三相異步電動機的工作原理及結構課件

1、4.1 三相異步電動機的工作原理及結構4.1.1 結構 三相異步電動機的種類很多，但各類三相異步電動機的基本結構是相同的，它們都由定子和轉子這兩大基本部分組成，在定子和轉子之間具有一定的氣隙。此外，還有端蓋、軸承、接線盒、吊環(huán)等其他附件，如圖4.1所示。 圖4.1 封閉式三相籠型異步電動機結構圖1軸承；2前端蓋；3轉軸；4接線盒；5吊環(huán)；6定子鐵心；7轉子；8定子繞組；9機座；10后端蓋；11風罩；12風扇1定子部分 定子是用來產(chǎn)生旋轉磁場的。三相電動機的定子一般由外殼、定子鐵心、定子繞組等部分組成。（1）外殼 三相電動機外殼包括機座、端蓋、軸承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。 機座：鑄鐵或鑄鋼澆鑄成

2、型，它的作用是保護和固定三相電動機的定子繞組。中、小型三相電動機的機座還有兩個端蓋支承著轉子，它是三相電動機機械結構的重要組成部分。通常，機座的外表要求散熱性能好，所以一般都鑄有散熱片。 端蓋：用鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是把轉子固定在定子內腔中心，使轉子能夠在定子中均勻地旋轉。 軸承蓋：也是鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型的，它的作用是固定轉子，使轉子不能軸向移動，另外起存放潤滑油和保護軸承的作用。 接線盒：一般是用鑄鐵澆鑄，其作用是保護和固定繞組的引出線端子。 吊環(huán)：一般是用鑄鋼制造，安裝在機座的上端，用來起吊、搬抬三相電動機。 定子部分（續(xù)1）（2）定子鐵心 異步電動機定子鐵心是電動機磁路的一部分，

3、由0.35mm0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，如圖4.2所示。由于硅鋼片較薄而且片與片之間是絕緣的，所以減少了由于交變磁通通過而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內圓有均勻分布的槽口，用來嵌放定子繞圈。 （a）定子鐵心 （b）定子沖片 圖4.2 定子鐵心及沖片示意圖 定子部分（續(xù)2）（3）定子繞組 定子繞組是三相電動機的電路部分，三相電動機有三相繞組，通入三相對稱電流時，就會產(chǎn)生旋轉磁場。三相繞組由三個彼此獨立的繞組組成，且每個繞組又由若干線圈連接而成。每個繞組即為一相，每個繞組在空間相差120電角度。線圈由絕緣銅導線或絕緣鋁導線繞制。中、小型三相電動機多采用圓漆包線，大、中型三相電動機的

4、定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內。定子三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，首端分別標為U1, V1, W1 ，末端分別標為U2, V2, W2 。這六個出線端在接線盒里的排列如圖4.3所示，可以接成星形或三角形。 （a）星形連接 （b）三角形連接 圖4.3 定子繞組的聯(lián)結轉子部分（續(xù)1） 籠形繞組 在轉子鐵心的每一個槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個銅環(huán)（稱為端環(huán)）把導條連接起來，稱為銅排轉子，如圖4.5（a）所示。也可用鑄鋁的方法，把轉子導條和端環(huán)風扇葉片用鋁液一次澆鑄而成，稱為鑄鋁轉子，如圖4.5（b）所示。100kW以下的異步電動機一般采用鑄

5、鋁轉子。 （a）銅排轉子 （b）鑄鋁轉子 圖4.5 籠形轉子繞組3其他部分 其他部分包括端蓋、風扇等。端蓋除了起防護作用外，在端蓋上還裝有軸承，用以支撐轉子軸。風扇則用來通風冷卻電動機。三相異步電動機的定子與轉子之間的空氣隙，一般僅為0.2mm1.5mm。氣隙太大，電動機運行時的功率因數(shù)降低；氣隙太小，使裝配困難，運行不可靠，高次諧波磁場增強，從而使附加損耗增加以及使啟動性能變差。工作原理（續(xù)1） 設 為了分析方便，假設電流為正值時，在繞組中從始端流向末端，電流為負值時，在繞組中從末端流向首端。 當 的瞬間， =0， 為負值， 為正值，根據(jù)“右手螺旋定則”，三相電流所產(chǎn)生的磁場疊加的結果，便形

6、成一個合成磁場，如圖4.6（a）所示，可見此時的合成磁場是一對磁極（即二極），右邊是N極，左邊是S極。 圖4.6 兩極旋轉磁場示意圖工作原理（續(xù)2） 當 時，即經(jīng)過1/4周期后， 由零變成正的最大值， 仍為負值， 已變成負值，如圖4.6（b）所示，這時合成磁場的方位與 時相比，已按逆時針方向轉過了90。 應用同樣的方法，可以得出如下結論：當 時，合成磁場就轉過了180，如圖4.6（c）所示；當 時合成磁場方向旋轉了300，如圖4.6（d）所示；當 時合成磁場旋轉了360，即轉1周，如圖4.6（a）所示。 由此可見，對稱三相電流 分別通入對稱三相繞組U1U2, V1V2, W1W2中所形成的合成

7、磁場，是一個隨時間變化的旋轉磁場。 以上分析的是電動機產(chǎn)生一對磁極時的情況，當定子繞組連接形成的是兩對磁極時，運用相同的方法可以分析出此時電流變化一個周期，磁場只轉動了半圈，即轉速減慢了一半。 由此類推，當旋轉磁場具有p對極時（即磁極數(shù)為2p），交流電每變化一個周期，其旋轉磁場就在空間轉動1/p轉。因此，三相電動機定子旋轉磁場每分鐘的轉速n1、定子電流頻率f及磁極對數(shù)p之間的關系是 （4-1）工作原理（續(xù)3） 2三相電動機的轉動原理 圖4.7為三相異步電動機轉動原理示意圖。 三相交流電通入定子繞組后，便形成了一個旋轉磁場，其轉速 。旋轉磁場的磁力線被轉子導體切割，根據(jù)電磁感應原理，轉子導體產(chǎn)生

8、感應電動勢。轉子繞組是閉合的，則轉子導體有電流流過。設旋轉磁場按順時針方向旋轉，且某時刻為上為北極N下為南極S，如圖4.7所示。根據(jù)右手定則，在上半部轉子導體的電動勢和電流方向由里向外，用表示；在下半部則由外向里，用表示。 圖4.7 三相電動機的轉動原理工作原理（續(xù)4） 流過電流的轉子導體在磁場中要受到電磁力作用，力F的方向可用左手定則確定，如圖4.7所示。電磁力作用于轉子導體上，對轉軸形成電磁轉矩，使轉子按照旋轉磁場的方向旋轉起來，轉速為n。 三相電動機的轉子轉速n始終不會加速到旋轉磁場的轉速n1。因為只有這樣，轉繞組與旋轉磁場之間才會有相對運動而切割磁力線，轉子繞組導體中才能產(chǎn)生感應電動勢

9、和電流，從而產(chǎn)生電磁轉矩，使轉子按照旋轉磁場的方向繼續(xù)旋轉。由此可見 ，且 ，是異步電動機工作的必要條件，“異步”的名稱也由此而來。 工作原理（續(xù)5） 3轉差率 旋轉磁場轉速n1與轉子轉速n之差與同步轉速n1之比稱為異步電動機的轉差率s，即 （4-2） 轉差率是異步電動機的一個基本參數(shù)，對分析和計算異步電動機的運行狀態(tài)及其機械特性有著重要的意義。當異步電動機處于電動狀態(tài)運行時，電磁轉矩 和轉速n同向。轉子尚未轉動時，n=0, ；當 時， ，可知異步電動機處于電動狀態(tài)時，轉差率的變化范圍總在0和1之間，即0s1。一般情況下，額定運行時=1%5%。4.1.3 主要系列 在三相電動機的外殼上，釘有一

10、塊牌子，叫銘牌。銘牌上注明這臺三相電動機的主要技術數(shù)據(jù)，是選擇、安裝、使用和修理（包括重繞組）三相電動機的重要依據(jù)，銘牌的主要內容如下。 1型號 國產(chǎn)中小型三相電動機型號的系列為Y系列，是按國際電工委員會IEC標準設計生產(chǎn)的三相異步電動機，它是以電機中心高度為依據(jù)編制型號譜的，如 Y-200L2-6 中、小型三相異步電動機的機座號與定子鐵心外徑及中心高度的關系見表4.1和表4.2。 異步電動機中心高度200mm6極2號鐵心長機座（M中機座）（S短機座）主要系列(續(xù)2) 2額定功率 額定功率是指在滿載運行時三相電動機軸上所輸出的額定機械功率，用表示，以千瓦（kW）或瓦（W）為單位。 3額定電壓

11、額定電壓是指接到電動機繞組上的線電壓，用UN表示。三相電動機要求所接的電源電壓值的變動一般不應超過額定電壓的5%。電壓過高，電動機容易燒毀；電壓過低，電動機難以啟動，即使啟動后電動機也可能帶不動負載，容易燒壞。 4額定電流 額定電流是指三相電動機在額定電源電壓下，輸出額定功率時，流入定子繞組的線電流，用IN表示，以安（A）為單位。若超過額定電流過載運行，三相電動機就會過熱乃至燒毀。三相異步電動機的額定功率與其他額定數(shù)據(jù)之間有如下關系式 （4-3）式中 額定功率因數(shù) 額定效率 5額定頻率 額定頻率是指電動機所接的交流電源每秒鐘內周期變化的次數(shù)，用fN表示。我國規(guī)定標準電源頻率為50Hz。主要系列(續(xù)3) 6額定轉速 額定轉速表示三相電動機在額定工作情況下運行時每分鐘的轉速，用nN表示，一般是略小于對應的同步轉速n1。如n1=1 500r/min，則nN =1 440r/min。 7絕緣等級 絕緣等級是指三相電動機所采用的絕緣材料的耐熱能力，它表明三相電動機允許的最高工作溫度。三相電動機的絕緣等級和最高允許溫度參見表8.1。 8定額 定額是指三相電動機的運轉狀態(tài)，即允許連續(xù)使用的時間，分為連續(xù)、短時、周期斷續(xù)三種。（1）連續(xù) 連續(xù)工作狀態(tài)是指電動機帶額定負載運行時，運行時