三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及運(yùn)行詳細(xì)分析

本文格式為Word版，下載可任意編輯——三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及運(yùn)行詳細(xì)分析第九章異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行分析

異步電動(dòng)機(jī)也稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種電機(jī)。例如，中小型軋鋼設(shè)備、礦山機(jī)械、機(jī)床、起重機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、水泵、以及脫粒、磨粉等農(nóng)副產(chǎn)品用的加工機(jī)械，大多采用異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。與其他電動(dòng)機(jī)相比，異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)固耐用、使用便利、運(yùn)行可靠、效率高、易于制造和維修、價(jià)格低廉等大量?jī)?yōu)點(diǎn)。但是，異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用也有一定的限制，這主要是由其調(diào)速性能差、功率因數(shù)低而引起的。

異步電動(dòng)機(jī)是一種交流電機(jī)，它可以是單相的，也可以是三相的。但它的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率沒有同步電機(jī)那樣嚴(yán)格不變的關(guān)系。本章將分別介紹三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特性以及單相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理等。

第一節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、分類及銘牌

一、三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

三相異步電動(dòng)機(jī)由固定的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩個(gè)基本部分組成，轉(zhuǎn)子裝在定子內(nèi)腔里，借助軸承被支撐在兩個(gè)端蓋上。為了保證轉(zhuǎn)子能在定子內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，定子和轉(zhuǎn)子之間必需有一間隙，稱為氣隙。電機(jī)的氣隙是一個(gè)十分重要的參數(shù)，其大小及對(duì)稱性等對(duì)電機(jī)的性能有很大影響。圖9-1所示為三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的組成部件。

圖9-1三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的組成部件

1．定子

定子由定子三相繞組、定于鐵心和機(jī)座組成。

定子三相繞組是異步電動(dòng)機(jī)的電路部分，在異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行中起著很重要的作用，是把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的關(guān)鍵部件。定子三相繞組的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，一般有六個(gè)出線端U1、U2、V1、V2、W1、W2。置于機(jī)座外側(cè)的接線盒內(nèi)，根據(jù)需要接成星形（?）或三角形（?），如圖9一2所示，定子三相繞組的構(gòu)成、連接規(guī)律及其作用將在其次節(jié)專門介紹。

圖9一2三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)出線端

定子鐵心是異步電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，由于主磁場(chǎng)以同步轉(zhuǎn)速相對(duì)定子旋轉(zhuǎn)，為減小在鐵心中引起的損耗，鐵心采用0.5mm厚的高導(dǎo)磁電工鋼片疊成，電工鋼片兩面涂有絕緣漆以減小鐵心的渦流損耗。中小型異步電機(jī)定子鐵心一般采用整圓的沖片疊成，大型異步電機(jī)的定子鐵心一般采用肩型沖片拼成。在每個(gè)沖片內(nèi)圓均勻地開槽，使疊裝后的定子鐵心內(nèi)圓均勻地形成大量形狀一致的槽，用以嵌放定子繞組。槽的形狀由電機(jī)的容量、電壓及繞組的型式而定。繞組的嵌放過程在電機(jī)制造廠中稱為下線。完成下線并進(jìn)行浸漆處理后的鐵心與繞組成為一個(gè)整體一同固定在機(jī)座內(nèi)。

機(jī)座又稱機(jī)殼，它的主要作用是支撐定子鐵心，同時(shí)也承受整個(gè)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的反作用力，運(yùn)行時(shí)由于內(nèi)部損耗所產(chǎn)生的熱量也是通過機(jī)座向外散發(fā)。中、小型電機(jī)的機(jī)座一般采用鑄鐵制成。大型電機(jī)因機(jī)身較大澆注不便，常用鋼板焊接成型。

2．轉(zhuǎn)子

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組及轉(zhuǎn)軸組成。

轉(zhuǎn)子鐵心也是電機(jī)磁路的一部分，也是用電工鋼片疊成。與定子鐵心沖片不同的是，轉(zhuǎn)子鐵心沖片是在沖片的外圓上開槽，疊裝后的轉(zhuǎn)子鐵心外圓柱面上均

勻地形成大量形狀一致的槽，用以放置轉(zhuǎn)子繞組。

轉(zhuǎn)子繞組是異步電動(dòng)機(jī)電路的另一部分，其作用為切割定子磁場(chǎng)，產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電流，并在磁場(chǎng)作用下受力而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)可分為鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組和繞線式轉(zhuǎn)子繞組兩種類型。這兩種轉(zhuǎn)子各自的主要特點(diǎn)是，鼠籠式轉(zhuǎn)子：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造便利，經(jīng)濟(jì)耐用；繞線式轉(zhuǎn)子：結(jié)構(gòu)繁雜，價(jià)格貴，但轉(zhuǎn)子回路可引人外加電阻來改善起動(dòng)和調(diào)速性能。

鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組由置于轉(zhuǎn)子槽中的導(dǎo)條和兩端的端環(huán)構(gòu)成。為儉約用鋼和提高生產(chǎn)率，小功率異步電機(jī)的導(dǎo)條和端環(huán)一般都是溶化的鋁液一次澆鑄出來的；對(duì)于大功率的電機(jī)，由于鑄鋁質(zhì)量不易保證，常用銅條插入轉(zhuǎn)子鐵心槽中，再在兩端焊上端環(huán)。鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組自行閉合，不必由外界電源供電，其外形象一個(gè)鼠籠，故稱鼠籠式轉(zhuǎn)子，如圖9-3所示。

圖9-3鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)（a）鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組；（b）鑄鋁轉(zhuǎn)子

鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組的各相均由單根導(dǎo)條組成，其感應(yīng)電勢(shì)不大，加上導(dǎo)條和鐵心疊片之間的接觸電阻較大，所示無需專門把導(dǎo)條和鐵心用絕緣材料分開。

繞線式轉(zhuǎn)子繞組是用絕緣導(dǎo)線組成，嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)的三相對(duì)稱繞組。三相一般為星型接法，三根引出線分別接到固定在轉(zhuǎn)軸上并相互絕緣的三個(gè)集電環(huán)上，再通過安裝在端蓋上的電刷裝置與集電環(huán)接觸把電流引出來。這種轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)是可以通過集電環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子回路中接入附加電阻，用以改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能，或調(diào)理電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。有的繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)還裝有一種舉刷短路裝置，當(dāng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完畢而又不需要調(diào)理轉(zhuǎn)速時(shí)，移動(dòng)手柄使電刷被舉起而與集電環(huán)脫離接觸，同時(shí)使三只集電環(huán)彼此短接起來，這樣可以減少電刷與集電環(huán)間的磨損和摩擦損耗，提高運(yùn)行可靠性。與鼠籠式轉(zhuǎn)子比較，繞線轉(zhuǎn)子的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)

繁雜，價(jià)格較貴，運(yùn)行的可靠性也較差。因此，繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)只用在要求起動(dòng)電流小、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，或需要調(diào)理轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合，例如，用來拖動(dòng)頻繁起動(dòng)的起重設(shè)備。

轉(zhuǎn)軸是整個(gè)轉(zhuǎn)子部件的安裝基礎(chǔ)，又是力和機(jī)械功率的傳輸部件，整個(gè)轉(zhuǎn)子靠軸和軸承被支撐在定子鐵心內(nèi)腔中。轉(zhuǎn)軸一般由中碳鋼或合金鋼制成。

3．氣隙

異步電機(jī)的氣隙是很小的，中小型電機(jī)一般為0.2～2mm。氣隙越大，磁阻越大，要產(chǎn)生同樣大小的磁場(chǎng)，就需要較大的勵(lì)磁電流。由于氣隙的存在，異步電機(jī)的磁路磁阻遠(yuǎn)比變壓器為大，因而異步電機(jī)的勵(lì)磁電流也比變壓器的大得多。變壓器的勵(lì)磁電流約為額定電流的3%，異步電機(jī)的勵(lì)磁電流約為額定電流的30%。勵(lì)磁電流是無功電流，因而勵(lì)磁電流越大，

功率因數(shù)越低。為提高異步電機(jī)的功率因數(shù)，必需減少它的勵(lì)磁電流，最有效的方法是盡可能縮短氣隙長(zhǎng)度。但是汽隙過小會(huì)使裝配困難，還有可能使定、轉(zhuǎn)子在運(yùn)行時(shí)發(fā)生摩擦或碰撞，因此，氣隙的最小值由制造工藝以及運(yùn)行安全可靠等因素來決定。

4．其他部件

端蓋：安裝在機(jī)座的兩端，它的材料加工方法與機(jī)座一致，一般為鑄鐵件。端蓋上的軸承室里安裝了軸承來支撐轉(zhuǎn)子，以使定子和轉(zhuǎn)子得到較好的同心度，保證轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)膛里正常運(yùn)轉(zhuǎn)。端蓋除了起支撐作用外，還起著保護(hù)定、轉(zhuǎn)子繞組的作用。

軸承：連接轉(zhuǎn)動(dòng)部分與不動(dòng)部分，目前都采用滾動(dòng)軸承以減少摩擦。軸承端蓋：保護(hù)軸承，使軸承內(nèi)的潤滑油不致溢出。風(fēng)扇：冷卻電動(dòng)機(jī)。二、異步電動(dòng)機(jī)的分類

異步電動(dòng)機(jī)按定子相數(shù)可分為三相、單相和兩相異步電動(dòng)機(jī)3類。除約200W以下的電動(dòng)機(jī)多做成單相異步電動(dòng)機(jī)外，現(xiàn)代動(dòng)力用電動(dòng)機(jī)大多數(shù)都為三相異步電動(dòng)機(jī)。兩相異步電機(jī)主要用于微型控制電機(jī)。

依照轉(zhuǎn)子型式，異步電機(jī)可分為鼠籠型轉(zhuǎn)子和繞線型轉(zhuǎn)子兩大類。鼠籠轉(zhuǎn)子又分為普通鼠籠轉(zhuǎn)子、深槽型鼠籠轉(zhuǎn)子和雙鼠籠轉(zhuǎn)子3種。三相繞線式異步電動(dòng)

機(jī)外形示意圖9-4所示，三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)外形示意圖如圖9-5所示。

圖9-4三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)外形

根據(jù)機(jī)殼不同的保護(hù)方式，異步電動(dòng)機(jī)可分為開啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式等。

防護(hù)式異步電動(dòng)機(jī)具有防止外界雜物落入電機(jī)內(nèi)的防護(hù)裝置，一般在轉(zhuǎn)軸上裝有風(fēng)扇，冷卻空氣進(jìn)人電機(jī)內(nèi)部冷卻定于繞組端部及定子鐵心后將熱量帶出來。JZ系列電動(dòng)機(jī)就是鼠籠式轉(zhuǎn)子防護(hù)式異步電動(dòng)機(jī)JR系列電動(dòng)機(jī)是繞線轉(zhuǎn)子防護(hù)式異步電動(dòng)機(jī)。

封閉式異步電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部和外部的空氣是隔開的。它的冷卻是依靠裝在機(jī)殼外面轉(zhuǎn)軸上的風(fēng)扇吹風(fēng)，借機(jī)座上的散熱片將電機(jī)內(nèi)部發(fā)散出來的熱量帶走。這種電機(jī)主要用于塵埃較多的場(chǎng)所，例如