第五章異步電動(dòng)機(jī)

1、1、 定子定子 定子主要用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)定子主要用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng), ,它由定子它由定子鐵心、鐵心、 定子繞組、定子繞組、 機(jī)座等組成。機(jī)座等組成。異步電動(dòng)機(jī)基本構(gòu)成異步電動(dòng)機(jī)基本構(gòu)成定定 子子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 子子氣氣 隙隙（1）. 機(jī)殼機(jī)殼 機(jī)殼包括端蓋和機(jī)座，其作用是支承機(jī)殼包括端蓋和機(jī)座，其作用是支承定子鐵心和固定整個(gè)電機(jī)。中小型電機(jī)機(jī)定子鐵心和固定整個(gè)電機(jī)。中小型電機(jī)機(jī)座一般采用鑄鐵鑄造座一般采用鑄鐵鑄造,大型電機(jī)機(jī)座用鋼板大型電機(jī)機(jī)座用鋼板焊接而成。焊接而成。 端蓋多用鑄鐵鑄成，用螺栓固端蓋多用鑄鐵鑄成，用螺栓固定在機(jī)座兩端。定在機(jī)座兩端。（2）. 定子鐵心定子鐵心 定子鐵心是磁路的一部分定子鐵

2、心是磁路的一部分,為了降低鐵心損為了降低鐵心損耗耗,采用采用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，硅鋼片間厚的硅鋼片疊壓而成，硅鋼片間彼此絕緣。鐵心內(nèi)圓周上分布有若干均勻的平彼此絕緣。鐵心內(nèi)圓周上分布有若干均勻的平行槽，用來嵌放定子繞組。行槽，用來嵌放定子繞組。定子的硅鋼片定子的硅鋼片（3）. 定子繞組定子繞組 定子繞組是電機(jī)定子的電路部分，用定子繞組是電機(jī)定子的電路部分，用絕緣銅線或鋁線繞制而成。三相繞組對(duì)稱絕緣銅線或鋁線繞制而成。三相繞組對(duì)稱地嵌放在定子槽內(nèi)。地嵌放在定子槽內(nèi)。 三相異步電動(dòng)機(jī)定三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的三個(gè)首端子繞組的三個(gè)首端U1、V1、W1和三個(gè)末和三個(gè)末端端U2、V2、W2，都

3、從機(jī)座上的接線盒中，都從機(jī)座上的接線盒中引出。三相繞組具體采用星形接法還是三引出。三相繞組具體采用星形接法還是三角形接法，應(yīng)視電力網(wǎng)的線電壓和各相繞角形接法，應(yīng)視電力網(wǎng)的線電壓和各相繞組的工作電壓而定。組的工作電壓而定。定子線圈2、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子主要用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，拖動(dòng)生轉(zhuǎn)子主要用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)產(chǎn)機(jī)械旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成。子繞組構(gòu)成。 （1）. 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)軸用來固定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸用來固定轉(zhuǎn)子鐵心和傳遞功率，鐵心和傳遞功率， 一一般用中碳鋼制成。般用中碳鋼制成。 轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組（2）. 轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組1） 鼠籠式轉(zhuǎn)子鼠籠式轉(zhuǎn)子

4、鼠籠式轉(zhuǎn)子是由安放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)的裸導(dǎo)體鼠籠式轉(zhuǎn)子是由安放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)的裸導(dǎo)體和兩端的短路環(huán)連接而成的。轉(zhuǎn)子繞組就像一個(gè)鼠和兩端的短路環(huán)連接而成的。轉(zhuǎn)子繞組就像一個(gè)鼠籠形狀故稱其為鼠籠式轉(zhuǎn)子。籠形狀故稱其為鼠籠式轉(zhuǎn)子。鼠籠繞組鼠籠繞組鼠籠轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子3. 轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心 轉(zhuǎn)子鐵心也屬于磁路的一部分，轉(zhuǎn)子鐵心也屬于磁路的一部分， 也用也用0.5mm的硅鋼的硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子鐵心固定在轉(zhuǎn)軸上，其外圓均勻分布的片疊壓而成。轉(zhuǎn)子鐵心固定在轉(zhuǎn)軸上，其外圓均勻分布的槽是用來放置轉(zhuǎn)子繞組的。槽是用來放置轉(zhuǎn)子繞組的。 轉(zhuǎn)子的硅鋼片轉(zhuǎn)子的硅鋼片 2） 繞線式轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子 繞線式電動(dòng)機(jī)繞線式電動(dòng)機(jī) 1、異

5、步電動(dòng)機(jī)額定值、異步電動(dòng)機(jī)額定值（1）額定功率：指額定運(yùn)行時(shí)輸出的機(jī)械功率，單位為瓦（W）或千瓦 （kW）；（2）定子額定電壓：指額定運(yùn)行狀態(tài)下定子繞組應(yīng)加的線電壓，單位為伏（V）或千伏（kV）；（3）定子額定電流：指額定電壓和額定功率下運(yùn)行時(shí)的定子繞組線電流，單位為安（A）或千安（kA）；（4）額定功率：指電動(dòng)機(jī)供電電壓的頻率。我國(guó)規(guī)定工頻為50赫茲（Hz）；（5）額定轉(zhuǎn)速：指電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，單位為 轉(zhuǎn)/分（r/min）。對(duì)于三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率為NNNNNIUPcos32、國(guó)產(chǎn)異步電機(jī)的主要系列、國(guó)產(chǎn)異步電機(jī)的主要系列異步電動(dòng)機(jī)基本系列為J2、JO2系列，采用了E級(jí)絕緣；1979

6、年開始進(jìn)行了 Y系列電動(dòng)機(jī)的統(tǒng)一設(shè)計(jì)，采用B級(jí)別絕緣，性能良好，運(yùn)行可靠；上世紀(jì)90年代，又設(shè)計(jì)了替代Y系列電動(dòng)機(jī)的Y2系列，目前已經(jīng)完成了Y3系列的設(shè)計(jì)，Y3系列電機(jī)全部采用冷軋硅鋼片，具有效率高、噪音低、起動(dòng)性能好等優(yōu)點(diǎn)。 3、異步電動(dòng)機(jī)的分類、異步電動(dòng)機(jī)的分類按定子相數(shù)的不同，可分為單相異步電動(dòng)機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)；按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，可分為鼠籠式（普通鼠籠、深槽鼠籠、雙鼠籠）異步電動(dòng)機(jī)和繞線式異步電動(dòng)機(jī)；按防護(hù)方式的不同，可分為開啟式、封閉式，防爆式等；按電機(jī)的容量的大小，可分為微型、小型、中型和大型。交流繞組是將屬于同一相的導(dǎo)體串聯(lián)起來繞成線圈，再按一定規(guī)律將線圈串聯(lián)或并聯(lián)起來，交流繞組一

7、般為三相，一般用字母a、b和c分別表示三相繞組的首端，用x、y和z分別表示三相繞組的末端。雖然交流繞組的型式各不相同，但它們的構(gòu)成原則基本相同 （1）電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)波形要接近正弦波，在一定導(dǎo)體數(shù)下力求獲得較大基波電動(dòng)勢(shì)和基波磁動(dòng)勢(shì)；（2）三相繞組的電動(dòng)勢(shì)、磁動(dòng)勢(shì)必須對(duì)稱，電阻、電抗要平衡；（3）繞組銅耗小，用銅量少；（4）繞組的絕緣可靠，機(jī)械強(qiáng)度高，散熱條件要好，制造方便；若電機(jī)有P對(duì)極電角度=P360 =P機(jī)械角度02、線圈線圈 組成繞組的基本單元是線圈。由一匝或多匝組成，兩個(gè)引出端，一個(gè)叫首端，一個(gè)叫末端。3、極距、極距 相鄰兩磁極對(duì)應(yīng)位置兩點(diǎn)之間的距離稱為極距，若用定子槽數(shù)表示，則 pQ

8、24、節(jié)距節(jié)距 線圈兩邊所跨定子圓周上的距離，用y1表示，y1應(yīng)接近極距 極距 Q： 定子槽數(shù) ：極對(duì)數(shù)長(zhǎng)距短距整距y1PQ2p5、槽距角槽距角 定子槽數(shù):3600QQp相鄰槽之間的電角度 6、每極每相槽數(shù)每極每相槽數(shù) PmQq2 m:相數(shù) P:極對(duì)數(shù) 即每一個(gè)極下每相所占的槽數(shù)7、相帶相帶為了使繞組對(duì)稱，通常令每個(gè)極面下每相繞組所占的范圍相等，這個(gè)范圍稱為相帶。即：每極下每相所占有的區(qū)域稱每極下每相所占有的區(qū)域稱為相帶為相帶。由于一個(gè)極對(duì)應(yīng)180度電角度，共m相，每個(gè)相帶寬度為180/m，三相電機(jī)在每極下每相應(yīng)占 有600電角度。600相帶排列的繞組稱為600相帶繞組。若把每對(duì)極的范圍分為三

9、部分，每相占三分之一，即為1200相帶。為了使每相繞組產(chǎn)生最大電動(dòng)勢(shì)，通常采用60度相帶。 雙層繞組的特點(diǎn)是每一個(gè)槽內(nèi)有上、下兩個(gè)線圈邊，每個(gè)線圈的一個(gè)邊嵌放在某一個(gè)槽的上層，另一個(gè)邊則嵌放在相隔節(jié)距為y1槽的下層，如圖5-7 所示。由于每槽內(nèi)放置上下兩個(gè)導(dǎo)體邊，所以雙層繞組的線圈數(shù)雙層繞組的線圈數(shù)等于槽數(shù)等于槽數(shù)。 2、槽電動(dòng)勢(shì)星形圖和相帶劃分、槽電動(dòng)勢(shì)星形圖和相帶劃分當(dāng)把各槽內(nèi)導(dǎo)體按正弦規(guī)律變化的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別用矢量表示時(shí)，這些矢量構(gòu)成一個(gè)輻射星形圖，稱為槽電動(dòng)勢(shì)星形圖。下面以一臺(tái)4極、36槽三相異步電機(jī)為例說明槽電勢(shì)星形圖的繪制和相帶的劃分。 （1）繪槽電動(dòng)勢(shì)星形圖）繪槽電動(dòng)勢(shì)星形圖20

10、363602360334362QpPmQq槽電動(dòng)勢(shì)星形圖 （2）劃分相帶）劃分相帶 其相帶劃分如圖所示，以A相為例，A相在每極下應(yīng)占有3個(gè)槽，整個(gè)定子中A相共有12個(gè)槽，在第一個(gè)N極下取1、2、3三個(gè)槽作為A相帶，在第一個(gè)S極下取10、11、12三個(gè)槽作為X相帶，而10、11、12三個(gè)槽分別于1、2、3三個(gè)槽相差一個(gè)極距，即相差180電角度，這兩個(gè)線圈組（極相組）反接以后合成電動(dòng)勢(shì)代數(shù)相加，其合成電動(dòng)勢(shì)最大。 3、三相雙層繞組展開圖、三相雙層繞組展開圖繪制繞組展開圖是根據(jù)星形圖上分相的結(jié)果，把屬于各相的導(dǎo)體按一定規(guī)律連接起來，組成對(duì)稱三相繞組。根據(jù)線圈的形狀和連接規(guī)律的不同，雙層繞組又分為疊繞

11、組和波繞組兩類，本書僅對(duì)雙層疊繞組進(jìn)行介紹。 繪制繞組展開圖的步驟是： a、繪槽電勢(shì)星形圖 b、劃分相帶 c、把各相繞組按一定規(guī)律連接成對(duì)稱三相繞組。下面以一臺(tái)三相、4極、36槽異步電機(jī)為例繪制雙層疊繞組展開圖 (b) 兩條并聯(lián)支路疊繞組的優(yōu)點(diǎn)是短距時(shí)能節(jié)省端部用銅及得到較多的并聯(lián)支路，缺點(diǎn)是由于極相組間連接線較長(zhǎng)，在極相組較多時(shí)浪費(fèi)銅材。主要用在10千瓦以上的中小型同步電機(jī)和異步電機(jī)的定子繞組中。 因組成一相繞組的基本單元是線圈，所以在分析單相繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)時(shí)，我們先從分析一個(gè)線圈的磁勢(shì)入手，進(jìn)而分析一個(gè)線圈組的磁勢(shì)，最后推出一相繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)。 1、整距線圈的磁勢(shì)、整距線圈的磁勢(shì)下圖表示一

12、臺(tái)兩極電機(jī)，設(shè)定子上有一整距線圈AX，匝數(shù)為NC ，當(dāng)通入交流電ic時(shí)，電流方向如圖所示(規(guī)定磁力線出轉(zhuǎn)子，進(jìn)定子為磁動(dòng)勢(shì)正方向)2322)(22-2)(sccscsccsciNfiNf當(dāng)當(dāng)因交流繞組中通入的電流是交變電流，假設(shè)其隨時(shí)間按余弦規(guī)律變化，即 tIicccos2矩形波的高度跟著變號(hào)，正變負(fù)，負(fù)變正。這種空間位置固定不動(dòng)，但幅值的這種空間位置固定不動(dòng)，但幅值的大小隨時(shí)間變化的磁勢(shì)稱為脈振磁勢(shì)大小隨時(shí)間變化的磁勢(shì)稱為脈振磁勢(shì)。 將上述的矩形分布的脈振磁勢(shì)應(yīng)用富氏級(jí)數(shù)進(jìn)行分解，得scscscscFFFf5cos3coscos)(531基波磁勢(shì)為 tFtINfscsccccoscoscos

13、cos22411次諧波磁勢(shì)為 tFtINfscscccvcoscoscoscos22412、整距線圈組的磁勢(shì)、整距線圈組的磁勢(shì) 整距線圈組是由若干個(gè)節(jié)距相等、匝數(shù)相同、依次沿定子圓周錯(cuò)開同一角度的整距線圈串聯(lián)而成，由上述單個(gè)整距線圈磁勢(shì)，很容易推出整距線圈組的磁勢(shì)。2sin21qRFq2sin21RFc1(112sin2sin2sin22sin2dqqkqqqRqRFF代數(shù)和）11119 . 0dccdcqqkINkqFF2sin2sin1qqkd1dk為基波分布因數(shù)基波分布因數(shù) 所以，1、對(duì)稱三相繞組的基波合成磁勢(shì)、對(duì)稱三相繞組的基波合成磁勢(shì))240cos(2)120cos(2cos2tIi

14、tIitIiCBA)240cos()240cos()120cos()120cos(coscos111111tFftFftFfsCsBsA)cos()cos(21coscos利用三角公式 將三個(gè)脈振磁動(dòng)勢(shì)分解得 )120cos(21)cos(21)240cos(21)cos(21)cos(21)cos(21111111111ssCssBssAtFtFftFtFftFtFf由上式可見，各相電流產(chǎn)生的正向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)在空間上同相位，反向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)在空間上互差120。求合成磁勢(shì)時(shí)，正向旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)直接相加，反向旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)互相抵消，所以三相基波合成磁勢(shì)為 )cos()cos(23),(111111ssCBAstF

15、tFffftfIpNkIpNkFFww111135. 19 . 02323)cos(),(11ssFtftt可以看出，合成磁動(dòng)勢(shì)幅值的位置將先與A相繞組軸線重合，再依次與B相、C相繞組軸線重合，所得到的合成磁勢(shì)是一個(gè)正向推移的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)波。三相交流電流變化一個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)相應(yīng)地轉(zhuǎn)過360電角度 從以上分析可知：三相對(duì)稱繞組通入三相對(duì)稱電流后，所形成的合成磁勢(shì)為幅值不變的旋轉(zhuǎn)波，綜合上述分析，得出三相基波合成磁勢(shì)具有以下特性三相合成磁勢(shì)為正弦分布旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，轉(zhuǎn)向由超前電流相轉(zhuǎn)到滯后電流相。要改變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向，只須改變?nèi)嚯娏鞯南嘈颉幅值F1不變，為各相脈振磁勢(shì)幅值的3/2倍，且旋轉(zhuǎn)幅值的軌跡是圓，所

16、以稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。n當(dāng)某相電流達(dá)最大值時(shí)，合成旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的幅值恰在這一相 繞組軸線上。 sinmBB 將旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速用每秒鐘內(nèi)轉(zhuǎn)過的電弧度表示，當(dāng)時(shí)間由0到t時(shí)，磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過的電角度a=wtBm：磁場(chǎng)幅值 ：離開原點(diǎn)的電角度 tEtlvBBlvemsin2sin11)(60ZsHnf 若電機(jī)為P對(duì)極，則轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，導(dǎo)體中感應(yīng)電勢(shì)將交變P次，此時(shí)電勢(shì)頻率為：)(60ZsHPnf 在我國(guó)，工業(yè)用電的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz，所以 min/30001rpn 21lvBEmtEtlvBemsin2sin11：平均磁密avmavBBB211122. 222)2(222fflBflBffBlEavmm：一極下

17、磁通量 11122.2fE 1y ，則線圈的一根導(dǎo)體位于N極下最大磁密處時(shí)，另一根導(dǎo)體恰好處于S極下的最大磁密處。所以兩導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)瞬時(shí)值總是大小相等，方向相反，設(shè)線圈匝數(shù)NC=1，則整距線圈的電勢(shì)為若線圈有NC匝，則 1144. 4CCfNE1111144.42fEEEEC &n轉(zhuǎn)差率是異步電機(jī)的一個(gè)主要參數(shù)，根據(jù)s的正負(fù)和大小可以判斷電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。%10011nnns當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與n1相同且小于n1時(shí)（即1s0）為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，由下圖知此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩的方向與n相同，它拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。n如用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)感應(yīng)電機(jī)，使感應(yīng)電機(jī)nn1(即sn1,這時(shí)轉(zhuǎn)子從原動(dòng)機(jī)輸入機(jī)械功率，通過電磁感應(yīng)由定

18、子輸出電功率，電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。3、電磁制動(dòng)的運(yùn)行狀態(tài)、電磁制動(dòng)的運(yùn)行狀態(tài)n如果由于外力的作用使轉(zhuǎn)子逆著ns旋轉(zhuǎn)，（即s1）此時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中電勢(shì)電流方向仍與電動(dòng)狀態(tài)一樣，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與n相反，所以電磁轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)性質(zhì)的，稱為電磁制動(dòng)狀態(tài)。n 在這種情況下，從轉(zhuǎn)子輸入機(jī)械功率，從定子輸入電功率，兩部分功率一起變?yōu)殡姍C(jī)內(nèi)部的損耗。主磁通的路徑，從定、轉(zhuǎn)子鐵心和氣隙組成，是一個(gè)非線性磁路，受磁路飽和程度影響較大。主磁通是能量轉(zhuǎn)換的媒介。111112606060sfnnnpnnnpnpfnsnpsfpfn112606011nnnnnn112fsffmwmwmwkNfjEkNfjkNfjE&1111221222244. 444. 444. 4111112221244.444.4&wwkNfjEkNfjE)(1mmmmmjXRIZIE&