三相異步電動機結構和工作原理

1、三相異步電動機結構與工作原理三相異步電動機實現(xiàn)電能與機械能相互轉換的電工設備總稱為電機。電機是利用電磁感應原理實現(xiàn)電能與機械能的相互轉換。把機械能轉換成電能的設備稱為發(fā)電機，而把電能轉換成機械能的設備叫做電動機。在生產(chǎn)上主要用的是交流電動機，特別三相異步電動機，因為它具有結構簡單、堅固耐用、運行可靠、價格低廉、維護方便等優(yōu)點。它被廣泛地用來驅動各種金屬切削機床、起重機、鍛壓機、傳送帶、鑄造機械、功率不大的通風機及水泵等。對于各種電動機我們應該了解下列幾個方面的問題：（1）基本構造；（2）工作原理；（3）表示轉速與轉矩之間關系的機械特性；（4）起動、調速及制動的基本原理和基本方法；（5）應用場合

2、和如何正確使用。 三相異步電動機的結構與工作原理1三相異步電動機的構造三相異步電動機的兩個基本組成部分為定子（固定部分）和轉子（旋轉部分）。此外還有端蓋、風扇等附屬部分，如圖5-1所示。圖 5-1 三相電動機的結構示意圖1）定子三相異步電動機的定子由三部分組成：定子定子鐵心由厚度為0.5mm的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片內圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放定子三相繞組AX、BY、CZ。定子繞組三組用漆包線繞制好的，對稱地嵌入定子鐵心槽內的相同的線圈。這三相繞組可接成星形或三角形。機座機座用鑄鐵或鑄鋼制成，其作用是固定鐵心和繞組2）轉子三相異步電動機的轉子由三部分組成：轉子轉子鐵心由厚度為0.5

3、mm的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片外圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放轉子三相繞組。轉子繞組轉子繞組有兩種形式： 鼠籠式 - 鼠籠式異步電動機。 繞線式 - 繞線式異步電動機。轉軸轉軸上加機械負載鼠籠式電動機由于構造簡單，價格低廉，工作可靠，使用方便，成為了生產(chǎn)上應用得最廣泛的一種電動機。為了保證轉子能夠自由旋轉，在定子與轉子之間必須留有一定的空氣隙，中小型電動機的空氣隙約在0.21.0mm之間。2三相異步電動機的轉動原理1）基本原理為了說明三相異步電動機的工作原理，我們做如下演示實驗，如圖5-2所示。圖 5-2 三相異步電動機工作原理(1)演示實驗：在裝有手柄的蹄形磁鐵的兩極間放置一個閉合導

4、體，當轉動手柄帶動蹄形磁鐵旋轉時，將發(fā)現(xiàn)導體也跟著旋；若改變磁鐵的轉向，則導體的轉向也跟著改變。(2)現(xiàn)象解釋：當磁鐵旋轉時，磁鐵與閉合的導體發(fā)生相對運動，鼠籠式導體切割磁力線而在其內部產(chǎn)生感應電動勢和感應電流。感應電流又使導體受到一個電磁力的作用，于是導體就沿磁鐵的旋轉方向轉動起來，這就是異步電動機的基本原理。轉子轉動的方向和磁極旋轉的方向相同。(3)結論：欲使異步電動機旋轉，必須有旋轉的磁場和閉合的轉子繞組。2）旋轉磁場（1）產(chǎn)生圖5-3表示最簡單的三相定子繞組AX、BY、CZ，它們在空間按互差1200的規(guī)律對稱排列。并接成星形與三相電源U、V、W相聯(lián)。則三相定子繞組便通過三相對稱電流：隨

5、著電流在定子繞組中通過，在三相定子繞組中就會產(chǎn)生旋轉磁場(圖5-4)。 圖 5-3 三相異步電動機定子接線當wt=00時，AX繞組中無電流；為負，BY繞組中的電流從Y流入B1流出；為正，CZ繞組中的電流從C流入Z流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖5-4（a）所示。當wt=1200時，BY繞組中無電流；為正，AX繞組中的電流從A流入X流出；為負，CZ繞組中的電流從Z流入C流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖5-4（b）所示。當wt=2400時，CZ繞組中無電流；為負，AX繞組中的電流從X流入A流出；為正，BY繞組中的電流從B流入Y流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖5-4（c

6、）所示。可見，當定子繞組中的電流變化一個周期時，合成磁場也按電流的相序方向在空間旋轉一周。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化，產(chǎn)生的合成磁場也不斷地旋，因此稱為旋轉磁場。 圖 5-4 旋轉磁場的形成（2）旋轉磁場的方向旋轉磁場的方向是由三相繞組中電流相序決定的，若想改變旋轉磁場的方向，只要改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線中的任意兩根對調即可。這時，轉子的旋轉方向也跟著改變。3）三相異步電動機的極數(shù)與轉速（1）極數(shù)（磁極對數(shù)p）三相異步電動機的極數(shù)就是旋轉磁場的極數(shù)。旋轉磁場的極數(shù)和三相繞組的安排有關。當每相繞組只有一個線圈，繞組的始端之間相差1200空間角時，產(chǎn)生的旋轉磁場具

7、有一對極，即p=1；當每相繞組為兩個線圈串聯(lián)，繞組的始端之間相差600空間角時，產(chǎn)生的旋轉磁場具有兩對極，即p=2；同理，如果要產(chǎn)生三對極，即p=3的旋轉磁場，則每相繞組必須有均勻安排在空間的串聯(lián)的三個線圈，繞組的始端之間相差400（=1200/p）空間角。極數(shù)p與繞組的始端之間的空間角q的關系為：（2）轉速n三相異步電動機旋轉磁場的轉速n0與電動機磁極對數(shù)p有關，它們的關系是： （5-1）由（5-1）可知，旋轉磁場的轉速n0決定于電流頻率f1和磁場的極數(shù)p。對某一異步電動機而言，f1和p通常是一定的，所以磁場轉速n0是個常數(shù)。在我國，工頻f1=50Hz，因此對應于不同極對數(shù)p的旋轉磁場轉速n

8、0，見表5-1表5-1p123456n0300015001000750600500（3）轉差率s電動機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向相同，但轉子的轉速n不可能達到與旋轉磁場的轉速n0相等，否則轉子與旋轉磁場之間就沒有相對運動，因而磁力線就不切割轉子導體，轉子電動勢、轉子電流以及轉矩也就都不存在。也就是說旋轉磁場與轉子之間存在轉速差，因此我們把這種電動機稱為異步電動機，又因為這種電動機的轉動原理是建立在電磁感應基礎上的，故又稱為感應電動機。旋轉磁場的轉速n0常稱為同步轉速。轉差率s用來表示轉子轉速n與磁場轉速n0相差的程度的物理量。即： (5-2)轉差率是異步電動機的一個重要的物理量。當旋轉磁場以

9、同步轉速n0開始旋轉時，轉子則因機械慣性尚未轉動，轉子的瞬間轉速n=0，這時轉差率S=1。轉子轉動起來之后，n0，（n0-n）差值減小，電動機的轉差率S1。如果轉軸上的阻轉矩加大，則轉子轉速n降低，即異步程度加大，才能產(chǎn)生足夠大的感受電動勢和電流，產(chǎn)生足夠大的電磁轉矩，這時的轉差率S增大。反之，S減小。異步電動機運行時，轉速與同步轉速一般很接近，轉差率很小。在額定工作狀態(tài)下約為0.0150.06之間。根據(jù)式(4-2),可以得到電動機的轉速常用公式 (5-3)例 有一臺三相異步電動機，其額定轉速 n=975r/min，電源頻率f=50Hz，求電動機的極數(shù)和額定負載時的轉差率S。解：由于電動機的額

10、定轉速接近而略小于同步轉速，而同步轉速對應于不同的極對數(shù)有一系列固定的數(shù)值。顯然，與975r/min最相近的同步轉速n0=1000r/min，與此相應的磁極對數(shù)p=3。因此，額定負載時的轉差率為： （4）三相異步電動機的定子電路與轉子電路三相異步電動機中的電磁關系同變壓器類似，定子繞組相當于變壓器的原繞組，轉子繞組（一般是短接的）相當于副繞組。給定子繞組接上三相電源電壓，則定子中就有三相電流通過，此三相電流產(chǎn)生旋轉磁場，其磁力線通過定子和轉子鐵心而閉合，這個磁場在轉子和定子的每相繞組中都要感應出電動勢?？偨Y：1、三相異步電動機的兩個基本組成部分為定子（固定部分）和轉子（旋轉部分）。2、欲使異步電動機旋轉，必須有旋轉的磁場和閉合的轉子繞組，并且旋轉的磁場和閉合的轉子繞組的轉速不同，這也是“異步”二字的含義；3、三相電源流過在空間互差一定角度按一定規(guī)律排列的三相繞組時，便會產(chǎn)生旋轉磁場； 4、旋轉磁場的方向是由三相繞組中電源相序決定的；5、三相異步電動機旋轉磁場的轉速n0與電動機磁極對數(shù)p有關，它們