项目06 三相异步电动机的结构与工作原理

三相异步电动机的结构与工作原理一、能力目标二、仪器与设备三、项目要求（一）熟悉常用交流电动机的主要用途和分类电动机是一种将电能转换为机械能的动力设备，应用十分广泛，它具有结构简单、价格低廉、坚固耐用、使用维护方便等优点。异步电动机又分为三相电动机和单相电动机，单相电动机功率小，多用于小型机械设备或家用电器；三相电动机功率大，多用于工矿企业中。交流电动机按工作原理的不同分为同步电动机和异步电动机。三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机按防护方式不同分为开起式、防护式、封闭式和防爆式；按转子结构不同可分为笼型和绕线转子；根据安装方式不同可分为卧式和立式；根据电动机轴伸不同又分为单轴伸和双轴伸。在使用中，对不要求调速和起动性能要求不高的场合，如各种机床、水泵、通风机等生产机械上应优先选用三相异步电动机；对要求大起动转矩的生产机械，可选用高起动转矩的三相笼型异步电动机，如斜槽式、深槽式或双笼型异步电动机。对启动、制动比较频繁、起动、制动转矩较大，而且有一定调速要求的生产机械，应优先选用三相绕线转子异步电动机；对要求大功率、恒转速和改善功率因数的场合，应选用三相同步电动机。一般情况下应选用卧式电动机和单轴伸电动机；在干燥清洁的环境应使用开起式电动机；防护式电动机适用于比较干燥、灰尘不多、无腐蚀气体和爆炸性气体的环境；封闭式电动机用于潮湿、尘土多、有腐蚀性气体、易引起火灾和已受风雨侵蚀的环境中；密闭式电动机则用于浸入水中的机械。三相异步电动机的结构与工作原理（二）熟悉交流电动机的结构及各部分的作用三相异步电动机均由定子和转子两大部分组成，定子和转子之间留有0.25～2mm的空气隙。三相笼型异步电动机的组成如图6-１所示。1．定子电动机的静止部分称为定子，主要包括定子铁心、定子绕组、机座、端盖、风罩等部件。（1）定子铁心定子铁心是电动机磁路的一部分，并放置定子绕组。为了减小定子铁心中的损耗，铁心一般用厚0.35—0.5mm、表面有绝缘层的硅钢片冲片叠装而成，在铁心片的内圆冲有均匀分布的槽，以嵌放定子绕组。定子铁心冲片的具体结构如图6-2所示，常用的定子铁心槽形如图6-3所示。三相异步电动机的结构与工作原理图6-1三相笼型异步电动机的组成部件图三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机的结构与工作原理（2）定子绕组定子绕组的作用是通入三相对称交流电，产生旋转磁场。它是由嵌放在定子铁心槽中的线圈按一定规律连接而成的。定子三相绕组的结构完全对称，一般有六个出线端，置于电动机机座的接线盒内，可按需要将三相绕组接成星形（Y）接法或三角形（△）接法，如图6-4所示。（3）机座机座的作用是为了固定定子铁心和定子绕组，并通过两侧的端盖和轴承来支撑转子，同时保护整台电动机的电磁部分和散发电动机运行中产生的热量。三相异步电动机的结构与工作原理图6-4定子三相绕组的接线方法(a)绕组接法；(b)接线盒内接法三相异步电动机的结构与工作原理2．转子转子是电动机的旋转部分，由转子铁心、转子绕组、转轴和风叶等组成。（1）转子铁心转子铁心也是电动机磁路一部分，一般用0.5mm厚、相互绝缘的硅钢片冲制叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的槽，用来安置转子绕组，如图6-2（b）所示。转子铁心固定在转轴或转子支架上。为了改善电动机的启动及运行性能，笼型异步电动机转子铁心一般采用斜槽结构，如图6-1所示。（2）转子绕组转子绕组的作用是产生感应电动势和电流，并在旋转磁场的作用下产生电磁力矩而使转子转动。转子绕组根据结构不同分为笼型和绕线型两种。三相异步电动机的结构与工作原理1）笼型转子通常有两种不同的结构型式，一种结构为铜条转子，即在转子铁心槽内放置没有绝缘的铜条，铜条的两端用短路环焊接起来，形成一个笼型的形状，如图6-5（a）所示。另一种结构为中小型异步电动机的笼型转子，一般为铸铝式转子，将熔化了的铝浇铸在转子铁心槽内成为一个完整体，连两端的短路环和风扇叶片一起铸成，图6-5（b）为铸铝转子结构。三相异步电动机的结构与工作原理2）绕线转子绕线型转子绕组也是一个对称三相绕组，绕组的结构形式与定子绕组相似，也采用由绝缘导线绕制的三相绕组或成型的三相绕组嵌入转子铁心槽内，并作星形联结，三个引出端分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环上，再通过电刷装置与外电路相接。如图6-6所示，外电路与变阻器相接，通过调节该变阻器的电阻值来改善异步电动机的启动及调速性能。三相异步电动机的结构与工作原理（3）其他附件1）轴承轴承用来连接转动部分与固定部分，目前都采用滚动轴承以减小摩擦阻力。2）轴承端盖轴承端盖用来保护轴承，使轴承内的润滑脂不致溢出，并防止灰、砂、脏物等浸入润滑脂内。3）风扇风扇用于冷却电动机。三相异步电动机的结构与工作原理图6-5笼型转子绕组(a)铜条转子绕组；(b)铸铝转子图6-6绕线型转子绕组与外加变阻器的联结1-铜条转子绕组2-电刷3-变阻器三相异步电动机的结构与工作原理（三）掌握三相异步电动机的铭牌数据的含义三相异步电动机的铭牌如图6-7所示。它标出了电动机的主要技术数据，供正确选用电动机之用。三相异步电动机型号Y2-132S-4编号5.5kW11.7A380V1440r/minLW82dB接法△防护等级IP4450Hz45kg标准标号工作制SIB绝缘等级年月XX电机厂图6-7三相异步电动机铭牌三相异步电动机的结构与工作原理1．型号（Y2-132S-4）Y2-132S-4磁极数机座类别（L长机座，M中机座，S短机座）中心高度（mm）设计序号异步电动机三相异步电动机的结构与工作原理2．额定功率（5.5kW）电动机在额定工作状态下、即额定电压、额定负载和规定冷却的条件下运行时，转轴上输出的机械功率。3．额定电流（11.7A）电动机在额定状态下运行时定子电路输入的线电流。4．额定电压（380V）电动机正常运行时电源线电压。5．额定转速（1440/rmin）电动机在额定状态下运行时的转速。6．接法（△）电动机定子三相绕组与交流电源的连接方法，小型电动机（3kW以下）大多数采用星形(Y)联结，大中型电动机（4kW以上）采用三角形（△）联结。三相异步电动机的结构与工作原理（四）交流电动机基本参数的测试1．直流电阻测量将三相定子绕组出线端的连接点拆开，用万用表欧姆挡测量定子三相绕组的通断情况，以判断三相定子绕组有无断路现象。如三相绕组正常，则测出的电阻值应基本一致。三相异步电动机的结构与工作原理2．用兆欧表测量定子三相绕组的对地绝缘电阻和相间绝缘电阻值在测量各相绕组对地绝缘电阻时，可将兆欧表的接线柱“L”接被测相绕组一端，接线柱“E”接电动机机座上没有油漆的部位。而在进行相间绝缘电阻测量时则应将兆欧表的接线柱“L”及“E”分别接在不同的两相绕组出线端上，测出的绝缘电阻值即为相间绝缘电阻。将测量值分别记录于表6-3中。如果测出的绝缘电阻在0．5MΩ及以上，说明该电动机绝缘尚好，可继续使用；如果在0.5MΩ以下，说明该电动机绕组已受潮，或绕组绝缘很差，需进行烘干处理，或需重新进行浸漆处理；如果测得绝缘电阻为零，说明该电动机绕组接地，必须进行修理，排除故障后方能使用。三相异步电动机的结构与工作原理3．三相定子绕组首末端的判别三相定子绕组首末端的判别方法有以下三种。（1）低压交流电源法（36V）1）用万用表欧姆档先将三相绕组分开。2）给分开后的三相绕组的六个接线端进行假设编号，分别编为U1、U2、V1、V2、Wl、W2。然后按如图6-8所示把任意两相中的两个接线端（设为V1和U2）连接起来，构成两相串联绕组。三相异步电动机的结构与工作原理3）在另外两个接线端V2和U1上接交流电压表。4）在另一相绕组Wl和W2上接36V交流电源，如果电压表有读数，那么说明U1、U2和V1、V2的编号正确。如果无读数，则把U1、U2或V1、V2的编号对调一下即可。5）用同样方法判定Wl、W2的两个接线端。（2）发电机法1）用万用表欧姆档先将三相绕组分开。2）给分开后的三相绕组做假设编号，分别为U1、U2、V1、V2、Wl、W2。三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机的结构与工作原理3）按如图6-9所示接线，用手转动电动机转子。由于电动机定子及转子铁心中通常均有少量的剩磁，当磁场变化时，在三相定子绕组中将有微弱的感应电动势产生，此时若并接在绕组两端的微安表（或万用表微安档）指针不动，则说明假设的编号是正确的。若指针有偏转，说明其中有一相绕组的首末端假设编号错误，应逐相对调重测，直至正确为止。三相异步电动机的结构与工作原理图6-9用发电法检查绕组首末端图6-10用干电池法检查绕组首末端三相异步电动机的结构与工作原理（3）干电池法1）首先用前述方法分开三相绕组，并进行假设编号。2）按如图6-10所示接线，闭合电池开关的瞬间，若微安表指针摆向大于零的一侧，则连接电池正极的接线端与微安表负极所连接的接线端同为首端(或同为末端)。3）再将微安表连接另一相绕组的两接线端，用上述方法判定首末端即可。三相异步电动机的结构与工作原理4．电动机启动电流和空载电流的测量（1）空载电流的测量按图6-11的要求接线，合上三相闸刀开关，将三相交流电源加在三相交流电动机上，通电一段时间观察电动机运转情况：如转速是否正常，是否有不正常的声音，振动是否过大，是否有异味等。如果电动机运转正常，则可用钳形电流表分别测量三相的空载电流，并将测量结果记录于表6-4中。（2）启动电流的测量将钳形电流表量程置于较大的档位（约为电动机额定电流的（7～10倍），电动机静止时用钳口卡住一根电源线，通电使电动机启动，观察电动机启动瞬间的启动电流。三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机的结构与工作原理（3）根据测量结果进行计算，判断电动机三相电流是否平衡。三相平衡电流的计算公式为各相空载电流的偏差一般不应大于10%。5．空载转速的测量电动机通电正常运行时，用转速表测量电动机的空载转速UVWe3IIII三相异步电动机的结构与工作原理四、交流电动机的工作原理（一）异步电动机的基本工作原理三相异步电动机的基本原理是：通电导体在磁场中受电磁力。图6-12绘出了三相异步电动机的示意图。其中N—S是一对磁极，在两个磁极中间装有一个能够转动的转子铁心，在铁心外圆槽内嵌放有导体，导体两端各用一圆环把它们连在一起。三相异步电动机的结构与工作原理如果使磁极以n1的速度逆时针方向旋转，形成一个旋转磁场，转子导体就会切割磁力线而感应电动势e。用右手定则可以判定，在转子上半部分的导体中，感应电动势的方向为⊕，下半部分导体的感应电动势方向为⊙。在感应电动势的作用下，导体中就有电流流通。载流导体在磁场中将受到电磁力的作用，由左手定则可以判定该电磁力F在转子轴上形成电磁转矩T，使异步电动机的转子以转速n旋转，旋转方向与磁场的旋转方向相同。因此要改变三相异步电动机的旋转方向只需改变旋转磁场的转向即可。这就是感应电动机的基本工作原理。三相异步电动机的结构与工作原理把异步电动机旋转磁场转速n1与转子转速n之差与旋转磁场转速n1之比，称为异步电动机的转差率s，即(6-1)异步电机工作在电动状态时，其转速n与同步转速n1方向一致，但是低于同步转速。对于普通异步电动机，为了使其在运行时效率较高，通常使它的额定转速略低于同步转速。故额定转差率s很小，一般在2％～5％之间。11nnsn三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机的结构与工作原理（二）三相旋转磁场的产生图6-13（a）所示的是最简单的三相绕组分布剖面图，三个线圈的绕组结构完全对称，空间位置上互差120º电角度；图6-13（b）所示是三相绕组星形联结的电路图，绕组的首端接三相电源，并标出了电流参考方向。图6-13（c）是定子绕组流入的三相交流电波形图，各相的电流为UmsiniItVmsin(120)iItWmsin(120)iIt三相异步电动机的结构与工作原理（a）（b）三相异步电动机的结构与工作原理（c）三相异步电动机的结构与工作原理（d）图6-13三相（两极）定子绕组的旋转磁场的形成(a)简化的三相