异步电动机要点

1、18第十章异步电动机异步电机是一种交流电机，也称为感应电动机。它是将交流电能转化为机械能的设备。现代各种生产机械大 都采用异步电动机来驱动。异步电动机具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠及重量轻，成本较低的优点，它还具有较高的 效率和接近恒速的负载特性。因此，在生产实际中得到了最广泛的应用。异步电动机又分为三相异步电动机和单相异步电动机。三相异步电动机广泛地用来驱动各种金属切削机床、 起重机、锻压机、传送带、铸造机械、水泵等。而单相异步电动机常用于功率不大的电动工具和某些家用电器中。 本篇主要介绍三相异步电动机的基本结构与工作原理、特性及其控制，对单相异步电动机仅作简单的介绍。第一节三相异步电动机的基本结构异步电动机是旋转电机， 它是由固定的定子和旋转的转子两大部分组成。定子和转子之间存在较小的空气隙，称为气隙。为了减小空载电流，气隙应尽量小，异步电动机的气隙一般为0.22.0mm。鼠笼式异步电动机的结S 10-1鼠笼式异相电动机的结构国1-定2-定绕纲：3-转子I4-出线盆：5-凶承:6-袖爪：二一端 mi ： S-内盖：外 iiii ；构如图10-1所示。一、定子异步电动机

2、定子的主要作用是建立旋转磁 场。定子主要由定子铁芯、定子绕组、机座组成。定子铁芯是异步电机主磁路的一部分，为了减少铁芯损耗，其铁芯通常由0.5mm厚的片间绝缘的硅钢片叠压而成，并固定在机座内。一般大 容量电动机定子硅钢片间涂有绝缘漆，且采用扇 形冲片。当定子铁芯较长时，为了增加散热面在 轴向长度上，每隔36cm留有径向通风沟。为了 嵌放定子绕组，在定子铁芯内圆冲出许多形状相同的槽。定子绕组是电机的电路部分，其主要作用是通过电流产生主磁场，以实现机电能量的转换。定子绕组一般采 用带绝缘的铜导线或铝导线绕制的线圈连接而成。小型异步电动机采用高强度漆包圆线，大型异步电动机采用矩 形截面成型线圈。三相异步电动机的定子绕组为三相对称绕组。机座的主要作用是固定和支撑定子铁芯，因此要求其有足够的机械强度和刚度，能够承受运输和运行中的各 种作用力。中、小型电动机通常采用铸铁机座，为增加散热面，在机座外表面有散热片。大容量电动机采用钢板 焊接机座，为满足通风散热要求，机座内表面和定子铁芯隔开适当的距离以形成空腔，作为冷却空气的通道。此外，机座两端装有端盖，端盖由铸铁或钢板制成。有的端盖中央还装有轴承，轴

3、承用来支撑转子。、转子异步电动机转子主要是利用旋转磁场感应产生转子电流，从而产生电磁转距。转子主要由转轴、转子铁芯、 转子绕组组成。图10 2甜浅时转广外形图(a)钢条转境外铜条轧f1族心：入导条蚯路环;3*岷入的导条转轴用强度和刚度较高的中碳钢加工而成。它一是为了支撑和固 定转子铁芯，另一方面起着传递功率的作用。整个转子靠轴承和端盖 支撑着。转子铁芯也是电机主磁路的一部分，通常也是由0.5mm厚的硅钢片叠压成圆柱体套装在转轴上，转子铁芯表面均匀分布的槽内嵌放有 转子绕组。转子绕组是短路绕组， 其作用是产生感应电动势， 流过感应电流。 转子绕组分为鼠笼式和绕线式两种。1 .鼠笼式绕组鼠笼式绕组的电动机叫鼠笼式异步电动机。鼠笼式绕组结构较简单，它是由嵌在转子铁芯槽内的铜条或铝条组成，两端分别与两个端环相连成一个整体，形成一个自身闭合的短接回路。如不考虑铁芯，仅由导条和端 环构成的转子绕组外形象一个松鼠笼子，故称鼠笼式转子绕组。为了节约用铜，一般中、小型鼠笼式电动机的转子导条、端环和端环外的风扇由铝 液铸成一体。大型鼠笼式电动机则用铜导条和铜端环焊接而成。鼠笼式转子绕组外形如图10-2所示

4、。2 .绕线式绕组绕线式绕组的电动机叫绕线式异步电动机。绕线式绕组是指转子铁芯槽内放置的三相对称绕组。它和定子绕 组相似，其极数、相数也和定子的极数、相数相等。绕线式绕组一般接为星形，转子三相绕组末端接在一起，始 端分别引至轴上的三个互相绝缘的铜质滑环上，再通过电刷接在转子回路的可调附加电阻后进行短接。其接线示 意图如10-3所示。有的绕线式电动机还装有提刷短路装置，在电动机起动完毕且不需要调节转速时，把电刷提起并同时将三个滑环短路，以减小电刷的磨损和摩擦损耗。绕线式电动机可以通过改变转子回路串入的附加电阻，改善电动机的起动性能，或调节电动机的转速。但与鼠笼 式异步电动机相比，绕线式电动机的结构复杂，维修较麻烦，造价高等。因此，对起动性能要求较高和需要调速 的场合才选用绕线式电动机。第二节异步电动机的工作原理通过前面学习，我们知道，异步电动机主要由定子和转子两大部分组成。定子铁心中分布有三相对称绕组 (匝数相等、结构相同、空间互差1200分布的绕组)，转子铁心中分布的转子绕组为自身短接绕组。异步电动机之所以能够旋转，是由于转子载流导体在定子磁场中受到了电磁力的作用。因此，要掌握异步电动

5、机转动原理，就必 须搞清楚定子磁场的建立、转子绕组中的感应电流以及转子绕组的感应电流在定子磁场中受到的电磁力。一、定子旋转磁场(一)定子旋转磁场的建立定子三相对称绕组接成星形或三角形，三相出线端接在三相交流电源上，三相定子绕组中便流过三相对称电 流，即iA = Im sin tiB =Imsin( t -120)iC = Imsin( t -240：)其波形如图10-4所示。我们规定：电流从绕组首端流向末端为正方向。电流在正半周时，为正值；在负半周时，为负值。当cot=0的瞬时，定子绕组中的电流方向如图10-5所示，此时iA =0 , iB是负，江是正。将每相电流产生的磁场相加，便得到三相电流 的合成磁场。如图10-5(a)所示，合成磁场的方向是 由上指向下。当cot=60的瞬时，定子绕组中的电流方向和三相电流的合成磁场方向如图10-5(b)所示。此时，合成磁场已在空间转过了60 o(1)图W-5二相电流产生的旋转磁场当cot=90的瞬时，如图 10-5(c)所示，此时，三相电流的合成磁场比 w t=60的合成磁场在空间又转过了30。,其产生的合成磁场是随电流的交变在空间不断旋转的旋图

6、】小心旋转联场的反M由上推知，当三相定子绕组中流过三相对称 转磁场。（二）旋转磁场的特点1 .旋转磁场的转向如图10-5所示，三相定子绕组中通入三 相对称电流的相序为 A 一 B - C,其旋转磁场的 转向与该顺序是一致的。如果将三相对称电流 的相序变为A - C-B （将定子接电源的三根 导线中的任意两根导线对调即可），旋转磁场则反转，如图10-6所示。可见，旋转磁场的 转向与通入定子绕组的三相电流相序有关。2 .旋转磁场的磁极数旋转磁场的磁极数即就是定子绕组的磁极数，而定子绕组的磁极数与定子绕组端部的连接有关。若每相只有 一个线圈组，相邻线圈组的首端之间相差120。空间角，此时旋转磁场具有一对磁极，即 P=1 （P是磁极对数），如上图10-5所示。以此类推，若每相绕组在空间均匀分布三个串联线圈组，相邻线圈组的首端之间相差40。空间角，则产生的旋转磁场具有三对磁极，即 P=3 。3 .旋转磁场的转速由上述图10-5可见，在旋转磁场具有一对磁极的情况下，当定子电流从 w t=0到cot=90：经过了 90时，磁 场在空间也旋转了 90。当电流交变一个周期时，该磁场在空间恰好转过一圈。同

7、理，当电流交变一个周期，在旋转磁场具有两对磁极的情况下，磁场转半圈；在旋转磁场具有三对磁极的 情况下，磁场仅转三分之一圈 。对于这一点我们不作详细分析了， 但有一点可以肯定的是： 旋转磁场的转速n1取60 f.决于电流的频率和旋转磁场的磁极对数p,即：n1=（电流每分钟交变 60f个周期，转速单位：r/min）。图1小7片毋电动机的K功暝理P二、电动机的转动原理1 .电动机转动原理图10-7所示为三相电动机转动原理图，当异步电动机定子三相绕组通入三相电流时，在气隙中便产生旋转磁场。由于旋转磁场与转子绕组存在着相对运动， 旋转磁场切割转子绕组，转子绕组中便产生感应电动势。因为转子绕组自成闭合 回路，所以就有电流流过。转子绕组感应电动势的方向由右手定则确定，若略去 转子电阻电抗，则感应电动势的方向即是感应电流的方向。转子绕组中的感应电 流与旋转磁场相作用，在转子上产生电磁力，电磁力的方向按左手定则判定。电磁力所形成的电磁转矩，驱动转 子沿着旋转磁场的方向转动。如果转轴带上机械负载，电动机便拖动该机械负载做功，从而将定子绕组输入的三 相交流电能转化为轴端输出的机械能。n不能达到同步转速 n1

8、 ,2 .转差率s从转动原理分析可知，转子转动的方向虽与旋转磁场转动方向相同，但转子的转速即口小。因为，二者如果相等，转子与旋转磁场就不存在相对运动，转子绕组中也就不会感应出电动势和电流，这样，转子不会受到电磁转矩的作用，当然不可能继续转动。由此可见，异步电动机转子的转速n总是和旋转磁场的转速n存在一定的差异，“异步”也从这得名。n和R的差异是异步电动机产生电磁转矩的必要条件。定子旋转磁场的转速 n1与转子的转速速ni的比值称为异步电动机的转差率，用s表不，即n1 - ns 二(10-1)由式10-1可知，当n=0转子静止时,nis = 1;当转速n=n1时，s = 0,因此，异步电动机正常运行时 s值的范围是0s1。由于异步电动机额定转速nN与定子旋转磁场的转速n1接近，故一般额定转差率 sN在0.010.09之间。转差率是分析异步电动机运行性能的一个重要物理量，通过转差率s的大小和正负可确定异步电机的运行状态。例10 - 1有一台三相异步电动机，其额定转速nN =1440 r /min ,所接电源频率为50HZ,试求该电动机的极数以及额定转速运行时的转差率。解：因异步电动机额定转速

9、与旋转磁场的转速接近，故60 f60 f 60 50=2.083nN 1440取 p =260 fP60 502=1500 ( r/ min)n -n 1500 -1440s =-=0.04n之差 n = R - n称为转差。通常将转差(n1 - n)与旋转磁场的转第三节异步电动机的特性异步电动机是利用电磁感应作用把能量从定子侧传递到转子侧的，定子、转子之间仅有磁的耦合，没有电的 直接联系，这一点和变压器一、二次侧的电磁联系很相似，定子侧相当于变压器的一次侧，转子侧相当于变压器 的二次侧。因此，可将变压器的基本分析方法和结论用到分析研究异步电动机的运行中。1 .定子绕组内的情况当定子三相绕组接到三相对称电源时，定子绕组中流过三相对称电流，建立定子旋转磁动势F0 ,从而产生以同步速n1旋转的旋转磁场(除产生主磁通外，还要产生定子漏磁通 1。)。主磁通 以同步速n1的相对速度切割定子绕组产生感应电动势E1 ,其感应电动势的有效值为E1 =4.44f1N1kwm(10-2)由于定子绕组的电阻压降及定子漏磁通产生的漏电势与外加电压相比很小，通常为额定电压的2%5% ,为了分析问题简单起见，可忽略不计。故U1 定 E1 =4.44iN1kw1 m(10-3)式中 4 m气隙旋转磁场的每极磁通量幅值;f1 定子绕组的感应电动势频率；N1一定子绕组每相串联的匝数；kw1 一定子的基波绕组系数。对于给定的异步电动机，N1、kw1均为常数，当频率一定时，主磁通中m与电源电压Ui成正比

《异步电动机要点》由会员奇异分享，可在线阅读，更多相关《异步电动机要点》请在金锄头文库上搜索。