14ch08電機的基本結(jié)構(gòu)與運行狀態(tài)

1、1第一節(jié) 異步電機的用途和分類第二節(jié) 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)*第三節(jié) 籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)和相數(shù)第四節(jié) 三相異步電動機的運行狀態(tài)第五節(jié) 三相異步電動機的型號及額定值 第八章 異步電機的基本結(jié)構(gòu) 與運行狀態(tài)2 交流電機主要有同步電機與異步電機兩種。同步電機接在頻率為 的電網(wǎng)上運行時，其轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速 ，且 （p為電機極對數(shù)）。而異步電機運行時，轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)頻率之間不存在這樣的關(guān)系。概述異步電機的定義： 轉(zhuǎn)速和所接的交流電源頻率之間沒有嚴格不變關(guān)系的電機。3 異步電機主要作電動機用，其功率范圍從幾瓦到上萬千瓦，是國民經(jīng)濟各行業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用最廣泛的電機，主要拖動各種生產(chǎn)機械。 異步電動機之所以被廣

2、泛應(yīng)用，是由于它結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、效率較高、成本較低及維修方便且適用于多種機械負載的工作特性等優(yōu)點。第一節(jié) 異步電機的用途和分類4 異步電動機存在功率因數(shù)較低和調(diào)速性能較差的缺點，在一些生產(chǎn)機械中，不得不采用其它形式的電機（如直流電機）來拖動。 對于異步電動機引起的功率因數(shù)低問題，可采用一些其它措施來提高電網(wǎng)功率因數(shù)；異步電動機調(diào)速性能差的方面，可采用異步電動機與電力電子裝置結(jié)合，從而構(gòu)成優(yōu)良的調(diào)速系統(tǒng)。第一節(jié) 異步電機的用途和分類5 異步電動機運行時，將定子繞組接到交流電源上，轉(zhuǎn)子繞組直接短路（鼠籠式電機）或起動時接到一可變電阻（繞線式電機）上。異步電機的轉(zhuǎn)子電流由接到電源上的定子建立的基

3、波旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)產(chǎn)生。轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。所以，異步電機又稱作感應(yīng)電機。 異步電機的種類很多。最常用的分類方法，一是按照定子繞組相數(shù)來分，有單相異步電動機、兩相異步電動機和三相異步電動機；二是按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)來分，有繞線式異步電動機和鼠籠式異步電動機。第一節(jié) 異步電機的用途和分類6第二節(jié) 三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 三相異步電動機主要由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定子與轉(zhuǎn)子之間存在氣隙，此外，還有端蓋、軸承、機座、風(fēng)扇等部件。圖8-1 異步電機結(jié)構(gòu)圖1定子2轉(zhuǎn)子3、5軸承4軸承蓋6冷卻風(fēng)扇7外殼71.定子 異步電機的定子由定子鐵心、定子繞組和機座構(gòu)成。 定

4、子鐵心是電機磁路的一部分，為了減小交變磁場在鐵心中引起的鐵耗，定子鐵心采用導(dǎo)磁性能好、鐵耗小、厚度為0.5mm的硅鋼片疊壓而成，疊片間需經(jīng)絕緣處理。為了嵌放定子繞組，每個硅鋼片上都沖制出一些沿圓周均勻分布、尺寸相同的槽。第二節(jié) 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)8圖8-2 定子鐵心圖8-3 定子鐵心沖片第二節(jié) 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)9 定子繞組是定子的電路部分，由若干線圈按照一定規(guī)律嵌放在定子鐵心槽中并聯(lián)接起來構(gòu)成。大中型三相異步電機定子繞組為三相雙層繞組，小型電機為單層繞組。 小型異步電動機定子繞組用高強度漆包圓銅線或鋁線繞制而成；大型異步電動機的導(dǎo)線截面較大，采用矩形截面的銅線或鋁線制成線圈，再放置再定子

5、槽內(nèi)。 定子繞組在交變磁場中感應(yīng)電動勢，繞組中有電流流過，從電網(wǎng)吸收電功率。第二節(jié) 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)10 高壓大功率三相異步電動機定子繞組采用星形聯(lián)結(jié)，只有三根線引出；中、小功率低壓三相異步電動機在運行時，定子繞組通常采用三角形聯(lián)結(jié)，但是一般把三相繞組的6個端子都引出，接到固定在機座上的接線盒中，這樣便于使用者根據(jù)實際需要將三相繞組接成星形或三角形聯(lián)結(jié)。 圖8-4 定子繞組接線端子第二節(jié) 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)11 異步電動機的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)軸用于固定和支撐轉(zhuǎn)子鐵心，并輸出機械功率。 轉(zhuǎn)軸一般用中碳鋼做材料，起支撐和固定轉(zhuǎn)子鐵心及傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。2.轉(zhuǎn)子 圖8-5 籠

6、型轉(zhuǎn)子鐵心及沖片第二節(jié) 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)12 轉(zhuǎn)子繞組是轉(zhuǎn)子的電路部分，在交變的磁場中感應(yīng)電動勢，流過電流并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子繞組分為籠型繞組和繞線型繞組兩種，所以按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分類，異步電機可分為籠型電機和繞線式電機。圖8-6 籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)第二節(jié) 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)13 鼠籠式繞組，是自行短路的對稱繞組，在轉(zhuǎn)子鐵心的每個槽中放置一根導(dǎo)體，稱為導(dǎo)條，每根導(dǎo)條的軸向長度都比鐵心略長。在導(dǎo)條的兩端用短路環(huán)（也稱為端環(huán)）把所有導(dǎo)條伸出鐵心的部分聯(lián)結(jié)起來，形成一個閉合回路，整個繞組的外形象一個鼠籠，因此得名。制造時，把疊好的轉(zhuǎn)子鐵心放在鑄鋁的模具內(nèi)，把鼠籠和端部的內(nèi)風(fēng)扇一次鑄成。 繞線式轉(zhuǎn)子上放置三

7、相交流繞組，其極數(shù)與定子相同，一般用雙層繞組，連接成Y形，三相出線端子引到三個滑環(huán)上，再利用三個固定在定子上的電刷將電動勢引出到外電路，這樣可利用外電路串附加電阻以改善電動機的起動性能或調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，這是繞線式異步電動機的特點。第二節(jié) 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)14圖8-7 繞線式異步電動機接線圖 第二節(jié) 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)153.氣隙 異步電機定子與轉(zhuǎn)子之間有一小的間隙，稱為電機氣隙。氣隙的大小對異步電機運行性能有重要影響。異步電機的氣隙磁場是由勵磁電流產(chǎn)生，為了減小勵磁電流，提高功率因數(shù)，氣隙應(yīng)盡可能小。但氣隙過小不僅使裝配困難，而且電機運行時定、轉(zhuǎn)子之間可能發(fā)生摩擦。氣隙減小，氣隙磁場的高次諧波

8、幅值和附加損耗會增大，因此異步電機最小氣隙長度通常由制造工藝、運行可靠性、運行性能等多種因素決定。異步電機的氣隙較同容量的同步電機要小得多，中小型異步電機的氣隙一般為0.2mm2mm；功率越大，轉(zhuǎn)速越高，氣隙長度越大。第二節(jié) 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)16 任何電機的定子和轉(zhuǎn)子極數(shù)都應(yīng)該相同，否則，電磁轉(zhuǎn)矩等于零，電機無法工作。繞線型轉(zhuǎn)子的極數(shù)，在設(shè)計時通過轉(zhuǎn)子繞組的適當(dāng)聯(lián)結(jié)，使其與定子極數(shù)一致。籠型轉(zhuǎn)子的繞組由導(dǎo)條加端環(huán)構(gòu)成，與繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，其極數(shù)和相數(shù)也有自己的特點，本節(jié)就籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)和相數(shù)進行討論。第三節(jié) 籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)和相數(shù)17 籠型轉(zhuǎn)子的所有導(dǎo)條在兩端都被端環(huán)短路，整個結(jié)構(gòu)對稱，實

9、質(zhì)上它是一個對稱的多相繞組。由于每根導(dǎo)條在氣隙磁場中的位置不同，各導(dǎo)條的感應(yīng)電動勢和電流在時間上相位不同，所以每根導(dǎo)條就構(gòu)成了獨立的一相。1.籠型轉(zhuǎn)子的相數(shù)182.籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù) 由于每個導(dǎo)條內(nèi)電流的空間分布取決于氣隙主磁場的分布，所以籠型轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的磁動勢極數(shù)與產(chǎn)生它的氣隙磁場的極數(shù)恒相等，也就是說，籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子繞組極數(shù)相等，與轉(zhuǎn)子導(dǎo)條數(shù)無關(guān)。并且定子、轉(zhuǎn)子磁動勢的旋轉(zhuǎn)速度始終為同步轉(zhuǎn)速。 19第四節(jié) 三相異步電動機的運行狀態(tài)1.三相異步電動機的基本工作原理 三相異步電動機由定子和轉(zhuǎn)子兩大部件組成，定子上有三相交流繞組，轉(zhuǎn)子按一定方式構(gòu)成閉合回路。當(dāng)定子繞組通入三相對稱交流電后，產(chǎn)生

10、旋轉(zhuǎn)磁場，以 的速度旋轉(zhuǎn)，它切割轉(zhuǎn)子繞組并在其中感應(yīng)出電動勢，電動勢的方向由右手定則決定。20 由于轉(zhuǎn)子是閉合回路，轉(zhuǎn)子中便有電流產(chǎn)生，電流方向與電動勢方向相同，而載流導(dǎo)體在磁場中將產(chǎn)生電磁力 fem ，方向由左手定則決定。由電磁力形成的電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來，轉(zhuǎn)速為n。不過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達不到n1，因為轉(zhuǎn)速如果達到n1時，轉(zhuǎn)子繞組與定子旋轉(zhuǎn)磁場之間便無相對運動，不能在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動勢，從而無法產(chǎn)生電流和轉(zhuǎn)矩。 異步電動機轉(zhuǎn)子的正常運行轉(zhuǎn)速不等于旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的同步轉(zhuǎn)速，這是異步電機的主要特點。 1.三相異步電動機的基本工作原理21 異步電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 與定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速 之間存在轉(zhuǎn)速差 ，此

11、轉(zhuǎn)速差正是定子旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度，它的大小決定著轉(zhuǎn)子電動勢及其頻率的大小，直接影響異步電機的工作狀態(tài)，所以這個轉(zhuǎn)速差對異步電機的運行起了很重要的作用。通常將轉(zhuǎn)速差與同步轉(zhuǎn)速的比值，用轉(zhuǎn)差率 s 來表示。 2. 轉(zhuǎn)差率s22 轉(zhuǎn)差率是異步電機運行時的一個重要物理量。轉(zhuǎn)子靜止時，n =0，則 s =1；轉(zhuǎn)速 n = n1時，則 s =0 。所以，異步電動機運行時，s 的取值范圍在 0 s1。異步電動機在額定負載條件下運行時，一般額定轉(zhuǎn)差率 sN =0.010.06。2. 轉(zhuǎn)差率s23 根據(jù)轉(zhuǎn)差率s為正（或負）的大小，三相異步電動機可分為電動機、發(fā)電機和電磁制動三種運行狀態(tài)。3. 三相異步電

12、動機的三種運行狀態(tài)24（1）電動機運行狀態(tài) 0 s 1 電磁轉(zhuǎn)矩 T 是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，電機作為電動機運行，將從電源吸收(輸入)的電能轉(zhuǎn)變?yōu)檩S上的機械能(輸出)。 圖8-11 異步電機運行狀態(tài)3. 三相異步電動機的三種運行狀態(tài)25（2）發(fā)電機運行狀態(tài) s 0 異步電動機由其它原動機驅(qū)動，使轉(zhuǎn)子仍順著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)，且其轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速，感應(yīng)在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢和電流方向與電動機狀態(tài)時相反，所以產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向反向，電磁轉(zhuǎn)矩對電機轉(zhuǎn)軸起制動作用。 定子繞組中電流有功分量相對于電動機狀態(tài)是反向的，即電機向電網(wǎng)輸送出有功功率，將原動機的機械能通過電磁耦合磁場轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，這時電機為發(fā)電機運行

13、狀態(tài)。 3. 三相異步電動機的三種運行狀態(tài)26（3）電磁制動狀態(tài) 1 s + 作用在轉(zhuǎn)子上的外轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子朝著與旋轉(zhuǎn)磁場方向相反的方向轉(zhuǎn)動，如起重機放下重物，由于轉(zhuǎn)子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場相對運動方向仍與電動機狀態(tài)時一樣，所以感應(yīng)電動勢與電流有功分量與電動機狀態(tài)時相同，電磁轉(zhuǎn)矩方向與電動機運行狀態(tài)時一樣，但外轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子反方向旋轉(zhuǎn)，所以電磁轉(zhuǎn)矩對旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子而言是制動性質(zhì)。這時，電機一方面從電網(wǎng)吸收電功率，另一方面轉(zhuǎn)子也從外部吸收機械功率（來自下放的重物），二者都轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子內(nèi)部電阻上的損耗，異步電機運行在電磁制動狀態(tài)。 3. 三相異步電動機的三種運行狀態(tài)27第四節(jié) 三相異步電動機的型號及額定值 1.三相異步

14、電動機的型號 電機產(chǎn)品的型號一般采用大寫印刷體的漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組成，它是表示電機主要技術(shù)條件、名稱和規(guī)格的一種產(chǎn)品代號。如中小型三相異步電動機表示如下：28大型異步電動機表示為： 我國生產(chǎn)的異步電動機種類很多，Y系列是小型鼠籠全封閉自冷式三相異步電動機，還有如JQ2、JS、JR等系列，可參閱電機產(chǎn)品目錄。 1.三相異步電動機的型號29額定功率 PN：指電機在銘牌規(guī)定的額定條件下，轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率，單位為瓦（W）或千瓦(kW)。額定電壓 UN ：電機在額定工況下運行時，加在定子繞組出線端的線電壓，單位為伏（V）或千伏（kV）。 額定電流 IN ：指電機定子繞組上所加電壓為額定電壓，轉(zhuǎn)軸上輸出功率為額定功率時定子繞組的線電流，單位為安（A）。2.三相異步電動機的額定值30額定頻率 fN ：指加在定子邊的電源頻率，我國規(guī)定標準工頻為50Hz。 額定轉(zhuǎn)速 nN ：指電機在定子繞組加額定電壓，轉(zhuǎn)軸輸出額定功率時的轉(zhuǎn)速，單位為r/min或rpm。額定功率因數(shù) ：是電機在額定運行條件下定子側(cè)的功率因數(shù)。額定效率 ：是電機在額定運行條件下，轉(zhuǎn)