三相电机结构原理.ppt

学习情境 2.1三相交流异步电动机的安装与维修 任务一、三相交流异步电动机的拆卸与安装任务二、电动机典型故障的检测与维修一、三相异步电动机概述异步电机的定义：转速和所接的交流电源频率之间没有严 格不变关系的电机一、三相异步电动机概述异步电动机的用途异步电机主要作电动机用，其功率范围从几瓦 到上万千瓦，是国民经济各行业和人们日常生活 中应用最广泛的电机，主要拖动各种生产机械异步电动机之所以被广泛应用，是由于它结构 简单、运行可靠、效率较高、成本较低及维修方 便且适用于多种机械负载的工作特性等优点三相交流异步电动机的拆卸与安装• 一三相异步电动机概述 • 二三相异步电动机的结构 • 三三相异步电动机的铭牌 • 四三相异步电动机的绕组任务一三相交流异步电动机启动调速技术 一、学习情境一三相交流异步电动机的安装与维修二、学习情境二给水系统电动机启动方法设计三、学习情境三空调器电动机调速方法设计 一、三相异步电动机概述异步电动机的分类异步电机的种类很多，最常用的分类方法是：一按照定子绕组相数来分，有单相异步电动机、 两相异步电动机和三相异步电动机；二是按照转子结构来分，有绕线式异步电动机和 鼠笼式异步电动机。

二、三相异步电动机的结构三相异步电动机主要由静止的定子和旋转的转 子两大部分组成，定子与转子之间存在气隙，此 外，还有端盖、轴承、机座、风扇等部件二、三相异步电动机的结构一、定子异步电机的定子由定子铁心、定子绕组和 机座构成定子铁心是电机磁路的一部分，为了减小交 变磁场在铁心中引起的铁耗，定子铁心采用导 磁性能好、铁耗小、厚度为0.5mm的硅钢片叠 压而成，叠片间需经绝缘处理为了嵌放定子 绕组，每个硅钢片上都冲制出一些沿圆周均匀 分布、尺寸相同的槽二、三相异步电动机的结构二、三相异步电动机的结构定子绕组是定子的电路部分，由若干线圈按照一 定规律嵌放在定子铁心槽中并联接起来构成大中 型三相异步电机定子绕组为三相双层绕组，小型电 机为单层绕组小型异步电动机定子绕组用高强度 漆包圆铜线或铝线绕制而成；大型异步电动机的导 线截面较大，采用矩形截面的铜线或铝线制成线圈 ，再放置再定子槽内高压大功率三相异步电动机 定子绕组采用星形联结，只有三根线引出；中、小 功率低压三相异步电动机在运行时，定子绕组通常 采用三角形联结，但是一般把三相绕组的6个端子都 引出，这样便于使用者根据实际需要将三相绕组接 成星形或三角形联结。

二、转子异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组和 转轴组成转轴用于固定和支撑转子铁心转轴一般用中碳钢做材料，起支撑和固定转 子铁心及传递转矩的作用二、三相异步电动机的结构二、三相异步电动机的结构 二、转子转子绕组是转子的电路部分，在交变的磁 场中感应电动势，流过电流并产生电磁转矩 ，转子绕组分为笼型绕组和绕线型绕组两种 ，所以按转子结构分类，异步电机可分为笼 型电机和绕线式电机鼠笼式绕组，是自行短路的对称绕组，在转子铁 心的每个槽中放置一根导体，称为导条，每根导条 的轴向长度都比铁心略长在导条的两端用短路环 （也称为端环）把所有导条伸出铁心的部分联结起 来，形成一个闭合回路，整个绕组的外形象一个鼠 笼，因此得名绕线式转子上放置三相交流绕组，其极数与定子 相同，一般用双层绕组，连接成Y形，三相出线端子 引到三个滑环上，再利用三个固定在定子上的电刷 将电动势引出到外电路，这样可利用外电路串附加 电阻以改善电动机的起动性能或调节转速，这是绕 线式异步电动机的特点二、三相异步电动机的结构二、三相异步电动机的结构三、气隙异步电机定子与转子之间有一小的间隙，称 为电机气隙气隙的大小对异步电机运行性能有 重要影响。

异步电机的气隙磁场是由励磁电流产 生，为了减小励磁电流，提高功率因数，气隙应 尽可能小但气隙过小不仅使装配困难，而且电 机运行时定、转子之间可能发生摩擦异步电机 的气隙较同容量的同步电机要小得多，中小型异 步电机的气隙一般为0.2mm～2mm；功率越大， 转速越高，气隙长度越大三、三相异步电动机的铭牌三相异步电动机性能参数使用连 接等的说明书铭牌的意义三、三相异步电动机的铭牌铭牌标明的参数额定功率PN ：指电机在铭牌规定的额定条下，转 轴上输出的机械功率，单位为W或kW额定电压 UN ：电机在额定工况下运行时，加在 定子绕组出线端的线电压，单位为V 额定电流 IN ：指电机定子绕组上所加电额定电 压，转轴上输出功率为额定功率时定子绕组的 线电流，单位为安（A）三、三相异步电动机的铭牌额定频率 FN：指加在定子边的电源频率， 我国规定标准工频为50Hz额定转速 nN ：指电机在定子绕组加额定电压 ，转轴输出额定功率时的转速，单位r/min 额定功率因数 ：是电机在额定运行条件 下定子侧的功率因数 额定效率 ： 是电机在额定运行条件下，转 轴输出的机械功率（即额定功率）与定子侧输 入的电功率（即额定输入功率）的比值。

铭牌标明的参数三、三相异步电动机的铭牌铭牌说明的其他意义除了以上各额定值外三相异步电机在铭牌上还标出了相数、绕 组联结方式、绝缘等级、额定温升等对三相绕线式异步电机，还标有转子绕组 的联结方式及转子的额定电压和电流四、三相异步电动机的绕组交流绕组的用途交流电机的三相定子绕组是电机实现 机电能量转换的主要部件，通过它电 机产生一个极数、大小、波形均满足 要求的磁场，同时在定子绕组中感应 出频率、大小和波形及其对称性均满 足要求的电动势交流绕组的构成原则四、三相异步电动机的绕组1.合成电动势和磁动势的波形接近正弦波，即要求 电动势和磁动势中的谐波分量尽可小； 2.在一定的导体数下，能得到较大的基波电动势和 磁动势； 3.三相绕组中，电动势和磁动势的基波对称，即三 相大小相等，相位互差 ，且三相阻抗相等 ； 4.绕组铜耗小，用铜量少； 5.绝缘可靠，机械强度高，散热条件好，制造工艺 简单，维护检修方便交流绕组分类方法四、三相异步电动机的绕组按照其相数、绕组层数、每极下每相槽 数和绕法进行分类，分别可分为：（1）单 相、两相、三相和多相绕组；（2）单层绕 组和双层绕组，单层绕组又分为等元件式 、交叉式和同心式绕组，双层绕组又分为 迭绕组和波绕组；（3）整数槽绕组和分数 槽绕组。

四、三相异步电动机的绕组三相双层绕组现代10kW以上的三相交流电机，其定子绕 组一般都采用双层绕组，双层绕组的每个槽内 有上、下两个线圈边同一个线圈的一条边在 某一槽的上层，另一条边则在相距为y的另一 槽的下层整个绕组的线圈数与槽数相等双层绕组的主要优点为：在采用分布绕组的同时，选择最合适的节距， 可改善电动势和磁动势波形；所有线圈尺寸相 同，便于制造；端部形状排列整齐，有利于散 热和增强机械度四、三相异步电动机的绕组 双层绕组图迭绕组和波绕组线圈四、三相异步电动机的绕组绕组嵌 线时，相邻 的两个串联 线圈中，后 一个线圈紧“ 迭”在前一个 线圈上，这 种绕组称为 迭绕组迭绕组四、三相异步电动机的绕组 波绕组把所有同一极性下属 于同一相的线圈按波浪 形依次串联起来，组成 一组；再把所有另一极 性下属于同一相的线圈 按波浪形依次串联起来 ，组成另一组；最后把 这两大组线圈根据需要 串联或并联，构成一相 绕组波绕组的优点：可 减少线圈之间的连 接线电动机典型故障的检测与维修任务二•一三相异步电动机的工作原理•二三相异步电动机的典型故障与维修一、三相异步电动机的工作原理三相异步电动机由定子和转子两大部件组 成，定子上有三相交流绕组，转子按一定方式 构成闭合回路。

当定子绕组通入三相对称交流 电后，产生旋转磁场，以 的 速度旋转，它切割转子绕组并在其中感应出电 动势，电动势的方向由右手定则决定由于转 子是闭合回路，转子中便有电流产生，电流方 向与电动势方向相同，而载流导体在磁场中将 产生电磁力 ，方向由左手定则决定原理一、三相异步电动机的工作原理由电磁力形成的电磁 转矩使转子旋转起来 ，转速为n不过转子 转速达不到n1，因为 转速如果达到n1时， 转子绕组与定子旋转 磁场之间便无相对运 动，不能在转子绕组 中感应电动势，从而 无法产生电流和转矩 一、三相异步电动机的工作原理转差率s转差率是异步电机运行时的一个重要物 理量转子静止时， ，则 ；转 速 时，则 所以，异步电 动机运行时，s的取值范围在 异步电动机在额定负载条件下运行时， 一般额定转差率 一、三相异步电动机的工作原理根据转差率s为正（或负）的大 小，三相异步电动机可分为电动机 、发电机和电磁制动三种运行状态 。

一、三相异步电动机的工作原理 电动机运行状态电磁转矩T是驱动转矩，电机作为电动机运行， 将从电源吸收（输入）的电能转变为轴上的机械 能（输出）一、三相异步电动机的工作原理发电机运行状态如果异步电动机由其它原动机驱动，使 转子仍顺着旋转磁场方向旋转，并且使其转 速超过旋转磁场同步转速，感应在转子导体 中的感应电动势和电流方向与电动机状态时 相反，所以产生的电磁转矩方向反向，电磁 转矩对电机转轴起制动作用定子绕组中电 流有功分量相对于电动机状态是反向的，即 电机向电网输送出有功功率，将原动机的机 械能通过电磁耦合磁场转变为电能，这时电 机为发电机运行状态，如图（c）所示 一、三相异步电动机的工作原理 电磁制动状态如果作用在电动机转子上的外转矩使转子朝着与 旋转磁场方向相反的方向转动，如起重机放下重 物的情况，由于转子绕组与旋转磁场相对运动方 向仍与电动机状态时一样，所以感应电动势与电 流有功分量与电动机状态时相同，电磁转矩方向 如图（a）所示，与电动机运行状态时一样，但外 转矩使转子反方向旋转，所以电磁转矩对旋转的 转子而言是制动性质这时，电机一方面从电网 吸收电功率，另一方面转子也从外部吸收机械功 率，二者都转变为转子内部电阻上的损耗，异步 电机运行在电磁制动状态。

二、三相异步电动机的典型故障与维修若电动机工作在正常负载（接近额定） 时，端电压降低对电机运行不利此时， 转子电流较大，端电压降低时，转差率和 转子电流增大，定子电流的两个电流分量 中，负载分量起主要作用，所以定子电流 随转子电流增大而增大由于转差率增大 ，转子功率因数和定子功率因数降低1、异步电动机非额定电压故障与维修电源电压额定电压1、异步电动机非额定电压故障与维修如果电动机运行在 的情况下 ，由于端电压的升高，电机主磁通增 大，此时磁路饱和程度也增加，电机 的励磁电流大大增加，使电机功率因 数下降，同时铁耗随主磁通增加也增 大，导致电机效率下降，温升提高 所以，当电动机在高于额定电压下运 行时，必须减小负载2、异步电动机非额定频率下的故障与维修当电网频率高于额定频率，主磁通减小，励 磁电流随之减小同时，定子电流也减小，转 速上升，对电动机的功率因数、效率和通风冷 却等都会有所改善当电网频率低于额定频率，主磁通将增大， 铁心饱和程度增加，励磁电流增大很快，从而 定子电流也增大，电动机的铁耗和铜耗均增大 ，引起电机的功率因数和效率降低同时，电 动机转速下降，使电机通风冷却条件变差，温 升提高。

此时，电动机必须减小负载，使电机 在轻载下运行，防止电机过热3、异步电动机不对称电源下的故障与维修对称的正序电流产生正序旋转磁势 ， 以同步转速正向旋转，转子绕组切割此磁 动势，产生正序感生电流，正序转子电流 与正向旋转磁场相互作用，产生正向电磁 转矩 ，此时，正序系统的转差率为：3、异步电动机不对称电源下的故障与维修对称的负序电流产生负序旋转磁动势，以同 步转速反向旋转，转子绕组切割此磁动势，产 生负序。