异步电动机结构及原理

主要内容：一、三相异步电动机的结构（一）、定子：（1）定子铁心（2）定子绕组（3）绕组绝缘：（二）、转子：（1）转子铁心：（2)绕线式转子:（3)绕线式转子:（4）转轴（三）、机座：（四）、其它附件（1）端盖：（2）轴承：（3）轴承端盖：（4）、风扇（5）、风扇护罩（6）、接线盒及接线柱：（7）、铭牌：（8）、异步电动机的型号：二、三相异步电动机的工作原理电机结构图一、三相异步电动机的结构一.三相异步电动机的结构鼠笼式三相异步电动机绕线式定子转子定子铁芯机座定子绕组转子铁芯转轴转子绕组风罩风叶转子定子端盖（一）、定子：电动机的静止部分称定子，主要包括有定子铁心、定子绕组、机座等部件，（1）定子铁心•作用：作为电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。定子铁心一般由0.35～0.5毫米厚表面具有绝缘层(涂绝缘漆或硅钢片表面具有氧化膜绝缘层)的硅钢片冲制、叠压而成，在铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组槽型有开口型、半开口型、半闭口型三种。①半闭口型槽的优点是电动机的效率和功率因数较高。缺点是绕组嵌线和绝缘都较困难。一般应用于中、小型低压电机中。②半开口型槽可以嵌放成型线圈（绕组）故一般应用于大型、中型低压电机中。③开口型槽用以嵌放成型线圈（绕组）。所谓成型绕组即绕组可以事先经过绝缘处理后再放入槽内，因此绕组绝缘方法比半闭口槽更方便，主要用在高压电机中。定子铁心制作完成后再整体压入机座内，随后在铁心槽内嵌放定子绕组。定子铁心槽型①半闭口型②半开口型③开口型（2）定子绕组作用：是电动机的电路部分，通入三相步电动机定子绕组通常用高强度漆包线(铜线或铝钱)绕制成各种线圈后，再嵌放在定子铁心槽内。中型电机绕线机小型电机绕线机大中型电机则用各种规格的扁铜线经过绝缘处理后，再嵌放在定子铁心槽内。涨型机涨型机成型线圈聚酯薄膜聚四氟乙烯薄膜聚酯薄膜（3）绕组绝缘：为了保证绕组的各导电部分与铁心之间的可靠绝缘以及绕组本身之间的可靠绝缘，故在定子绕组制造过程中采取了许多绝缘措施，三相异步电动机定子绕组的主要绝缘项目有以下三种:1)对地绝缘:定子绕组整体与定子铁心之间的绝缘。2)相间绝缘:各相定子绕组之间的绝缘。3)匝间绝缘:每相定子绕组各线匝之间的绝缘。聚酯薄膜聚四氟乙烯薄膜聚酯薄膜青壳纸J02系列电动机绝缘等级为E级，Y系列电动机绝缘等级为B级。常用的薄膜类绝缘材料有聚酯薄膜青壳纸、聚酯薄膜、聚酯薄膜玻璃漆布箔及聚四氟乙烯薄膜。•定子三相绕组在槽内嵌放完毕后共有六个出线端引到电动机机座的接线盒内，可按需要将三相绕组接成星形接法(Y接)或三角形接法(△接)。•（二）、转子：转子是电动机的旋转部分，包括转子铁心、转子绕组和转轴等部件。•（1）转子铁心：作用：转子铁心作为电机磁路的一部分，并放置转子绕组。—般用0.35～0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。•通常都是用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心，一般小型异步电动机的转于铁心直接压装在转轴上，而大，中型异步电动机(转子直径在300～400毫米以上)的转子铁心则借助于转子支架压在转轴上。为了改善电动机的启动及运行性能，鼠笼式异步电动机转子铁心一般都采用斜槽结构(即转子槽并不与电动机转轴的轴线在同一平面上，而是扭斜了一个角度)，•（2）转子绕组:•其作用为切割定于磁场，产生感应电动势和电流，并在旋转磁场的作用下受力而使转子转动。根据构造的不同可分为鼠笼式转子和绕线式转子两种类型。•1)鼠笼式转子:通常有两种结构型式，中小型异步电动机的鼠笼转子一般为铸铝式转子，即采用离心铸铝法，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，•下图(a)为铸铝转子的绕组部分，(b)为整个铸铝转子结构。而所谓离心铸铝法即是让转子铁心高速旋转，使熔化的铝在离心力作用下能充满铁心槽内的各部分，以避免出现气孔或裂缝。（a）铸铝转子绕组（b）铸铝转子•为了提高电动机的启动转矩，在容量较大的异步电动机中，鼠笼转子有采用双鼠笼或深槽结构的转子，如图所示。双鼠笼转子上有内外两个鼠笼，外笼采用电阻率较大的黄铜条制成，内笼则用电阻率较小的紫铜条制成。而深槽转子绕组则用狭长的导体制成。（a）双鼠笼转子槽型（b）深槽转子槽型（3)绕线式转子:绕线式异步电动机的定子绕组结构与鼠笼式异步电动机完全一样，但其转子绕组与鼠笼式异步电动机则绝然不同，绕线式转子绕组也和定子绕组一样做成三相对称绕组它的极对数和定子绕组也相同。三组转子绕组一般都接成星形接法，三相绕组的首端引出线接到固定在转轴上并互相绝缘的三个铜制滑环上，有一组安装在端盖上的电刷与滑环接触，转子三相绕组通过三相电刷联接到外电路(一般为变阻器)上。•如图。有些绕线式电动机上装有举刷．装置，在启动时转子绕组与外电路接通．起动完毕正常运行时，为了减少电刷与滑环间的磨损，扳动举刷装置到运转位置，一方面利用短路装置将三个滑环短接，另一方面又把三组电刷举起，不再与滑环接触。如图所示。•由于绕线式电动机转于结构较复杂，加上电刷与滑环的接触面有可能出现接触不良的故障，因此绕线式电动机妁应用不如鼠笼式电动机那样广泛。但由于绕线式电动机的起动及调速性能较好，故在要求一窜范围内能进行平滑调速的设备，如吊车、电梯；空气压缩机等上面被广泛采用。•（4）转轴•用以传递转矩及支承转子的重量。一般都由中碳钢或合金钢制成。微型电机转轴•（三）、机座：作用：固定定子铁心和定子绕组，并以两个端盖支承转子，同时起保护整台电机的电磁部分和发散电机运行中产生的热量。机座通常为铸铁件，大型异步电动机机座般用钢板焊成，而有些微型电动机的机座则采用铸铝件以降低电机的重量。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可以直接对流，以利于散热。（四）、其它附件（1）端盖：分别装在机座的两侧，起支撑转子的作用，—般为铸铁件。（2）轴承：连接转动部分与不动部分，目前常采用滚动轴承以减小磨擦。（3）轴承端盖：保护轴承，使轴承内的润滑油不致溢出。（4）、风扇：冷却电动机。（5）、风扇护罩防护电动机风叶。（6）、接线盒及接线柱：作用：联接绕组与电源（7）、铭牌：在异步电动机的机座上都装有—块铭牌，铭牌上标出了该电动机的型号及一些技术数据，供正确选用及检修电动机之需。现分别说明如下：三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机型号Y132M-4功率7.5KW频率50Hz电压380V电流15.4A接法Δ转速1440r/min绝缘等级B工作方式连续标准编号工作制S1B级绝缘年月编号××电机厂Y表示异步机，132（mm）表示机座中心高度；M代表中机座（L长机座、S短机座）。额定功率指的是电动机输出的机械功率。额定电压、电流均指电动机额定运行情况下的定子线电压、线电流的数值。额定转速指的是电动机转子的转速n。三相异步电动机的定子绕组有两种接法：Y形和Δ形。三相定子绕组由机壳外面的接线盒引出，左下图为Y接连线图；右下图为Δ接连线图。(8)、异步电动机的型号：异步电动机的型号一般采用印刷体汉语拼音字母和阿拉伯数字表示，型号一般由四个部分组成，各部分之间用短线隔开。异步电动机的型号：绕线式电机转子高压电机绕组空槽高压电机定子高压电机绕组负荷端接线高压电机定子喷漆电机定子铁芯1电机定子铁芯2绕线式电机转子大修中的绕线式电机转子直流电机换向器直流电机电刷配件直流电机电刷握同步电机1同步电机2①转轴②轴伸端盖③轴承④鼠笼⑤定子铁芯⑥机座⑦转子⑧出线盒⑨线圈⑩非轴伸端盖⑾风扇⑿风罩电机结构图ωt=0时转子电流和转子旋转情况n1AXBYCZNSω(2)电动机的转动原理用右手定则可判断出转子导体中感应电流的方向如图示；再用左手定则判断出转子导体的受力方向为上右下左，因此转子顺着同步磁场n1的方向转动。异步机的转动原理三相对称定子绕组中通入对称三相交流电，即在气隙中形成一个在时间上、空间上都随时间变化的一个旋转磁场。固定不动的转子导体与旋转磁场相切割后感应电流成为载流导体。载流导体又和旋转磁场相互作用，对轴生成电磁转矩，于是电动机就顺着同步转速的方向转动起来。问题与讨论电动机的转速n能等于同步转速n1吗？转子与旋转磁场间没有相对运动提示：如果1nn转子不切割磁场不能生成感应电流转子不是载流导体则不能受力转动结论：n≠n1异步！三.三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机型号Y132M-4功率7.5KW频率50Hz电压380V电流15.4A接法Δ转速1440r/min绝缘等级B工作方式连续标准编号工作制S1B级绝缘年月编号××电机厂Y表示异步机，132（mm）表示机座中心高度；M代表中机座（L长机座、S短机座）。额定功率指的是电动机输出的机械功率。额定电压、电流均指电动机额定运行情况下的定子线电压、线电流的数值。额定转速指的是电动机转子的转速n。三相异步电动机的定子绕组有两种接法：Y形和Δ形。三相定子绕组由机壳外面的接线盒引出，左下图为Y接连线图；右下图为Δ接连线图。同步转速：转差率：minr/1000350606011pfn04.01000960100011nnnsHz25004.012sff解：三相异步电动机p=3，电源f1=50Hz，电机额定转速n=960r/min。求：转差率s，转子电动势的频率f2例：若能给单相异步电动机一个外力使它转动起来，则顺时针旋转磁场B1和逆时针旋转磁场B2产生的合成电磁转矩不再为零，在这个合成转矩的作用下，即使不需要其它的外在因素，单相异步电动机仍将沿着原来的运动方向继续运转。四.单相异步电动机简介实验室、家庭及办公场所通常是单相供电，因此实验室的很多仪器、各种电动小型工具、家用洗衣机、电冰箱、电风扇等，都采用单相异步电动机。单相异步机采用鼠笼式转子结构，一般容量多在0.75KW以下。在单相异步电动机的定子绕组通入单相交流电，电动机内产生一个大小及方向随时间沿定子绕组轴线方向变化的磁场，称为脉动磁场。SN脉动磁场可以分解为两个大小相等、转速相同、转向相反的旋转磁场B1、B2。问题与讨论单相异步电动机为什么不会自行起动？顺时针方向旋转的磁场B1对转子产生顺时针方向的电磁转矩；逆时针方向旋转的磁场B2对转子产生逆时针方向的电磁转矩。由于在任何时刻这两个电磁转矩都大小相等、方向相反，所以单向异步机的转子不会自行起动，也就是说单相异步电动机的起动转矩为零。ωtBO45°90°135°180°235°270°315°360°B1B2B2B1B1B2B1B2B2B1B1B2B2B1B1B2B2B1BBBBBB合成的脉动磁场在任一时刻都是大小随时间变化，但磁场的轴向不变。如何让单相异步电动机转动起来？电容分相式异步电动机的定子有两个绕组：一个是工作绕组（主绕组）；另一个是起动绕组（副绕组），两个绕组在空间互成90°。起动绕阻与电容C串联，使起动绕组电流i2和工作绕组电流i1产生90°相位差，即：)90sin(2sin22211tIitIi电容分相法可让单相异步机转动M1～Ci2i1ωtii1i20(a)电路图(b)波形图45°90°360°×·×·×·i1i1i1i2i2i2×·ωt=0°ωt=45°ωt=90°上图所示分别为单相异步电动机的定子磁场分别在ωt=0°、ωt=45°、ωt=90°三个时刻时的合成磁场方向。可见合成磁场随着时间按顺时针方向旋转。即加入电容起动绕组后，单相异步电动机的合成磁场就是一个旋转磁场，因此它就可以自行起动了。