三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

./三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電工設(shè)備總稱(chēng)為電機(jī)。電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換。把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備稱(chēng)為發(fā)電機(jī),而把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備叫做電動(dòng)機(jī)。在生產(chǎn)上主要用的是交流電動(dòng)機(jī),特別三相異步電動(dòng)機(jī),因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。它被廣泛地用來(lái)驅(qū)動(dòng)各種金屬切削機(jī)床、起重機(jī)、鍛壓機(jī)、傳送帶、鑄造機(jī)械、功率不大的通風(fēng)機(jī)及水泵等。對(duì)于各種電動(dòng)機(jī)我們應(yīng)該了解下列幾個(gè)方面的問(wèn)題：〔1基本構(gòu)造；〔2工作原理；〔3表示轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間關(guān)系的機(jī)械特性；〔4起動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)的基本原理和基本方法；〔5應(yīng)用場(chǎng)合和如何正確使用。三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理1．三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造 三相異步電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)基本組成部分為定子〔固定部分和轉(zhuǎn)子〔旋轉(zhuǎn)部分。此外還有端蓋、風(fēng)扇等附屬部分,如圖5-1所示。圖5-1三相電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖1．定子三相異步電動(dòng)機(jī)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(nèi)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(xiàn)繞制好的,對(duì)稱(chēng)地嵌入定子鐵心槽內(nèi)的相同的線(xiàn)圈。這三相繞組可接成星形或三角形。機(jī)座機(jī)座用鑄鐵或鑄鋼制成,其作用是固定鐵心和繞組2．轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由三部分組成：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心由厚度為0.5mm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(zhuǎn)子三相繞組。轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組有兩種形式：鼠籠式--鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。繞線(xiàn)式--繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸上加機(jī)械負(fù)載鼠籠式電動(dòng)機(jī)由于構(gòu)造簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,工作可靠,使用方便,成為了生產(chǎn)上應(yīng)用得最廣泛的一種電動(dòng)機(jī)。為了保證轉(zhuǎn)子能夠自由旋轉(zhuǎn),在定子與轉(zhuǎn)子之間必須留有一定的空氣隙,中小型電動(dòng)機(jī)的空氣隙約在0.2~1.0mm之間。2．三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理1．基本原理為了說(shuō)明三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理,我們做如下演示實(shí)驗(yàn),如圖5-2所示。圖5-2三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理<1>．演示實(shí)驗(yàn)：在裝有手柄的蹄形磁鐵的兩極間放置一個(gè)閉合導(dǎo)體,當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄帶動(dòng)蹄形磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí),將發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體也跟著旋；若改變磁鐵的轉(zhuǎn)向,則導(dǎo)體的轉(zhuǎn)向也跟著改變。<2>．現(xiàn)象解釋?zhuān)寒?dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí),磁鐵與閉合的導(dǎo)體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),鼠籠式導(dǎo)體切割磁力線(xiàn)而在其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流。感應(yīng)電流又使導(dǎo)體受到一個(gè)電磁力的作用,于是導(dǎo)體就沿磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),這就是異步電動(dòng)機(jī)的基本原理。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和磁極旋轉(zhuǎn)的方向相同。<3>．結(jié)論：欲使異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn),必須有旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)和閉合的轉(zhuǎn)子繞組。2．旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)〔1．產(chǎn)生圖5-3表示最簡(jiǎn)單的三相定子繞組AX、BY、CZ,它們?cè)诳臻g按互差1200的規(guī)律對(duì)稱(chēng)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(guò)三相對(duì)稱(chēng)電流：隨著電流在定子繞組中通過(guò),在三相定子繞組中就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)<圖5-4>。圖5-3三相異步電動(dòng)機(jī)定子接線(xiàn)當(dāng)t=00時(shí),,AX繞組中無(wú)電流；為負(fù),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(chǎng)的方向如圖5-4〔a所示。當(dāng)t=1200時(shí),,BY繞組中無(wú)電流；為正,AX繞組中的電流從A流入X流出；為負(fù),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(chǎng)的方向如圖5-4〔b所示。當(dāng)t=2400時(shí),,CZ繞組中無(wú)電流；為負(fù),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(chǎng)的方向如圖5-4〔c所示?？梢?jiàn),當(dāng)定子繞組中的電流變化一個(gè)周期時(shí),合成磁場(chǎng)也按電流的相序方向在空間旋轉(zhuǎn)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(chǎng)也不斷地旋,因此稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。圖5-4旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的形成〔2．旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向是由三相繞組中電流相序決定的,若想改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(xiàn)中的任意兩根對(duì)調(diào)即可。這時(shí),轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。3．三相異步電動(dòng)機(jī)的極數(shù)與轉(zhuǎn)速〔1．極數(shù)〔磁極對(duì)數(shù)p三相異步電動(dòng)機(jī)的極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)和三相繞組的安排有關(guān)。當(dāng)每相繞組只有一個(gè)線(xiàn)圈,繞組的始端之間相差1200空間角時(shí),產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有一對(duì)極,即p=1；當(dāng)每相繞組為兩個(gè)線(xiàn)圈串聯(lián),繞組的始端之間相差600空間角時(shí),產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有兩對(duì)極,即p=2；同理,如果要產(chǎn)生三對(duì)極,即p=3的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),則每相繞組必須有均勻安排在空間的串聯(lián)的三個(gè)線(xiàn)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的關(guān)系為： 〔2．轉(zhuǎn)速n三相異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0與電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)p有關(guān),它們的關(guān)系是：〔5-1由〔5-1可知,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0決定于電流頻率f1和磁場(chǎng)的極數(shù)p。對(duì)某一異步電動(dòng)機(jī)而言,f1和p通常是一定的,所以磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0是個(gè)常數(shù)。在我國(guó),工頻f1=50Hz,因此對(duì)應(yīng)于不同極對(duì)數(shù)p的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0,見(jiàn)表5-1表5-1p123456n0300015001000750600500〔3．轉(zhuǎn)差率s電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向相同,但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0相等,否則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間就沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng),因而磁力線(xiàn)就不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體,轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)子電流以及轉(zhuǎn)矩也就都不存在。也就是說(shuō)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子之間存在轉(zhuǎn)速差,因此我們把這種電動(dòng)機(jī)稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī),又因?yàn)檫@種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的,故又稱(chēng)為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0常稱(chēng)為同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)差率s——用來(lái)表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0相差的程度的物理量。即： <5-2>轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要的物理量。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同步轉(zhuǎn)速n0開(kāi)始旋轉(zhuǎn)時(shí),轉(zhuǎn)子則因機(jī)械慣性尚未轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)子的瞬間轉(zhuǎn)速n=0,這時(shí)轉(zhuǎn)差率S=1。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)之后,n>0,〔n0-n差值減小,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率S<1。如果轉(zhuǎn)軸上的阻轉(zhuǎn)矩加大,則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n降低,即異步程度加大,才能產(chǎn)生足夠大的感受電動(dòng)勢(shì)和電流,產(chǎn)生足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩,這時(shí)的轉(zhuǎn)差率S增大。反之,S減小。異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí),轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速一般很接近,轉(zhuǎn)差率很小。在額定工作狀態(tài)下約為0.015~0.06之間。根據(jù)式<4-2>,可以得到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速常用公式 <5-3>例有一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī),其額定轉(zhuǎn)速n=975r/min,電源頻率f=50Hz,求電動(dòng)機(jī)的極數(shù)和額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率S。解：由于電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速接近而略小于同步轉(zhuǎn)速,而同步轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)于不同的極對(duì)數(shù)有一系列固定的數(shù)值。顯然,與975r/min最相近的同步轉(zhuǎn)速n0=1000r/min,與此相應(yīng)的磁極對(duì)數(shù)p=3。因此,額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率為：〔4．三相異步電動(dòng)機(jī)的定子電路與轉(zhuǎn)子電路三相異步電動(dòng)機(jī)中的電磁關(guān)系同變壓器類(lèi)似,定子繞組相當(dāng)于變壓器的原繞組,轉(zhuǎn)子繞組〔一般是短接的相當(dāng)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(guò),此三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),其磁力線(xiàn)通過(guò)定子和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合,這個(gè)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子和定子的每相繞組中都要感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)?？偨Y(jié)：1、三相異步電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)基本組成部分為定子〔固定部分和轉(zhuǎn)子〔旋轉(zhuǎn)部分。2、欲使異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn),必須有旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)和閉合的轉(zhuǎn)子繞組,并且旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)和閉合的轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)速不同,這也是"異步"二字的含義；3、三相電源流過(guò)在空間互差一定角度按一定規(guī)律排列的三相繞組時(shí),便會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；4、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向是由三相繞組中電源相序決定的；5、三相異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0與電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)p