异步电机结构与工作原理

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1、第四章第四章 异步电机异步电机 w w PolyphasePolyphase induction machine induction machine w w Asynchronous machineAsynchronous machine 异步电机的特点 w w 异步电机：异步电机：转子转速转子转速n n与磁场同步转速与磁场同步转速n n 1 1 间存间存 在一定差异在一定差异。asynchronousasynchronous w w 优点：结构简单，制造、使用和维护方便，运优点：结构简单，制造、使用和维护方便，运 行可靠，效率较高，价格低廉，坚固耐用。行可靠，效率较高，价格低廉，坚固耐用。

2、w w 缺点：缺点： 转速不易调节转速不易调节 鼠笼式异步电动机的鼠笼式异步电动机的起动性能较差起动性能较差 功率因数滞后功率因数滞后，激磁电流由电网供给激磁电流由电网供给 第一节 异步电机的用途和分类 异步电动机的用途和分类异步电动机的用途和分类 三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生 产机械，例如：风机、泵、压缩机、机床、轻工及产机械，例如：风机、泵、压缩机、机床、轻工及 矿山机械、农业生产中的脱粒机和粉碎机、农副产矿山机械、农业生产中的脱粒机和粉碎机、农副产 品中的加工机械等等。品中的加工机械等等。 在民用生活中，电扇、洗衣机、电冰箱在民用生活中，电

3、扇、洗衣机、电冰箱 和空调器等一般由单相异步电动机来拖动。和空调器等一般由单相异步电动机来拖动。 异步电动机的用途和分类异步电动机的用途和分类 异步电动机的种类很多，从不同的角度看异步电动机的种类很多，从不同的角度看 ，有不同的分类法，常见的有：，有不同的分类法，常见的有： 按定子相数分按定子相数分： 单相异步电动机单相异步电动机两相异步电动机两相异步电动机三相异步电动机三相异步电动机 异步电动机的用途和分类异步电动机的用途和分类 w w 异步电机的用途和分类异步电机的用途和分类 w w 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构 w w 异步电机的基本结构异步电机的基本结构 w w * *笼型

4、转子的极数和相数笼型转子的极数和相数 w w 三相异步电动机的运行状态三相异步电动机的运行状态 w w 三相异步电动机的型号及额定值三相异步电动机的型号及额定值 第八章 异步电动机的结构及运行状态 感应电机 定子绕组 定子铁心 转子 机座 笼 型 转子铁心 转轴 转子绕组 绕线型 定子 第二节 三相异步电动机的结构 异步电动机的结构 定子stator：固 定部分 气隙air gap ：很小，0.2 -1mm;对电 机性能影响 很大 转子rotor ：旋转部 分 下面是它主要部件的拆分图。 1.1.定子定子stator 定子铁心定子铁心core ：电机主磁路的组成部分，并嵌放定电机主磁路的组成部

5、分，并嵌放定 子绕组。由厚度为子绕组。由厚度为0.50.5mmmm的硅钢片叠装而成。为了的硅钢片叠装而成。为了 嵌放定子绕组，在定子冲片内圆周上均匀地冲制若嵌放定子绕组，在定子冲片内圆周上均匀地冲制若 干个形状相同的槽。干个形状相同的槽。 效率和功率因数较高效率和功率因数较高 绕组嵌线工艺复杂绕组嵌线工艺复杂 小容量及中型低压电机小容量及中型低压电机 可嵌放成型线圈可嵌放成型线圈 大型低压电动机大型低压电动机 绝缘放置可靠绝缘放置可靠 、绕组下线方、绕组下线方 便便 高压电动机高压电动机 定子绕组定子绕组stator winding 构成电路部分。其作用是感应电动势、流过电 流、实现机电能量转

6、换。 机座：固定和支机座：固定和支 撑定子铁心。因撑定子铁心。因 此要求有足够的此要求有足够的 机械强度。机械强度。 2. 2. 转子转子rotor 转子铁心转子铁心：电机主磁路的组成部分，并放置转：电机主磁路的组成部分，并放置转 子绕组。由厚度为子绕组。由厚度为0.50.5mmmm的硅钢片叠装而成，的硅钢片叠装而成， 在转子外圆周上冲制均匀分布的形状相同的槽在转子外圆周上冲制均匀分布的形状相同的槽 。 转子绕组转子绕组：构成电路部分。有两种结构型式：构成电路部分。有两种结构型式： 笼型绕组和绕线型绕组。笼型绕组和绕线型绕组。 转轴转轴shaft ：支撑转子铁心和输出、输入机械支撑转子铁心和输

7、出、输入机械 转矩。转矩。 按转子结构分按转子结构分： 绕线型异步电动机绕线型异步电动机鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机 槽形的选择主要决定于对槽形的选择主要决定于对运行性能运行性能和和起动性能起动性能 的要求。的要求。 2. 2. 转子转子 笼型绕组笼型绕组squirrel-cage rotor ：在转子铁心均匀分布的在转子铁心均匀分布的 每个槽内各放置一根导体，在铁心两端放置两个端环，每个槽内各放置一根导体，在铁心两端放置两个端环， 分别把所有的导体伸出槽外部分与端环联接起来。这种分别把所有的导体伸出槽外部分与端环联接起来。这种 笼型绕组一般为笼型绕组一般为铝浇铸铝浇铸的，对中大型电机为减

8、小损耗、的，对中大型电机为减小损耗、 提高效率，往往采用铜条提高效率，往往采用铜条焊接焊接而成。而成。 鼠笼型转子鼠笼型转子绕组由插入每个转子槽中的导条和绕组由插入每个转子槽中的导条和 两侧的短路端环构成，如果去掉转子铁心，剩余的两侧的短路端环构成，如果去掉转子铁心，剩余的 转子绕组就像一个松鼠笼子。转子绕组就像一个松鼠笼子。 鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图 2. 2. 转子转子 绕线型绕组绕线型绕组wound rotor ：与定子绕组相似、极数相与定子绕组相似、极数相 同的三相对称绕组。一般接成星形。将三相绕组的三个同的三相对称绕组。一般接成星形。将三相绕组的三

9、个 引出线分别接到转轴上三个滑环上，再通过电刷与外电引出线分别接到转轴上三个滑环上，再通过电刷与外电 路接通。绕线型转子的特点是可以通过滑环电刷在转子路接通。绕线型转子的特点是可以通过滑环电刷在转子 回路中接入附加电阻，以改善电动机的起动性能、调节回路中接入附加电阻，以改善电动机的起动性能、调节 其转速。其转速。 这种电机的特点是：可以在转子绕组中串入附加电阻这种电机的特点是：可以在转子绕组中串入附加电阻 ，来改善电机的起动性能或作转速调节用。，来改善电机的起动性能或作转速调节用。 下图是三相绕线型转子结构。绕组的三个出线端子接下图是三相绕线型转子结构。绕组的三个出线端子接 到固定在转轴上的三

10、铜环上，通过电刷引出。到固定在转轴上的三铜环上，通过电刷引出。 3. 3. 转轴转轴 shaftshaft 3. 3. 气隙气隙air gap 定、转子之间的间隙，定、转子之间的间隙， 也是电机主磁路的组成部分。也是电机主磁路的组成部分。 l l 特点特点气隙很小，在中、小气隙很小，在中、小 型电机中，气隙一般为型电机中，气隙一般为0.2-0.2- 1.5mm1.5mm。 l l 气隙大小对电机性能有很大的气隙大小对电机性能有很大的 影响影响 气隙大气隙大：磁阻大，励磁电流（空：磁阻大，励磁电流（空 载电流）大，功率因数低；气载电流）大，功率因数低；气 隙磁场谐波含量（漏磁引起附隙磁场谐波含量

11、（漏磁引起附 加损耗）减少，改善启动性能加损耗）减少，改善启动性能 。 气隙小气隙小：按加工可能及机械安全：按加工可能及机械安全 所限制。所限制。 定子边 滑环 碳刷 起动变 阻器 第四节 三相异步电动机的运行状态 1.三相异步电动机的基本工作原理 异步电机定子三相对称绕组接在三相对称交异步电机定子三相对称绕组接在三相对称交 流电网上，转子绕组对称短路。流电网上，转子绕组对称短路。 定子（三相定子（三相 对称电流对称电流I I 通入三相对通入三相对 称绕组）称绕组） 圆形旋转圆形旋转 磁场磁场 ( (n n 1 1 =60=60f f 1 1 / /P P) ) 以以n n 1 1 切割转切割

12、转 子绕组子绕组 转子导体受转子导体受 电磁力电磁力 电磁转距电磁转距转动转动 （n n） （右手定则）（右手定则） ( (左手定则左手定则) ) 异步电动机的工作原理 定子（三相定子（三相 对称电流对称电流I I 通入三相对通入三相对 称绕组）称绕组） 圆形旋转圆形旋转 磁场磁场 ( (n n 1 1 =60=60f f 1 1 / /P P) ) 以以n n 1 1 切割转切割转 子绕组子绕组 转子导体受转子导体受 电磁力电磁力 电磁转距电磁转距转动转动 （n n） （右手定则）（右手定则） ( (左手定则左手定则) ) 异步电机定子三相异步电机定子三相 对称绕组接在三相对称绕组接在三相

13、对称交流电网上，对称交流电网上， 转子绕组对称短路转子绕组对称短路 。 两极异步电动机示意图 （图中气隙磁场形象地 用N、S来表示） 其其转速永远不可能达到转速永远不可能达到n n 1 1 。当转速为当转速为n n 1 1 时，转时，转 子绕组与旋转磁场没有相互切割子绕组与旋转磁场没有相互切割 无感应电势无感应电势 无感应电流无感应电流无无f fem em， ，电机不能转动电机不能转动 。 电机转速电机转速n n n n 1 1 故称异步电机故称异步电机 感应电机中主磁通所经过 的磁路 两极异步电动机示意图 （图中气隙磁场形象地 用N、S来表示） 电动机转速和旋转磁场同步转速的关系 电动机转速

14、（额定转速）: 电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但 异步电动机 无转距 转子与旋转磁场间没有相对运动 无转子电势（转子导体不切割磁力线） 无转子电流 提示：如果 异步电机的转差率异步电机的转差率fractional slip 同步转速同步转速n n 1 1 -定子绕组中流过频率定子绕组中流过频率 为为f f 1 1 的三相的三相对称电流，在气隙中产生对称电流，在气隙中产生 的的基波旋转磁场基波旋转磁场相对于定子绕组的相对于定子绕组的转转 速为速为n n 1 1 。该转速大小取决于电流的频该转速大小取决于电流的频 率率f f 1 1 和绕组的极对数和绕组的极对数p p，转向为从超前转向为

15、从超前 电流相绕组转向滞后电流相绕组。电流相绕组转向滞后电流相绕组。 转子转速转子转速n n- - -转子的机械转速。转子的机械转速。 转差率转差率s s-同步转速同步转速n n 1 1 与转子转速与转子转速n n 之差对同步转速之差对同步转速n n 1 1 之比值之比值 2. 转差率s 当负载转矩愈大时，当负载转矩愈大时，n n越小，有较大的转差越小，有较大的转差 率。率。 在理想空载情况下，阻力转矩很小，转子转在理想空载情况下，阻力转矩很小，转子转 速便接近同步转速。速便接近同步转速。 在实际的电动机运行情况下，因拖动着机械在实际的电动机运行情况下，因拖动着机械 负载，电磁转矩必须要克服负

16、载阻力转矩负载，电磁转矩必须要克服负载阻力转矩 ，故电动机的转子必须有适当的转差率。，故电动机的转子必须有适当的转差率。 空载转差率：小于空载转差率：小于0.5%0.5% 满载转差率：满载转差率：n n 1 1 导条中有电流导条中有电流 转子受力。转子受力。 n n n n 1 1 , , S Sn n 1 1 发电机发电机 两极异步发电机示意图 （图中气隙磁场形象地 用N、S来表示） n n n n 1 1 + 3. 三相异步电动机的三种运行状态 （3 3）电磁制动电磁制动 S1 n1 T T与与n n反向，制动作用反向，制动作用 ； 同时吸收电能及机械同时吸收电能及机械 能，消耗与内部转子能，消耗与内部转子 电阻上。电阻上。 两极异步机电磁制动示意图 （图中气隙磁场形象地 用N、S来表示） n n + 两极发电机示意图 两极电机制