三相异步电动机工作原理

电动机的结构及工作原理讲课人：逯华磊授课重点：三相交流异步电动机原理及结构授课目标：了解电动机原理和熟悉电动机结构电动机培训内容安排•1、电动机的分类•2、直流电动机特点•3、异步电动机特点•4、三相异步电动机结构•5、三相异步电动机原理•6、三相异步电动机铭牌解释•7、三相异步电动机常见故障分析1.电机分类•静止电机---------变压器旋转电机直流电机交流电机2.直流电机的特点•直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。•直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。•直流电动机过载能力较强，热动和制动转矩较大。•由于存在换向器，其制造复杂，价格较高异步电机同步电机异步与同步的概念：所谓异步及同步是指电动机的转子转数与气隙中的旋转磁场的旋转方向及速度是否相同，相同即称为同步反之就是异步。交流电机3.1交流电机的特点•异步电机主要用作电动机，去拖动各种生产机械。•异步电动机的优点:结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特征。•异步电动机的缺点:功率因数较差。异步电动机运行时，必须从电网里吸收落后性的无功功率，它的功率因数总是小于１。3.2异步电动机的主要用途及优缺点4.1三相异步电动机的结构下面是它主要部件的拆分图。右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。4.1.1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。（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（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定子绕组的联结定子绕组:是电路重要的组成部分定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。•异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的。•1、转子铁心：是电动机磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子的外表呈圆柱形。•2、转子绕组：分为笼型和绕线型两类。4.2.1转子部分•笼型转子：笼型绕组是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，形成一个短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子，因此又叫鼠笼转子。导条的材料有用铜的，也有用铝的。•如果用的是铜料，就需要把事先做好的裸铜条插入转子铁心上的槽里，再用铜端环套在伸了两端的铜条上，最后焊在一起，如图(b)所示。如果用的是铸铝，就连同端环、风扇一次铸成，如图(c)所示。笼型转子结构简单、制造方便、是一种经济、耐用的电机，所以应用极广。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。4.3.1其他部分•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5.1异步电机的工作原理iAiBiCtiO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5.1.1异步电机的工作原理•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5.1.2异步电机的工作原理•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••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nnns5.1.3异步电机的工作原理5.2异步电机旋转磁场的产生定子绕组通入三相交流电流旋转磁场切割转子绕组转子绕组产生感应电势转子中产生感应电流转子电流与磁场作用产生电磁转矩运转问题:旋转磁场又是如何产生的呢?iAiBiCABCXYZiA=ImsintiB=Imsin(t–120)iC=Imsin(t+120)iAiBiC相序A-B-C对称三相电流流入对称三相绕组。tiO5.2.1异步电机的旋转磁场iAt=0°tiAZBXCYiA=0iB为负值iC为正值NS0°电流的流入端用+表示iBiC电流的流出端用•表示O5.2.2异步电机旋转磁场的产生tt=60°iAZBXCYNS60°iC=0iB为负值iA为正值iAiBiCO5.2.3异步电机旋转磁场的产生t=90°AZBXCYNS90°iA为正值iB为负值iC为负值tiiAiBiCO5.2.4异步电机旋转磁场的产生t=180°AZBXCYiA=0iB为正值iC为负值180°NStiiAiBiCO5.2.5异步电机旋转磁场的产生t=0°AZBXCYNS0°Nt=180AZBXCYS180°t=90°AZBXCYNS90°t=60AZBXCYNS60°5.2.6异步电机旋转磁场的产生空间相差120º角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场，当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周(在空间旋转的角度为360º)。综上分析可以得出：tiiAiBiCOABCXYZiAiC9060°0AZBXCYNS0°AZBXCYNS60°相序A-C-B-AAZBXCYNS90°iB5.3.1改变旋转磁场的转向改变流入三相绕组的电流相序，就能改变旋转磁场的转向；改变了旋转磁场的转向，也就改变了三相异步电动机的旋转方向。综上分析可以得出：•要正确使用电动机，必须要看懂铭牌。今以Y132M-4型电动机为例，来说明铭牌上各个数据的意义。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△转速1440r/min绝缘等级B工作方式连续年月编号××电机厂此外，还有功率因数0.85，效率87%。6.1电机铭牌数据•为了适应不同用途和不同工作环境的需要，电动机制成不同的系列，每种系列用各种型号表示。型号说明：Y132M-4三相异步电动机磁极数机座中心高机座长度代号（S-短机座；M-中机座；L-长机座）6.1.1电机铭牌数据-型号产品名称异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机新代号汉字意义老代号Y异异绕异爆异起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO6.1.1电机铭牌数据-型号U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2接电源U1V1W1W2U2V2接电源6.1.2电机铭牌数据-接法3、电压•铭牌上所标的电压值是指电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压。4、电流•铭牌上所标的电流值是指电动机在额定运行时定子绕组的线电流。5、功率与效率•铭牌上所标的功率值是指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率值。所谓效率就是输出功率与输入功率的比值。6.1.3电机铭牌数据-其他参数6、功率因数•因为电动机是电感性负载，定子相电流比相电压滞后一个角。cos就是功率因数。7、转速•由于生产机械对转速的要求不同，需要生产不同磁极数的异步电动机，因此有不同的转速等级。最常用的是四磁极的（n0=1500r/min)。8、绝缘等级•绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时容许的极限温度来分级的。所谓极限温度，是指电动机绝缘结构中最热点的最高容许温度。绝缘等级极限温度（0C）AEB105120130YFHC90155180大于1806.1.3电机铭牌数据-其他参数9．防护等级防护等级表示三相电动机外壳的防护等级，其中IP是防护等级标志符号，其后面的两位数字分别表示电机防固体和防水能力。数字越大，防护能力越强，如IP44中第一位数字“4”表示电机能防止直径或厚度大于1毫米的固体进入电机内壳。第二位数字“4”表示能承受任何方向的溅水。6.1.3电机铭牌数据-其他参数•机械方面的原因•电气方面的原因7.三相交流电动机常见故障•轴承过热•电动机振动大•电动机运行有异音7.1机械方面故障原因•滑脂过多或过少；•油质不好含有杂质；•轴承与轴颈或端盖配合不当；•电动机轴弯曲。7.1.1轴承过热•由于磨损轴承间隙过大；•气隙不均匀；•转子不平衡；•转轴弯曲；•机壳或基础强度不够；•电动机地脚螺丝松动；•笼型转子开焊断路；绕线转子断路；•定子绕组故障。7.1.2电动机振动大•转子与定子绝缘纸或槽楔相擦；•轴承磨损或油内有砂粒等异物；•轴承缺油；•风道填塞或风扇擦风罩；•定转子铁芯相擦（扫膛）；•电源电压过高或不平衡；•定子绕组错接或短路。7.1.3电机运行中异音•通电后电动机不转有嗡嗡声•通电后电动机不转，然后开关跳闸•电动机过热甚至冒烟7.2电气方面原因•定、转子绕组有断路（一相断线）或电源一相失电；•绕组引出线始末端接错或绕组内部接反；•电源回路接点松动，接触电阻