第五章異步電動機

1、1、 定子定子 定子主要用來產生旋轉磁場定子主要用來產生旋轉磁場, ,它由定子它由定子鐵心、鐵心、 定子繞組、定子繞組、 機座等組成。機座等組成。異步電動機基本構成異步電動機基本構成定定 子子轉轉 子子氣氣 隙隙（1）. 機殼機殼 機殼包括端蓋和機座，其作用是支承機殼包括端蓋和機座，其作用是支承定子鐵心和固定整個電機。中小型電機機定子鐵心和固定整個電機。中小型電機機座一般采用鑄鐵鑄造座一般采用鑄鐵鑄造,大型電機機座用鋼板大型電機機座用鋼板焊接而成。焊接而成。 端蓋多用鑄鐵鑄成，用螺栓固端蓋多用鑄鐵鑄成，用螺栓固定在機座兩端。定在機座兩端。（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。鐵心內圓周上分布有若干均勻的平彼此絕緣。鐵心內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 定子繞組是電機定子的電路部分，用定子繞組是電機定子的電路部分，用絕緣銅線或鋁線繞制而成。三相繞組對稱絕緣銅線或鋁線繞制而成。三相繞組對稱地嵌放在定子槽內。地嵌放在定子槽內。 三相異步電動機定三相異步電動機定子繞組的三個首端子繞組的三個首端U1、V1、W1和三個末和三個末端端U2、V2、W2，都

3、從機座上的接線盒中，都從機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，應視電力網的線電壓和各相繞角形接法，應視電力網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、轉子、轉子 轉子主要用來產生旋轉力矩，拖動生轉子主要用來產生旋轉力矩，拖動生產機械旋轉。轉子由轉軸、轉子鐵心、轉產機械旋轉。轉子由轉軸、轉子鐵心、轉子繞組構成。子繞組構成。 （1）. 轉軸轉軸 轉軸用來固定轉子轉軸用來固定轉子鐵心和傳遞功率，鐵心和傳遞功率， 一一般用中碳鋼制成。般用中碳鋼制成。 轉子繞組轉子繞組（2）. 轉子繞組轉子繞組1） 鼠籠式轉子鼠籠式轉子

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

5、步電動機額定值、異步電動機額定值（1）額定功率：指額定運行時輸出的機械功率，單位為瓦（W）或千瓦 （kW）；（2）定子額定電壓：指額定運行狀態(tài)下定子繞組應加的線電壓，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行時的定子繞組線電流，單位為安（A）或千安（kA）；（4）額定功率：指電動機供電電壓的頻率。我國規(guī)定工頻為50赫茲（Hz）；（5）額定轉速：指電機額定運行時的轉速，單位為 轉/分（r/min）。對于三相異步電動機，額定功率為NNNNNIUPcos32、國產異步電機的主要系列、國產異步電機的主要系列異步電動機基本系列為J2、JO2系列，采用了E級絕緣；1979

6、年開始進行了 Y系列電動機的統一設計，采用B級別絕緣，性能良好，運行可靠；上世紀90年代，又設計了替代Y系列電動機的Y2系列，目前已經完成了Y3系列的設計，Y3系列電機全部采用冷軋硅鋼片，具有效率高、噪音低、起動性能好等優(yōu)點。 3、異步電動機的分類、異步電動機的分類按定子相數的不同，可分為單相異步電動機和三相異步電動機；按轉子結構不同，可分為鼠籠式（普通鼠籠、深槽鼠籠、雙鼠籠）異步電動機和繞線式異步電動機；按防護方式的不同，可分為開啟式、封閉式，防爆式等；按電機的容量的大小，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體串聯起來繞成線圈，再按一定規(guī)律將線圈串聯或并聯起來，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，但它們的構成原則基本相同 （1）電動勢和磁動勢波形要接近正弦波，在一定導體數下力求獲得較大基波電動勢和基波磁動勢；（2）三相繞組的電動勢、磁動勢必須對稱，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，機械強度高，散熱條件要好，制造方便；若電機有P對極電角度=P360 =P機械角度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，兩個引出端，一個叫首端，一個叫末端。3、極距、極距 相鄰兩磁極對應位置兩點之間的距離稱為極距，若用定子槽數表示，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應接近極距 極距 Q： 定子槽數 ：極對數長距短距整距y1PQ2p5、槽距角槽距角 定子槽數:3600QQp相鄰槽之間的電角度 6、每極每相槽數每極每相槽數 PmQq2 m:相數 P:極對數 即每一個極下每相所占的槽數7、相帶相帶為了使繞組對稱，通常令每個極面下每相繞組所占的范圍相等，這個范圍稱為相帶。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。由于一個極對應180度電角度，共m相，每個相帶寬度為180/m，三相電機在每極下每相應占 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。為了使每相繞組產生最大電動勢，通常采用60度相帶。 雙層繞組的特點是每一個槽內有上、下兩個線圈邊，每個線圈的一個邊嵌放在某一個槽的上層，另一個邊則嵌放在相隔節(jié)距為y1槽的下層，如圖5-7 所示。由于每槽內放置上下兩個導體邊，所以雙層繞組的線圈數雙層繞組的線圈數等于槽數等于槽數。 2、槽電動勢星形圖和相帶劃分、槽電動勢星形圖和相帶劃分當把各槽內導體按正弦規(guī)律變化的感應電動勢分別用矢量表示時，這些矢量構成一個輻射星形圖，稱為槽電動勢星形圖。下面以一臺4極、36槽三相異步電機為例說明槽電勢星形圖的繪制和相帶的劃分。 （1）繪槽電動勢星形圖）繪槽電動勢星形圖20

10、363602360334362QpPmQq槽電動勢星形圖 （2）劃分相帶）劃分相帶 其相帶劃分如圖所示，以A相為例，A相在每極下應占有3個槽，整個定子中A相共有12個槽，在第一個N極下取1、2、3三個槽作為A相帶，在第一個S極下取10、11、12三個槽作為X相帶，而10、11、12三個槽分別于1、2、3三個槽相差一個極距，即相差180電角度，這兩個線圈組（極相組）反接以后合成電動勢代數相加，其合成電動勢最大。 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星形圖上分相的結果，把屬于各相的導體按一定規(guī)律連接起來，組成對稱三相繞組。根據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，本書僅對雙層疊繞組進行介紹。 繪制繞組展開圖的步驟是： a、繪槽電勢星形圖 b、劃分相帶 c、把各相繞組按一定規(guī)律連接成對稱三相繞組。下面以一臺三相、4極、36槽異步電機為例繪制雙層疊繞組展開圖 (b) 兩條并聯支路疊繞組的優(yōu)點是短距時能節(jié)省端部用銅及得到較多的并聯支路，缺點是由于極相組間連接線較長，在極相組較多時浪費銅材。主要用在10千瓦以上的中小型同步電機和異步電機的定子繞組中。 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生的磁勢時，我們先從分析一個線圈的磁勢入手，進而分析一個線圈組的磁勢，最后推出一相繞組產生的磁勢。 1、整距線圈的磁勢、整距線圈的磁勢下圖表示一

12、臺兩極電機，設定子上有一整距線圈AX，匝數為NC ，當通入交流電ic時，電流方向如圖所示(規(guī)定磁力線出轉子，進定子為磁動勢正方向)2322)(22-2)(sccscsccsciNfiNf當當因交流繞組中通入的電流是交變電流，假設其隨時間按余弦規(guī)律變化，即 tIicccos2矩形波的高度跟著變號，正變負，負變正。這種空間位置固定不動，但幅值的這種空間位置固定不動，但幅值的大小隨時間變化的磁勢稱為脈振磁勢大小隨時間變化的磁勢稱為脈振磁勢。 將上述的矩形分布的脈振磁勢應用富氏級數進行分解，得scscscscFFFf5cos3coscos)(531基波磁勢為 tFtINfscsccccoscoscos

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

14、tIitIiCBA)240cos()240cos()120cos()120cos(coscos111111tFftFftFfsCsBsA)cos()cos(21coscos利用三角公式 將三個脈振磁動勢分解得 )120cos(21)cos(21)240cos(21)cos(21)cos(21)cos(21111111111ssCssBssAtFtFftFtFftFtFf由上式可見，各相電流產生的正向旋轉磁勢在空間上同相位，反向旋轉磁勢在空間上互差120。求合成磁勢時，正向旋轉磁動勢直接相加，反向旋轉磁勢互相抵消，所以三相基波合成磁勢為 )cos()cos(23),(111111ssCBAstF

15、tFffftfIpNkIpNkFFww111135. 19 . 02323)cos(),(11ssFtftt可以看出，合成磁動勢幅值的位置將先與A相繞組軸線重合，再依次與B相、C相繞組軸線重合，所得到的合成磁勢是一個正向推移的旋轉磁勢波。三相交流電流變化一個周期，旋轉磁勢相應地轉過360電角度 從以上分析可知：三相對稱繞組通入三相對稱電流后，所形成的合成磁勢為幅值不變的旋轉波，綜合上述分析，得出三相基波合成磁勢具有以下特性三相合成磁勢為正弦分布旋轉磁勢，轉向由超前電流相轉到滯后電流相。要改變磁場轉向，只須改變三相電流的相序。n幅值F1不變，為各相脈振磁勢幅值的3/2倍，且旋轉幅值的軌跡是圓，所

16、以稱為圓形旋轉磁場。n當某相電流達最大值時，合成旋轉磁勢的幅值恰在這一相 繞組軸線上。 sinmBB 將旋轉磁場的轉速用每秒鐘內轉過的電弧度表示，當時間由0到t時，磁場轉過的電角度a=wtBm：磁場幅值 ：離開原點的電角度 tEtlvBBlvemsin2sin11)(60ZsHnf 若電機為P對極，則轉子每旋轉一周，導體中感應電勢將交變P次，此時電勢頻率為：)(60ZsHPnf 在我國，工業(yè)用電的標準頻率為50Hz，所以 min/30001rpn 21lvBEmtEtlvBemsin2sin11：平均磁密avmavBBB211122. 222)2(222fflBflBffBlEavmm：一極下

17、磁通量 11122.2fE 1y ，則線圈的一根導體位于N極下最大磁密處時，另一根導體恰好處于S極下的最大磁密處。所以兩導體感應電勢瞬時值總是大小相等，方向相反，設線圈匝數NC=1，則整距線圈的電勢為若線圈有NC匝，則 1144. 4CCfNE1111144.42fEEEEC &n轉差率是異步電機的一個主要參數，根據s的正負和大小可以判斷電機的運行狀態(tài)。%10011nnns當轉子的轉向與n1相同且小于n1時（即1s0）為電動機運行狀態(tài)，由下圖知此時電磁轉矩的方向與n相同，它拖動轉子旋轉。n如用原動機拖動感應電機，使感應電機nn1(即sn1,這時轉子從原動機輸入機械功率，通過電磁感應由定子輸出電

18、功率，電機處于發(fā)電機狀態(tài)。3、電磁制動的運行狀態(tài)、電磁制動的運行狀態(tài)n如果由于外力的作用使轉子逆著ns旋轉，（即s1）此時轉子導條中電勢電流方向仍與電動狀態(tài)一樣，電磁轉矩的方向與n相反，所以電磁轉矩為制動性質的，稱為電磁制動狀態(tài)。n 在這種情況下，從轉子輸入機械功率，從定子輸入電功率，兩部分功率一起變?yōu)殡姍C內部的損耗。主磁通的路徑，從定、轉子鐵心和氣隙組成，是一個非線性磁路，受磁路飽和程度影響較大。主磁通是能量轉換的媒介。111112606060sfnnnpnnnpnpfnsnpsfpfn112606011nnnnnn112fsffmwmwmwkNfjEkNfjkNfjE&1111221222244. 444. 444. 4111112221244.444.4&wwkNfjEkNfjE)(