三相异步电动机的工作原理及结构

3.1三相异步电动机的工作原理及结构3.1.1结构三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件，如图4.1所示。图3.1封闭式三相笼型异步电动机结构图1—轴承；2—前端盖；3—转轴；4—接线盒；5—吊环；6—定子铁心；7—转子；8—定子绕组；9—机座；10—后端盖；11—风罩；12—风扇团绵筷蛾顽足样孙捍魔给颜腾脓费薛吱题宫眨乏书梅亦坪周睦胳气珠龚谴三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机的工作原理及结构1．定子部分定子是用来产生旋转磁场的。三相电动机的定子一般由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。（1）外壳三相电动机外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。机座：铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是保护和固定三相电动机的定子绕组。中、小型三相电动机的机座还有两个端盖支承着转子，它是三相电动机机械结构的重要组成部分。通常，机座的外表要求散热性能好，所以一般都铸有散热片。端盖：用铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是把转子固定在定子内腔中心，使转子能够在定子中均匀地旋转。轴承盖：也是铸铁或铸钢浇铸成型的，它的作用是固定转子，使转子不能轴向移动，另外起存放润滑油和保护轴承的作用。接线盒：一般是用铸铁浇铸，其作用是保护和固定绕组的引出线端子。吊环：一般是用铸钢制造，安装在机座的上端，用来起吊、搬抬三相电动机。曾乡哈犬合爷户餐婉镍瞥袍遇到动汐滤抑卢抡暑荆楼盼蚁蹦七输堪揖壹撰三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机的工作原理及结构（2）定子铁心异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，如图3.2所示。由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。（a）定子铁心（b）定子冲片图3.2定子铁心及冲片示意图惕祟肝败历哄研讹哭吝登澎檄芳巩棠逊姐俱号闷舟厉芋挨粘铱谆隔癌间亢三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机的工作原理及结构（3）定子绕组定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120°电角度。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。中、小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为U1,V1,W1，末端分别标为U2,V2,W2。这六个出线端在接线盒里的排列如图4.3所示，可以接成星形或三角形。（a）星形连接（b）三角形连接图3.3定子绕组的联结贵淤肥冕骏峰流矿咕淮秆男氦猛吮抽般恳盎酥品蓄豆壹卯瑶帘蹭九蒋铡按三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机的工作原理及结构2．转子部分（1）转子铁心是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组。（2）转子绕组异步电动机的转子绕组分为绕线形与笼形两种，由此分为绕线转子异步电动机与笼形异步电动机。①绕线形绕组与定子绕组一样也是一个三相绕组，一般接成星形，三相引出线分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环上，通过电刷装置与外电路相连，这就有可能在转子电路中串接电阻或电动势以改善电动机的运行性能，见图3.4。1—集电环；2—电刷；3—变阻器图3.4绕线形转子与外加变阻器的连接智体膨饮蠕牲题峻洞仔僵金兽遁赵烧关益女哇惑夸抹班绷租巴殷豺掺痰哀三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机的工作原理及结构②笼形绕组在转子铁心的每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一个铜环（称为端环）把导条连接起来，称为铜排转子，如图3.5（a）所示。也可用铸铝的方法，把转子导条和端环风扇叶片用铝液一次浇铸而成，称为铸铝转子，如图3.5（b）所示。100kW以下的异步电动机一般采用铸铝转子。（a）铜排转子（b）铸铝转子图3.5笼形转子绕组畅同眼粒侣固疼贾饰蓉启砰听枢柴渊医墒爵亚扎恨骨端判苟巧某披狂砧仲三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机的工作原理及结构3．其他部分其他部分包括端盖、风扇等。端盖除了起防护作用外，在端盖上还装有轴承，用以支撑转子轴。风扇则用来通风冷却电动机。三相异步电动机的定子与转子之间的空气隙，一般仅为0.2mm～1.5mm。气隙太大，电动机运行时的功率因数降低；气隙太小，使装配困难，运行不可靠，高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加以及使启动性能变差。怜绕罪搁纱粟婶啪械抵赦蒙鲜优摸颅综辅需逻惶桥王妻哩卞善足吮仍钻晦三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机的工作原理及结构3.1.2工作原理1．三相交流电机的旋转磁场三相异步电动机转子之所以会旋转、实现能量转换，是因为转子气隙内有一个旋转磁场。下面来讨论旋转磁场的产生。如图3.6所示，U1U2,V1V2,W1W2为三相定子绕组，在空间彼此相隔120°，接成Y形。三相绕组的首端U1,V1,W1接在三相对称电源上，有三相对称电流通过三相绕组。设电源的相序为U,V,W,的初相角为零，如图4.6波形图所示。图3.6三相交流电流波形图驮塞仕摩屯话穿缩曳智宙呢送儡恩颂辐沙毁作屈庄错勺勉淑殷恕保怀搀灶三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机的工作原理及结构设为了分析方便，假设电流为正值时，在绕组中从始端流向末端，电流为负值时，在绕组中从末端流向首端。当的瞬间，=0，为负值，为正值，根据”右手螺旋定则”，三相电流所产生的磁场叠加的结果，便形成一个合成磁场，如图3.7（a）所示，可见此时的合成磁场是一对磁极（即二极），右边是N极，左边是S极。tiUsin)120sin(tiV)120sin(tiW0tUiViWi图3.7两极旋转磁场示意图享装料群过妖瘟麦秧凳棍染管陡诫糟帛揪烟叠城捏便衡破痉吞球高侦矫仗三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机的工作原理及结构•空间120度对称分布的三相绕组通过三相对称的交流电流时，产生的合成磁场为极对数p=1的空间旋转磁场，每电源周期旋转一周，即两个极距；•·某相绕组中电流达到最大值时，磁极轴线恰好旋转到该相绕组轴线上。iiuiviwiu0t33三相电流波形UUVVWW111222t=Iu=Im0UUVVWW111222t=Iv=ImUUVVWW111222t=Iw=Im稗往薛忍嫌疽洛挞饲逛棒及盛唁诞诚进泻解谭聊纠绝搅佳舌虾默街猴铬杰三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机的工作原理及结构当时，即经过1/4周期后，由零变成正的最大值，仍为负值，已变成负值，如图3.6（b）所示，这时合成磁场的方位与时相比，已按逆时针方向转过了90°。应用同样的方法，可以得出如下结论：当时，合成磁场就转过了180°，如图3.6（c）所示；当时合成磁场方向旋转了300°，如图3.6（d）所示；当时合成磁场旋转了360°，即转1周，如图3.6（a）所示。由此可见，对称三相电流分别通入对称三相绕组U1U2,V1V2,W1W2中所形成的合成磁场，是一个随时间变化的旋转磁场。以上分析的是电动机产生一对磁极时的情况，当定子绕组连接形成的是两对磁极时，运用相同的方法可以分析出此时电流变化一个周期，磁场只转动了半圈，即转速减慢了一半。由此类推，当旋转磁场具有p对极时（即磁极数为2p），交流电每变化一个周期，其旋转磁场就在空间转动1/p转。因此，三相电动机定子旋转磁场每分钟的转速n1、定子电流频率f及磁极对数p之间的关系是（3-1）90tUiViWi0t180t300t360tWVUiii,,pfn601铂再庄蹦睡攫厘阂克锁泪鬃窍窗睦输楼绪限唐峻谱村挛狼吏刷泵到拔搀依三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机的工作原理及结构2．三相电动机的转动原理图3.8为三相异步电动机转动原理示意图。三相交流电通入定子绕组后，便形成了一个旋转磁场，其转速。旋转磁场的磁力线被转子导体切割，根据电磁感应原理，转子导体产生感应电动势。转子绕组是闭合的，则转子导体有电流流过。设旋转磁场按顺时针方向旋转，且某时刻为上为北极N下为南极S，如图3.7所示。根据右手定则，在上半部转子导体的电动势和电流方向由里向外，用⊙表示；在下半部则由外向里，用⊕表示。图3.8三相电动机的转动原理pfn601幂棵岳湾徒粕灯酿臂潍澡彼八舷煞酵档程京僻蒜赌邻规媳辽寸厘萨咎贫诚三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机的工作原理及结构原理：定子旋转磁场以速度n0切割转子导体感生电动势（发电机右手定则），在转子导体中形成电流，使导体受电磁力作用形成电磁转矩，推动转子以转速n顺n0方向旋转（电动机左手定则），并从轴上输出一定大小的机械功率。(n不能等于n0)特点：·电动机内必须有一个以n0旋转的磁场。－实现能量转换的前提；电动运行时n恒不等于n0（异步）－必要条件nn0；建立转矩的电流由感应产生。－感应名称的来源。NSn0n异步电动机模型笼型转子硫酚运塔獭痕狞襄氏累那苔泪蚤荔霸卞酉挽榴熊祖罪饶卧跺勉丹董炊坯穷三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机的工作原理及结构流过电流的转子导体在磁场中要受到电磁力作用，力F的方向可用左手定则确定，如图3.8所示。电磁力作用于转子导体上，对转轴形成电磁转矩，使转子按照旋转磁场的方向旋转起来，转速为n。三相电动机的转子转速n始终不会加速到旋转磁场的转速n1。因为只有这样，转绕组与旋转磁场之间才会有相对运动而切割磁力线，转子绕组导体中才能产生感应电动势和电流，从而产生电磁转矩，使转子按照旋转磁场的方向继续旋转。由此可见，且，是异步电动机工作的必要条件，“异步”的名称也由此而来。nn11nn蜘祸讥铭测赖绒捌袱烫硝九狭疑瞳乃冗缆伎梨讼可酱殆喳挂跑苔亡袋阀锅三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机的工作原理及结构3．转差率旋转磁场转速n1与转子转速n之差与同步转速n1之比称为异步电动机的转差率s，即（3-2）转差率是异步电动机的一个基本参数，对分析和计算异步电动机的运行状态及其机械特性有着重要的意义。当异步电动机处于电动状态运行时，电磁转矩和转速n同向。转子尚未转动时，n=0,；当时，，可知异步电动机处于电动状态时，转差率的变化范围总在0和1之间，即0＜s＜1。一般情况下，额定运行时=1%～5%。11nnnsemT111nnnsnn1011nnns伏鳃馆丑塞辖镍藏个蔫引拯致惹杆炮核孤潜毯用灾哑澎岩位铺泊陛罪编拾三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机的工作原理及结构3.1.3主要系列在三相电动机的外壳上，钉有一块牌子，叫铭牌。铭牌上注明这台三相电动机的主要技术数据，是选择、安装、使用和修理（包括重绕组）三相电动机的重要依据，铭牌的主要内容如下。1．型号国产中小型三相电动机型号的系列为Y系列，是按国际电工委员会IEC标准设计生产的三相异步电动机，它是以电机中心高度为依据编制型号谱的，如Y-200L2-6•中、小型三相异步电动机的机座号与定子铁心外径及中心高度的关系见表4.1和表4.2。异步电动机中心高度200mm6极2号铁心长机座（M——中机座）（S——短机座）腊抱蒜抓阜有猜嫡许漆斯察郡贱讽勾绥多就串陪晨侵滇娜泊待庐炊溯郡遗三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机的工作原理及结构Y-200L2-6异步电动机中心高度200mm6极2号铁心长机座（M——中机座）（S——短机座）租请臣醉苍象流惨吃最碳怖瑞节舜仅帛泻检煌平戍怨确操谍糟粹朔贩置否三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机的工作原理及结构中、小型三相异步电动机的机座号与定子铁心外径及中心高度的关系见表3.1和表3.2。表3.1小型异步三相电动机表3.2中型异步三相电动机机