相繞組轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向滯后電流相繞組滯后電流相繞組。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n-轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子的機(jī)械轉(zhuǎn)速。pfn116011nnns轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率s-同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差之差對(duì)同步轉(zhuǎn)速對(duì)同步轉(zhuǎn)速n1之比值之比值2021年12月15日第十八章 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理19 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子可以

12、是帶負(fù)載機(jī)，也可以是由原動(dòng)機(jī)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子可以是帶負(fù)載機(jī)，也可以是由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在不同的轉(zhuǎn)子外部條件下，異步電機(jī)將運(yùn)行于不同驅(qū)動(dòng)，在不同的轉(zhuǎn)子外部條件下，異步電機(jī)將運(yùn)行于不同的轉(zhuǎn)速和不同的轉(zhuǎn)差率，對(duì)應(yīng)不同的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)轉(zhuǎn)差的轉(zhuǎn)速和不同的轉(zhuǎn)差率，對(duì)應(yīng)不同的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)轉(zhuǎn)差率的正負(fù)、大小，率的正負(fù)、大小，異步電機(jī)分別對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、異步電機(jī)分別對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電磁制動(dòng)等三種不同運(yùn)行狀態(tài)電磁制動(dòng)等三種不同運(yùn)行狀態(tài)。二、異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)二、異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)0ns0：電動(dòng)機(jī)狀態(tài)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)子側(cè)轉(zhuǎn)子側(cè)：Tem與與n同轉(zhuǎn)向，同轉(zhuǎn)向，Tem為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，Tem0，發(fā)出機(jī)械功率發(fā)出機(jī)械功率定子側(cè)：定子側(cè)：E1與與I1的有功電流的有功電流I1a反方向反方向 ，E1I1an1 s0：發(fā)電機(jī)狀態(tài) 轉(zhuǎn)子側(cè)：Tem與n反轉(zhuǎn)向，Tem為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，Tem0，發(fā)出電功率 此時(shí)，吸收機(jī)械功率 發(fā)出電功率：發(fā)電機(jī)3. n1：電磁制動(dòng)狀態(tài) 轉(zhuǎn)子側(cè)：Tem與n反轉(zhuǎn)向，Tem為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，Tem0，吸收機(jī)械功率 定子側(cè)：E1與I1的有功電流I1a反方向，E1I1a11s0s0n00nn1 由上分析可見(jiàn)，異步電機(jī)只有定子側(cè)是外加電源由上分析可見(jiàn)，異步電機(jī)只有定子側(cè)是外加電源的，轉(zhuǎn)子側(cè)的電動(dòng)勢(shì)和電流，均是由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)感的，轉(zhuǎn)子側(cè)的電