三相電機(jī)結(jié)構(gòu)原理

1、學(xué)習(xí)情境 2.1三相交流異步電動機(jī)的安裝與維修 任務(wù)一、三相交流異步電動機(jī)的拆卸與安裝任務(wù)二、電動機(jī)典型故障的檢測與維修1一、三相異步電動機(jī)概述異步電機(jī)的定義： 轉(zhuǎn)速和所接的交流電源頻率之間沒有嚴(yán)格不變關(guān)系的電機(jī)。2一、三相異步電動機(jī)概述異步電動機(jī)的用途 異步電機(jī)主要作電動機(jī)用，其功率范圍從幾瓦到上萬千瓦，是國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用最廣泛的電機(jī)，主要拖動各種生產(chǎn)機(jī)械。 異步電動機(jī)之所以被廣泛應(yīng)用，是由于它結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、效率較高、成本較低及維修方便且適用于多種機(jī)械負(fù)載的工作特性等優(yōu)點(diǎn)。3三相交流異步電動機(jī)的拆卸與安裝一三相異步電動機(jī)概述二三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)三三相異步電動機(jī)的銘牌

2、四三相異步電動機(jī)的繞組任務(wù)一4三相交流異步電動機(jī)啟動調(diào)速技術(shù) 一、學(xué)習(xí)情境一三相交流異步電動機(jī)的安裝與維修 二、學(xué)習(xí)情境二給水系統(tǒng)電動機(jī)啟動方法設(shè)計 三、學(xué)習(xí)情境三空調(diào)器電動機(jī)調(diào)速方法設(shè)計 5一、三相異步電動機(jī)概述異步電動機(jī)的分類異步電機(jī)的種類很多，最常用的分類方法是：一按照定子繞組相數(shù)來分，有單相異步電動機(jī)、 兩相異步電動機(jī)和三相異步電動機(jī)；二是按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)來分，有繞線式異步電動機(jī)和鼠籠式異步電動機(jī)。6二、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu) 三相異步電動機(jī)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(jī)座、風(fēng)扇等部件。7二、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)一、定子 異步電機(jī)的

3、定子由定子鐵心、定子繞組和機(jī)座構(gòu)成。 定子鐵心是電機(jī)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。8二、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)9二、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu) 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(jī)定子繞組為三相雙層繞組，小型電機(jī)為單層繞組。小型異步電動機(jī)定子繞組用高強(qiáng)度漆包圓銅線或鋁線繞制而成；大型異步電動機(jī)的導(dǎo)線截面較大，采用矩形截面的銅線或鋁線制成線圈，再放置再定子槽內(nèi)。高壓

4、大功率三相異步電動機(jī)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(jī)在運(yùn)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，這樣便于使用者根據(jù)實(shí)際需要將三相繞組接成星形或三角形聯(lián)結(jié)。10二、轉(zhuǎn)子 異步電動機(jī)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。 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。二、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)11二、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)二、轉(zhuǎn)子 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(jī)可分為籠型電機(jī)和繞線式電

5、機(jī)。12 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。 繞線式轉(zhuǎn)子上放置三相交流繞組，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(jī)的起動性能或調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，這是繞線式異步電動機(jī)的特點(diǎn)。二、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)13二、三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)三、氣隙 異步電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間有一小的間隙，稱為電機(jī)氣隙。氣

6、隙的大小對異步電機(jī)運(yùn)行性能有重要影響。異步電機(jī)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(jī)運(yùn)行時定、轉(zhuǎn)子之間可能發(fā)生摩擦。異步電機(jī)的氣隙較同容量的同步電機(jī)要小得多，中小型異步電機(jī)的氣隙一般為0.2mm2mm；功率越大，轉(zhuǎn)速越高，氣隙長度越大。14三、三相異步電動機(jī)的銘牌 三相異步電動機(jī)性能參數(shù)使用連接等的說明書銘牌的意義15三、三相異步電動機(jī)的銘牌銘牌標(biāo)明的參數(shù)額定功率PN ：指電機(jī)在銘牌規(guī)定的額定條下，轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率，單位為W或kW。額定電壓 UN ：電機(jī)在額定工況下運(yùn)行時，加在定子繞組出線端的線電壓，單位為V。額定電流

7、 IN ：指電機(jī)定子繞組上所加電額定電壓，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）。16三、三相異步電動機(jī)的銘牌額定頻率 FN：指加在定子邊的電源頻率，我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工頻為50Hz。額定轉(zhuǎn)速 nN ：指電機(jī)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r/min。額定功率因數(shù) ：是電機(jī)在額定運(yùn)行條件下定子側(cè)的功率因數(shù)。額定效率 ： 是電機(jī)在額定運(yùn)行條件下，轉(zhuǎn)軸輸出的機(jī)械功率（即額定功率）與定子側(cè)輸入的電功率（即額定輸入功率）的比值。銘牌標(biāo)明的參數(shù)17三、三相異步電動機(jī)的銘牌銘牌說明的其他意義除了以上各額定值外 三相異步電機(jī)在銘牌上還標(biāo)出了相數(shù)、繞組聯(lián)結(jié)方式、絕緣等級、額定

8、溫升等。 對三相繞線式異步電機(jī)，還標(biāo)有轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)結(jié)方式及轉(zhuǎn)子的額定電壓和電流。18四、三相異步電動機(jī)的繞組交流繞組的用途 交流電機(jī)的三相定子繞組是電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的主要部件，通過它電機(jī)產(chǎn)生一個極數(shù)、大小、波形均滿足要求的磁場，同時在定子繞組中感應(yīng)出頻率、大小和波形及其對稱性均滿足要求的電動勢。19交流繞組的構(gòu)成原則四、三相異步電動機(jī)的繞組1.合成電動勢和磁動勢的波形接近正弦波，即要求電動勢和磁動勢中的諧波分量盡可??；2.在一定的導(dǎo)體數(shù)下，能得到較大的基波電動勢和磁動勢；3.三相繞組中，電動勢和磁動勢的基波對稱，即三相大小相等，相位互差 ，且三相阻抗相等；4.繞組銅耗小，用銅量少；5.絕緣

9、可靠，機(jī)械強(qiáng)度高，散熱條件好，制造工藝簡單，維護(hù)檢修方便。20交流繞組分類方法四、三相異步電動機(jī)的繞組 按照其相數(shù)、繞組層數(shù)、每極下每相槽數(shù)和繞法進(jìn)行分類，分別可分為：（1）單相、兩相、三相和多相繞組；（2）單層繞組和雙層繞組，單層繞組又分為等元件式、交叉式和同心式繞組，雙層繞組又分為迭繞組和波繞組；（3）整數(shù)槽繞組和分?jǐn)?shù)槽繞組。21四、三相異步電動機(jī)的繞組三相雙層繞組 現(xiàn)代10kW以上的三相交流電機(jī)，其定子繞組一般都采用雙層繞組，雙層繞組的每個槽內(nèi)有上、下兩個線圈邊。同一個線圈的一條邊在某一槽的上層，另一條邊則在相距為y的另一槽的下層。整個繞組的線圈數(shù)與槽數(shù)相等。 雙層繞組的主要優(yōu)點(diǎn)為： 在

10、采用分布繞組的同時，選擇最合適的節(jié)距，可改善電動勢和磁動勢波形；所有線圈尺寸相同，便于制造；端部形狀排列整齊，有利于散熱和增強(qiáng)機(jī)械度。22四、三相異步電動機(jī)的繞組雙層繞組圖迭繞組和波繞組線圈23四、三相異步電動機(jī)的繞組 繞組嵌線時，相鄰的兩個串聯(lián)線圈中，后一個線圈緊“迭”在前一個線圈上，這種繞組稱為迭繞組。迭繞組24四、三相異步電動機(jī)的繞組波繞組 把所有同一極性下屬于同一相的線圈按波浪形依次串聯(lián)起來，組成一組；再把所有另一極性下屬于同一相的線圈按波浪形依次串聯(lián)起來，組成另一組；最后把這兩大組線圈根據(jù)需要串聯(lián)或并聯(lián)，構(gòu)成一相繞組。波繞組的優(yōu)點(diǎn)：可減少線圈之間的連接線25電動機(jī)典型故障的檢測與維修

11、任務(wù)二一三相異步電動機(jī)的工作原理二三相異步電動機(jī)的典型故障與維修26一、三相異步電動機(jī)的工作原理 三相異步電動機(jī)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。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 ，方向由左手定則決定。原理27一、三相異步電動機(jī)的工作原理 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(dá)不到n1，因?yàn)檗D(zhuǎn)速如果達(dá)到n1時，轉(zhuǎn)子繞組與定子旋轉(zhuǎn)磁場之間便無相

12、對運(yùn)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。28一、三相異步電動機(jī)的工作原理轉(zhuǎn)差率s轉(zhuǎn)差率是異步電機(jī)運(yùn)行時的一個重要物理量。轉(zhuǎn)子靜止時， ，則 ；轉(zhuǎn)速 時，則 。所以，異步電動機(jī)運(yùn)行時，s的取值范圍在 。異步電動機(jī)在額定負(fù)載條件下運(yùn)行時，一般額定轉(zhuǎn)差率 。29一、三相異步電動機(jī)的工作原理 根據(jù)轉(zhuǎn)差率s為正（或負(fù)）的大小，三相異步電動機(jī)可分為電動機(jī)、發(fā)電機(jī)和電磁制動三種運(yùn)行狀態(tài)。30一、三相異步電動機(jī)的工作原理電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩T是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，電機(jī)作為電動機(jī)運(yùn)行，將從電源吸收（輸入）的電能轉(zhuǎn)變?yōu)檩S上的機(jī)械能（輸出）31一、三相異步電動機(jī)的工作原理發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài) 如果異步電動機(jī)由

13、其它原動機(jī)驅(qū)動，使轉(zhuǎn)子仍順著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)，并且使其轉(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(jī)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(jī)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(jī)狀態(tài)是反向的，即電機(jī)向電網(wǎng)輸送出有功功率，將原動機(jī)的機(jī)械能通過電磁耦合磁場轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，這時電機(jī)為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，如圖（c）所示。 32一、三相異步電動機(jī)的工作原理電磁制動狀態(tài) 如果作用在電動機(jī)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(jī)放下重物的情況，由于轉(zhuǎn)子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場相對運(yùn)動方向仍與電動機(jī)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(jī)狀態(tài)時相

14、同，電磁轉(zhuǎn)矩方向如圖（a）所示，與電動機(jī)運(yùn)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(jī)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(jī)械功率，二者都轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子內(nèi)部電阻上的損耗，異步電機(jī)運(yùn)行在電磁制動狀態(tài)。 33二、三相異步電動機(jī)的典型故障與維修 若電動機(jī)工作在正常負(fù)載（接近額定）時，端電壓降低對電機(jī)運(yùn)行不利。此時，轉(zhuǎn)子電流較大，端電壓降低時，轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流的兩個電流分量中，負(fù)載分量起主要作用，所以定子電流隨轉(zhuǎn)子電流增大而增大。由于轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)和定子功率因數(shù)降低。1、異步電動機(jī)非額定電壓故障與維修電源電壓額定電壓1、異步

15、電動機(jī)非額定電壓故障與維修如果電動機(jī)運(yùn)行在 的情況下，由于端電壓的升高，電機(jī)主磁通增大，此時磁路飽和程度也增加，電機(jī)的勵磁電流大大增加，使電機(jī)功率因數(shù)下降，同時鐵耗隨主磁通增加也增大，導(dǎo)致電機(jī)效率下降，溫升提高。所以，當(dāng)電動機(jī)在高于額定電壓下運(yùn)行時，必須減小負(fù)載。362、異步電動機(jī)非額定頻率下的故障與維修 當(dāng)電網(wǎng)頻率高于額定頻率，主磁通減小，勵磁電流隨之減小。同時，定子電流也減小，轉(zhuǎn)速上升，對電動機(jī)的功率因數(shù)、效率和通風(fēng)冷卻等都會有所改善。 當(dāng)電網(wǎng)頻率低于額定頻率，主磁通將增大，鐵心飽和程度增加，勵磁電流增大很快，從而定子電流也增大，電動機(jī)的鐵耗和銅耗均增大，引起電機(jī)的功率因數(shù)和效率降低。同時

16、，電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降，使電機(jī)通風(fēng)冷卻條件變差，溫升提高。此時，電動機(jī)必須減小負(fù)載，使電機(jī)在輕載下運(yùn)行，防止電機(jī)過熱。373、異步電動機(jī)不對稱電源下的故障與維修 對稱的正序電流產(chǎn)生正序旋轉(zhuǎn)磁勢 ，以同步轉(zhuǎn)速正向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子繞組切割此磁動勢，產(chǎn)生正序感生電流，正序轉(zhuǎn)子電流與正向旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，產(chǎn)生正向電磁轉(zhuǎn)矩 ，此時，正序系統(tǒng)的轉(zhuǎn)差率為：383、異步電動機(jī)不對稱電源下的故障與維修 對稱的負(fù)序電流產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁動勢，以同步轉(zhuǎn)速反向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子繞組切割此磁動勢，產(chǎn)生負(fù)序感生電流，負(fù)序轉(zhuǎn)子電流與負(fù)序的旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，產(chǎn)生負(fù)序的電磁轉(zhuǎn)矩，其方向與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反，為制動轉(zhuǎn)矩。 因?yàn)樨?fù)序磁場反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為 ，所以負(fù)

17、序電流的轉(zhuǎn)差率為：393、異步電動機(jī)不對稱電源下的故障與維修 在負(fù)序等效電路中，經(jīng)折算后轉(zhuǎn)子等效電阻為 。由于負(fù)序阻抗較小，將產(chǎn)生較大的負(fù)序電流，從而使不對稱運(yùn)行的銅耗增加，效率降低，并可能引起電機(jī)過熱。另外，負(fù)序轉(zhuǎn)矩為制動轉(zhuǎn)矩，將使電機(jī)出力減小。 可見，電動機(jī)在不對稱情況下運(yùn)行時，性能變差，實(shí)際運(yùn)行時，不允許電動機(jī)三相電流出現(xiàn)嚴(yán)重的不對稱。 404、異步電動機(jī)電源缺相時的故障與維修 三相異步電動機(jī)在運(yùn)行中三相電源缺一相或定子繞組斷相是時有發(fā)生的，這會給電機(jī)運(yùn)行帶來不利的影響，嚴(yán)重時會燒壞電機(jī)。 414、異步電動機(jī)電源缺相時的故障與維修 三相異步電動機(jī)正常運(yùn)行時，由三相交流電源通入三相對稱繞組產(chǎn)生三相平衡電流，產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，當(dāng)三相電源中缺少一相或三相繞組中任何一相斷開，稱為三相異步電