三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)課件

1、4.1 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) 三相異步電動(dòng)機(jī)的種類很多，但各類三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是相同的，它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承、接線盒、吊環(huán)等其他附件，如圖4.1所示。 圖4.1 封閉式三相籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖1軸承；2前端蓋；3轉(zhuǎn)軸；4接線盒；5吊環(huán)；6定子鐵心；7轉(zhuǎn)子；8定子繞組；9機(jī)座；10后端蓋；11風(fēng)罩；12風(fēng)扇1定子部分 定子是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的。三相電動(dòng)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(dòng)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

2、型，它的作用是保護(hù)和固定三相電動(dòng)機(jī)的定子繞組。中、小型三相電動(dòng)機(jī)的機(jī)座還有兩個(gè)端蓋支承著轉(zhuǎn)子，它是三相電動(dòng)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(dòng)，另外起存放潤(rùn)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(dòng)機(jī)。 定子部分（續(xù)1）（2）定子鐵心 異步電動(dòng)機(jī)定子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，

3、由0.35mm0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，如圖4.2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)圓有均勻分布的槽口，用來嵌放定子繞圈。 （a）定子鐵心 （b）定子沖片 圖4.2 定子鐵心及沖片示意圖 定子部分（續(xù)2）（3）定子繞組 定子繞組是三相電動(dòng)機(jī)的電路部分，三相電動(dòng)機(jī)有三相繞組，通入三相對(duì)稱電流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。三相繞組由三個(gè)彼此獨(dú)立的繞組組成，且每個(gè)繞組又由若干線圈連接而成。每個(gè)繞組即為一相，每個(gè)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(dòng)機(jī)多采用圓漆包線，大、中型三相電動(dòng)機(jī)的

4、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(gè)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(gè)出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4.3 定子繞組的聯(lián)結(jié)轉(zhuǎn)子部分（續(xù)1） 籠形繞組 在轉(zhuǎn)子鐵心的每一個(gè)槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個(gè)銅環(huán)（稱為端環(huán)）把導(dǎo)條連接起來，稱為銅排轉(zhuǎn)子，如圖4.5（a）所示。也可用鑄鋁的方法，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4.5（b）所示。100kW以下的異步電動(dòng)機(jī)一般采用鑄

5、鋁轉(zhuǎn)子。 （a）銅排轉(zhuǎn)子 （b）鑄鋁轉(zhuǎn)子 圖4.5 籠形轉(zhuǎn)子繞組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。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0.2mm1.5mm。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(chǎng)增強(qiáng)，從而使附加損耗增加以及使啟動(dòng)性能變差。工作原理（續(xù)1） 設(shè) 為了分析方便，假設(shè)電流為正值時(shí)，在繞組中從始端流向末端，電流為負(fù)值時(shí)，在繞組中從末端流向首端。 當(dāng) 的瞬間， =0， 為負(fù)值， 為正值，根據(jù)“右手螺旋定則”，三相電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加的結(jié)果，便形

6、成一個(gè)合成磁場(chǎng)，如圖4.6（a）所示，可見此時(shí)的合成磁場(chǎng)是一對(duì)磁極（即二極），右邊是N極，左邊是S極。 圖4.6 兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)示意圖工作原理（續(xù)2） 當(dāng) 時(shí)，即經(jīng)過1/4周期后， 由零變成正的最大值， 仍為負(fù)值， 已變成負(fù)值，如圖4.6（b）所示，這時(shí)合成磁場(chǎng)的方位與 時(shí)相比，已按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過了90。 應(yīng)用同樣的方法，可以得出如下結(jié)論：當(dāng) 時(shí)，合成磁場(chǎng)就轉(zhuǎn)過了180，如圖4.6（c）所示；當(dāng) 時(shí)合成磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)了300，如圖4.6（d）所示；當(dāng) 時(shí)合成磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)了360，即轉(zhuǎn)1周，如圖4.6（a）所示。 由此可見，對(duì)稱三相電流 分別通入對(duì)稱三相繞組U1U2, V1V2, W1W2中所形成的合成

7、磁場(chǎng)，是一個(gè)隨時(shí)間變化的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 以上分析的是電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一對(duì)磁極時(shí)的情況，當(dāng)定子繞組連接形成的是兩對(duì)磁極時(shí)，運(yùn)用相同的方法可以分析出此時(shí)電流變化一個(gè)周期，磁場(chǎng)只轉(zhuǎn)動(dòng)了半圈，即轉(zhuǎn)速減慢了一半。 由此類推，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有p對(duì)極時(shí)（即磁極數(shù)為2p），交流電每變化一個(gè)周期，其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就在空間轉(zhuǎn)動(dòng)1/p轉(zhuǎn)。因此，三相電動(dòng)機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每分鐘的轉(zhuǎn)速n1、定子電流頻率f及磁極對(duì)數(shù)p之間的關(guān)系是 （4-1）工作原理（續(xù)3） 2三相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理 圖4.7為三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理示意圖。 三相交流電通入定子繞組后，便形成了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其轉(zhuǎn)速 。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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

8、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。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(chǎng)按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，且某時(shí)刻為上為北極N下為南極S，如圖4.7所示。根據(jù)右手定則，在上半部轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電動(dòng)勢(shì)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4.7 三相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理工作原理（續(xù)4） 流過電流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力作用，力F的方向可用左手定則確定，如圖4.7所示。電磁力作用于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上，對(duì)轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)起來，轉(zhuǎn)速為n。 三相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n始終不會(huì)加速到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1。因?yàn)橹挥羞@樣，轉(zhuǎn)繞組與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間才會(huì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而切割磁力線，轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體中才能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

9、和電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。由此可見 ，且 ，是異步電動(dòng)機(jī)工作的必要條件，“異步”的名稱也由此而來。 工作原理（續(xù)5） 3轉(zhuǎn)差率 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s，即 （4-2） 轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)基本參數(shù)，對(duì)分析和計(jì)算異步電動(dòng)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(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩 和轉(zhuǎn)速n同向。轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，n=0, ；當(dāng) 時(shí)， ，可知異步電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，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(shí)=1%5%。4.1.3 主要系列 在三相電動(dòng)機(jī)的外殼上，釘有一

10、塊牌子，叫銘牌。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)，銘牌的主要內(nèi)容如下。 1型號(hào) 國(guó)產(chǎn)中小型三相電動(dòng)機(jī)型號(hào)的系列為Y系列，是按國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的三相異步電動(dòng)機(jī)，它是以電機(jī)中心高度為依據(jù)編制型號(hào)譜的，如 Y-200L2-6 中、小型三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)座號(hào)與定子鐵心外徑及中心高度的關(guān)系見表4.1和表4.2。 異步電動(dòng)機(jī)中心高度200mm6極2號(hào)鐵心長(zhǎng)機(jī)座（M中機(jī)座）（S短機(jī)座）主要系列(續(xù)2) 2額定功率 額定功率是指在滿載運(yùn)行時(shí)三相電動(dòng)機(jī)軸上所輸出的額定機(jī)械功率，用表示，以千瓦（kW）或瓦（W）為單位。 3額定電壓

11、額定電壓是指接到電動(dòng)機(jī)繞組上的線電壓，用UN表示。三相電動(dòng)機(jī)要求所接的電源電壓值的變動(dòng)一般不應(yīng)超過額定電壓的5%。電壓過高，電動(dòng)機(jī)容易燒毀；電壓過低，電動(dòng)機(jī)難以啟動(dòng)，即使啟動(dòng)后電動(dòng)機(jī)也可能帶不動(dòng)負(fù)載，容易燒壞。 4額定電流 額定電流是指三相電動(dòng)機(jī)在額定電源電壓下，輸出額定功率時(shí)，流入定子繞組的線電流，用IN表示，以安（A）為單位。若超過額定電流過載運(yùn)行，三相電動(dòng)機(jī)就會(huì)過熱乃至燒毀。三相異步電動(dòng)機(jī)的額定功率與其他額定數(shù)據(jù)之間有如下關(guān)系式 （4-3）式中 額定功率因數(shù) 額定效率 5額定頻率 額定頻率是指電動(dòng)機(jī)所接的交流電源每秒鐘內(nèi)周期變化的次數(shù)，用fN表示。我國(guó)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)電源頻率為50Hz。主要系列(續(xù)3) 6額定轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)速表示三相電動(dòng)機(jī)在額定工作情況下運(yùn)行時(shí)每分鐘的轉(zhuǎn)速，用nN表示，一般是略小于對(duì)應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速n1。如n1=1 500r/min，則nN =1 440r/min。 7絕緣等級(jí) 絕緣等級(jí)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。三相電動(dòng)機(jī)的絕緣等級(jí)和最高允許溫度參見表8.1。 8定額 定額是指三相電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，即允許連續(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) 連續(xù)工作狀態(tài)是指電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行時(shí)