三相异步电动机

第11章异步电动机目录11.1三相异步电动机的结构和工作原理11.2三相异步电动机的运行特性11.3三相异步电动机的启动11.4三相异步电动机的调速11.5三相异步电动机的制动11.6特殊异步电动机上一页下一页交流电动机在现代各行各业以及日常生活中都有着广泛的应用。交流电动机有三相和单相之分，同步和异步之分。三相交流异步电动机因其结构简单、工作可靠、维护方便、价格便宜等优点，应用更为广泛，目前大部分生产机械（如各种机床、起重设备、农业机械、鼓风机、泵类等）均采用三相异步电动机来拖动。本章主要介绍三相异步电动机的结构、工作原理、运行特性、故障处理等内容。概述上一页下一页返回11.1三相异步电动机的结构和工作原理静止部分:定子转动部分:转子中间有气隙电磁方面：产生旋转磁场机械方面：整个电机的支撑作用主要部件：定子铁心、定子绕组、机座、轴承、端盖等在定子绕组旋转磁场的作用下获得一定的转矩而旋转，通过联轴器或皮带轮带动其他机械设备做功主要部件：转子铁心、转子绕组、转轴作用结构11.1.1三相异步电动机的结构上一页下一页返回1-转子绕组2-端盖3-轴承4-定子绕组5-转子6-定子7-集电环8-出线盒笼型转子三相异步电动机结构图7a）b）三相异步电动机的结构分解图1.定子定子是用来产生旋转磁场的。主要由定子铁心、定子绕组和机座等部分组成。(1)机座：机座是电动机的外壳和支架，它的作用主要是固定与保护定子铁心、定子绕组并支撑端盖，所以要求机座具有足够的机械强度和刚度，能承受运输和运行过程中的各种作用力。中小型异步电动机通常采用铸铁机座，大型异步电动机一般采用钢板焊接机座。(2)定子铁心：定子铁心是三相异步电动机主磁通磁路的一部分，装在机座里。由于电机内部的磁场是交变的磁场。为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心采用0.35～0.5mm厚的硅钢片叠压而成，在硅钢片的两面还应涂上绝缘漆。为了嵌放定子绕组，硅钢片的内圆表面冲有均匀分布的槽。定子铁心a）b）c）a）开口槽b）半开口槽c）半闭口槽定子槽形(3)定子绕组：是异步电动机定子的电路部分，作用是通入三相交流电以后产生旋转磁场。是用高强度漆包线绕制成固定形式的线圈，嵌入定子槽内。三相异步电动机的定子绕组通常有六根出线头，根据电动机的容量和需要可接成星型（Y）或三角形（Δ）。高压大、中型容量的异步电动机三相定子绕组通常采用Y接法，只有三根引出线。对中、小容量的低压异步电动机，通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来，根据需要可接成Y形或Δ形。三相异步电动机定子绕组的连接L1L2L3L1L2L3a)Y型接法b)Δ型接法2.转子转子是异步电动机的转动部分，它在定子绕组旋转磁场的作用下获得一定的转矩而旋转，通过联轴器或皮带轮带动其他机械设备做功。异步电动机的转子主要是由转子铁心、转子绕组和转轴三部分组成的。(1)转子铁心：转子铁心是电动机主磁通磁路的一部分，通常用厚度为0.35～0.5mm的硅钢片叠压而成，硅钢片的外圆周表面冲有均匀分布的槽。下图是转子槽形图。c)b)上层导条下层导条长导条a)圆导条a）单鼠笼槽形b）双鼠笼槽形c）绕线式槽形（深槽形）转子槽形(2)转子绕组：转子绕组是闭合的，在气隙磁场的作用下产生感应电动势和电流，产生电磁转矩。转子绕组按结构形式的不同分为鼠笼式和绕线式两种。a）鼠笼式转子：是一个自行闭合的短路绕组。在转子的每个槽里放上一根导体，每根导体都比铁心长，在铁心的两端用两个端环把所有的导条都短路起来，形成一个自己短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状象一个笼子。a)b)a）无轴鼠笼式铜条转子b）鼠笼式铸铝转子鼠笼式转子a）绕线式转子：与定子绕组相似，是用绝缘导体绕制而成的，嵌于转子槽内。绕线式转子也是按一定规律分布的三相对称绕组，它可以联接成Y形或Δ形。一般小容量电动机联接成Δ形，大、中容量电动机联接成Y形。转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来。ABCabc绕线式三相异步电动机定、转子绕组接线方式绕线式转子回路接线图(3)转轴：作用：支撑转子，使转子能在定子空腔内均匀地旋转。材料：一般用中碳钢制作。3.气隙异步电动机定、转子之间的空气间隙简称为气隙，它比同容量直流电动机的气隙要小得多。在中、小型异步电动机中，气隙一般为0.2～1.5ｍｍ左右。异步电动机的励磁电流是由定子电源供给的。气隙较大时，磁路的磁阻较大。若要使气隙中的磁通达到一定的要求，则相应的励磁电流也就大了，从而影响电动机的功率因数。为了提高功率因数，尽量让气隙小些。但也不应太小，否则，定、转子有可能发生摩擦与碰撞。如果从减少附加损耗以及减少高次谐波磁动势所产生磁通的角度来看，又希望气隙大一点，所以设计电机时应全盘考虑。11.1.2三相异步电动机的绕组绕组是三相异步电动机进行电磁能量转换与传递的关键部件，也是电动机结构的核心。三相电动机的绕组是三相对称绕组，三相绕组可以接成Y形或Δ形。1.绕组的基本概念（1）线圈：构成绕组的最基本单元，是用绝缘导线绕在绕线模上绕指出来的绕组元件，线圈可以用单匝或多匝绕线组成。嵌入槽内部分称为有效边，露出铁心两端的称为线圈端部（只起连接作用）。（2）线圈组（极相组）：一个磁极下同一相线圈串联成的绕组。（3）相绕组：将许多线圈组串联或并联构成，并流过同相电流的绕组。（4）极距：每极所占有的槽数或每极下气隙沿圆周方向的长度，用字母表示：式中，Z1为定子铁心的总槽数；2p为电动机极数，p为极对数；D为定子铁心内径，单位是mm。（5）每极每相槽数（q）：指在一个极内，其中某一相的线圈所占有的槽数，有（式中m1为电动机相数）：12pmm2pZD（槽）用槽数表示（）用长度表示11q2pmZ（6）电角度：交流电机转过一对磁极绕组内电流变化一个周期是360o电角度，每个极距为180o电角度。当电动机有p对磁极时，在铁心上便有P*360o电角度。只有2极电动机，电角度才等于机械角度。电角度与机械角度的关系是：电角度=p*机械角度=P*360o（7）槽距角（）：指相邻两槽之间的电角度例：一台三相48槽6极异步电动机，其极距、每极每相槽数、电角度、槽距角各为多少？o1p360Z例：一台三相48槽6极异步电动机，其极距、每极每相槽数、电角度、槽距角各为多少？解：由已知可知，电动机的槽数Z1=48，极对数p=3，极数2p=6，相数m1=3。所以极距每极每相槽数电角度相邻两槽之间的槽距角12pZ48==8（槽）611q2pmZ488==（槽）633ooop电角度=360=3360=1080ooo1p360360Z3==22.548（8）相带：一个极相组线圈所占的范围，以电角度表示。一般一个磁极为180o电角度，一个磁极内有三相，所以其中一相占180o/3=60o电角度，叫做60o相带。三相绕组的这种分布形式叫做60o相带分布。（9）节距（也叫跨距）：指一个线圈两边之间相隔的槽数，用字母y表示。：该线圈称为整距线圈。整距线圈绕组能产生最大的感应电动势：短距线圈。短距线圈绕组能提高电动机的电磁性能缩短线圈端部接线。多数电机采用这种线圈。：长距线圈。特殊电动机采用这种线圈。yyy（10）支路（a）：同相绕组并联回路的多少，也叫并联支路数。（11）匝数（N）：绕组所含线圈圈数的多少。（12）绕组展开图：将电机定子或转子沿轴向切开，沿圆周方向展开，清楚表示各绕组在电机内嵌放位置的示意图。2.绕组的分类（1）按相数分类：单相绕组、三相绕组和多相绕组（2）按槽内层数分类：单层绕组和双层绕组（3）按每极每相槽数分类：整数槽绕组和分数槽绕组（4）按绕组形状分类：叠绕组、波绕组和同心绕组（5）按绕组装配方式分类：成形绕组和分立绕组（6）按绕组节距和极距的关系分类：y整距绕组yy长距绕组短距绕组3.交流电机的定子绕组构成原则（1）合成电动势和合成磁动势的波形要接近于正弦波，幅值要大（2）对三相绕组，各相的电动势和磁动势要对称，电阻、电抗要平衡；空间位置彼此相差120o电角度.（3）绕组的铜耗要小，用铜量要省。（4）绝缘要可靠，机械强度、散热条件好，制造要方便。11.1.3三相异步电动机的工作原理1.工作原理当定子绕组接通对称三相电源后，绕组中便有三相电流通过，在空间产生了旋转磁场。旋转磁场切割转子上的导体产生感应电动势和感应电流，此感应电流又与旋转磁场相互作用产生电磁转矩，使转子跟随旋转磁场同向转动。旋转磁场代替了旋转磁极。由于转子中的电流和所受的电磁力都是由电磁感应产生，所以也称为感应电动机。上一页下一页返回2.异步电动机运行过程与转差率运行过程：转子的转速n永远小于旋转磁场的转速（既同步转速）n1，转子总是紧跟着旋转磁场以n＜n1的转速同方向旋转。若旋转磁场的方向反转，转子也将反向转动。同步转速：n1=60f/p转差率：同步转速n1与转子转速n之差和同步转速n1的比值。s=（n1-n）/n1n=（1-s）n1s一般在0.01~0.06之间3.异步电机的三种运行状态（1）电动机状态：电动机的转速范围为转差率范围为（2）发电机状态：电动机的转速范围为转差率范围为（3）电磁制动状态：电动机的转速范围为转差率范围为10nn01s1nn0s0n1s11.1.4三相异步电动机铭牌在异步电动机的机座上都装有一块铭牌，如下图所示。铭牌上标出了该电动机的一些数据，要正确使用电动机，必须看懂铭牌，下面以Y112M-4型电动机为例来说明铭牌数据的含义。1）型号：2）额定频率：是指加在电动机定子绕组上的允许频率，国产异步电动机的额定频率为50HZ。3）额定电压：是指加在三相电动机定子绕组绕组上的线电压。一般应为380V。4）额定电流：当电动机在额定状态下运行时，定子绕组的线电流。5）额定功率：是电动机在额定转速下长期持续工作时，电动机不过热，轴上所能输出的机械功率（或者解释为电动机在额定电压、额定频率和额定负载时，转轴上输出的机械功率）。6）额定转速：指电动机接入额定电压、额定频率和额定负载时，电动机转轴上的转速（或者指电动机在额定负载时的转子转速）。7）绝缘等级及温升：是指电动机定子绕组所用的绝缘材料的等级及允许的温度范围。8）绕组接线方式：9）转子电压：10）转子电流11）额定功率因数：当电动机在额定状态下运行时，定子相电压与相电流之间的相位差。12）额定效率：电动机在额定工作状态下，输出功率p2与输入功率p1的比值。13）标准编号14）电动机定额或工作制15）出厂编号cosnN21100%Npp三相异步电动机的运行特性主要是指三相异步电动机在运行时电动机的功率、转矩、转速相互之间的关系。11.2.1三相异步电动机的空载运行（1）空载运行：三相异步电动机定子绕组接在对称的三相电源上，转子轴上不带机械负载的运行。（2）主磁通：当三相异步电动机定子绕组通入三相对称交流电时，将产生旋转磁动势，该磁动势产生的磁通绝大部分穿过气隙，并同时交链于定、转子绕组，这部分磁通称为主磁通。作用：同时交链于定、转子绕组并在其中分别产生感应电动势；电动机能量转换的媒介。11.2三相异步电动机的运行特性上一页下一页返回0（3）漏磁通：除主磁通外的磁通。作用：仅在定子绕组上产生漏磁动势，起电抗降压的作用主磁通和漏磁通（4）空载电流：异步电动机空载运行时的定子电流，用表示（5）空载磁动势：三相空载电流流过定子绕组产生的旋转磁动势，用表示。0I0F11.2.2三相异步电动机的负载运行（1）负载运行：三相异步电动机定子绕组接在对称的三相电源上，转子轴上带机械负载的运行。（2）空载和负载运行时的电磁关系：空载运行时：负载运行时：（3）负载时转子电动势的频率：转子不转时（如启动瞬间）：空载运行：额定情况下运行时：、12220000nnsIFE，，，，2221nnnnIEF下降，增大，、、增大111211()6060pnnnnpnfsfn2101nsff，，1200nnsf