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1、模块二 异步电动机,主讲：阮湘梅,学习情境5：异步电动机的选用,学习目标,培养学生根据生产实际需要选择三相异步电动机的能力。,培养学生自主学习能力、分析问题与解决问题的能力、组织实施的能力、电气设备规程规范的使用能力、自我管理能力和沉着应变能力。,培养学生安全用电意识、团队协作能力、协调沟通能力和语言表达能力。,知识目标,专业能力,方法能力,社会能力,5.1学习目标,掌握异步电动 机原理与结构；绕组的基本知识和单层绕组的类型；理解旋转磁场；熟悉单相异步电动机的原理与结构；掌握异步电动机的选用方法。,5.2.1 三相异步电动机的原理与结构,1、定子部分 定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成导磁部
2、分。 定子三相绕组：放在定子铁心内圆槽内导电部分。,结构,2、转子部分 转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。 转子绕组： 1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。2）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。,三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广泛应用。但是，功率因数低、起动和调速性能差。,5.2.1.1 三相异步电动机的结构,3、气隙 异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。,绕线型异步电动机,按转子结构分：,鼠笼型异步电动机,下面是它主要部
3、件的拆分图。,右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。,导条,端环,风叶,铁心,绕组,滑环,轴承,风叶,转子铁芯,转子绕组,轴承,滑环,绕线式转子结构示意图,鼠笼式铸铝转子,鼠笼式铸铝转子,端盖,定子绕组端部,鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图,三相绕线型转子结构图,(a)是开口槽，用于大、中型容量的高压异步电动机中；,(b)是半开口槽，用于中型500V以下的异步电动机中；,(c)是半闭口槽，用于低压小型异步电动机中。,笼型转子绕组的相数 和匝数,笼型转子绕组的极数为2p,笼型转子绕组的绕组系数,笼型转子绕组的磁动势,1、转动原理,1）电生磁：三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。,2）磁
4、生电：旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。,3）电磁力：转子电流与定子磁场作用产生电磁力，形成电磁转矩，驱动电动机旋转。,5.2.1.2、三相异步电动机基本工作原理,2、转差率,转差率,负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。,当转子静止时，n=0，转差率s=1；当转子转速接近同步转速(空载运行)时，此时转差率s=0，由此可见，作为异步电动机，转差率在0s1范围内变化。,额定运行时，转差率一般在0.01-0.06之间，即电机转速接近同步速。,3、异步电机的三种运行状态,3、异步电机的三种运行状态,5.2.1.3、铭牌值,2、额定值,额定
5、值,Text in here,额定值关系有：,（三）接线,（1）如果电源电压为380V，则接成接；电源电压为220V时，则接成Y接。,（2）当电动机铭牌上标明“电压380V，接法时”时，则只有这一种接法。但是在电动机起动过程中，可以接成Y接，接在380V电源上，起动完毕，恢复接法。,提问：如何根据电机的铭牌进行定子的接线？,（四）电动机的运行方式,分“连续”、“短时”、“断续”。后两种运行方式的电机只能短时、间歇地使用。,（五）绝缘等级与温升,按材料的耐热有A、E、B、F、H级五种常见的规格，C级不常用,极限工作温度/,热点温差/,注：环境温度规定为40,5.2.2 三相异步电动机电枢绕组的基
6、本知识,5）绕组的绝缘和机械强度可靠，散热条件好；,4）节省用铜量；,3）绕组的电动势和磁动势的波形力求接近正弦；,2）力求获得最大的电动势和磁动势；,1）三相绕组对称；,一 、交流绕组的基本知识,6）工艺简单、便于制造、安装和检修。,基 本 要 求 和 分 类,整距绕组 短距绕组,2、交流绕组的基本概念,极距,电角度,槽距角,节距,每极每 相槽数,5.2.3 三相单层绕组,1、单层链式绕组,单层链式绕组由形状、几何尺寸和节距相同的线圈连接而成，整个外形如长链。,制造方便；线圈端部连线较短并且省铜。主要用于q=2的4、6、8极小型三相异步电动机。,2、单层交叉式绕组,单层交叉式绕组由线圈数和节
7、距不相同的两种线圈组构成，同一组线圈的形状、几何尺寸和节距均相同，各线圈组的端部互相交叉。,线圈端部连线较短，有利于节省材料，并且省铜。广泛用于q1的且为奇数的小型三相异步电动机。,3、单层同心式绕组,同心式绕组由几个几何尺寸和节距不等的线圈连成同心形状的线圈组构成。,端部连线较长，适用于q=4、6、8等偶数的2极小型三相异步电动机。,三相单层绕组的优点,优点,3,广泛应用于10kW以下的异步电动机定子绕组,2,单层绕组为整距绕组,1,元件少，结构简单，嵌线方便，槽内无层间绝缘,三相单层绕组的缺点,缺点,3,不适宜于大中型电机,4,铁损和噪声较大,2,起动性能较差,1,电动势和磁动势波形较差,
8、5. 2. 4 三相异步电动机的感应电动势与旋转磁场,1、一根导体 的电动势,整距 电动势,波形,波形取决于气隙磁密在空间的分布波形,3、短距线圈的电动势,每个短距线圈的电动势:,短距系数：线圈短距时电动势比整距时打的一个折扣,q个集中绕组电动势：,q个分布线圈电动势:,4、线圈组的感应电动势及分布系数,称为基波分布系数:线圈组电动势等于集中线圈组电动势打的一个折扣.,称为基波绕组系数。,5、一相绕组的基波感应电动势,1）一相绕组的基波电动势,一相绕组有2a条支路，相绕组的基波电动势为一条支路的基波电动势,对单层绕组：,对双层绕组：,转子转动时的转子绕组感应电动势。,短距绕组、分布绕组对电动势
9、波形的影响,对 次谐波：,改善电动势波形的方法:,消除高 次谐波,采用接线,改善主磁场分布,采用短距、分布绕组,1,3,2,二、异步电动机绕组的磁动势,1、单相绕组的磁动势,1）整距集中绕组的磁动势,空间位置不变而幅值和方向随时间变化的磁动势称为脉动磁动势。,矩形波磁动势可能分解为基波和一系列高次谐波:,基波磁动势为:,基波磁动势最大值为:,整距绕组基波磁动势在空间按余弦分布，幅值位于绕组轴线，空间每一点的磁动势大小按正弦规律变化仍然为脉动磁动势。,一相绕组的磁动势,结论：单相绕组的基波磁动势是在空间按余弦规律分布，幅值大小随时间按正弦规律变化的脉振磁动势。,2、单相脉动磁动势的分解,取幅值先
10、分析,单相脉振磁动势的分解结论,单相绕组的基波磁动势为脉振磁动势，它可以分解为大小相等、转速相同而转向相反的两个旋转磁动势。,Title in her,由于正方向或反方向的旋转磁动势在旋转过程中，大小不变，两矢量顶点的轨迹为一圆形，所以这两个磁动势为圆形旋转磁动势。,反之，满足上述性质的两个旋转磁动势的合成即为脉振磁动势。,结论,3、三相旋转磁动势,三相合成的磁动势数学表达式如下,3、三相旋转磁动势结论,对称三相交流电流通入对称三相绕组时，在气隙中产生的综合磁场是一个圆形旋转磁场。,旋转磁场的旋转方向：与电流相序有关。,旋转磁场的转速：,结论,产生圆形旋转磁动势的条件：一是多相对称绕组；二是多
11、相对称电流。两个条件有一个不满足，即产生椭圆形旋转磁动势。,5.2.5 单相异步电动机的原理与结构,了解单相感应电动机的结构特点、优缺点及应用情况；,掌握单相感应电动机的工作原理，弄清单相感应电动机为什么没有起动转矩？,重点掌握单相感应电动机的的起动方法与类型。,内容要点：,广泛应用于家用电器（电风扇、电冰箱、洗衣机等）、空调设备、电动工具、医疗器械及轻工设备中。,用途,优缺点,缺 点,优 点,结构简单，成本低廉，噪音小。,只能作成小容量： 微型：几瓦750瓦 小型：550瓦3700瓦。,与同容量三相感应电动机相比较，体积较大，功率因数及过载能力都较低。,适用 范围,5.2.5.1、单相异步电
12、动机的结构,单相异步电动机与三相笼型异步电动机相似，其转子也为笼型。,单相异步电动机正常工作时，一般只需单相绕组即可，但单相绕组通以单相交流电时产生的磁场是脉动磁场，单相运行的电动机没有起动转矩。,为使电动机能自行起动和改善运行性能，除工作绕组（又称主绕组）外，在定子上还安装一个辅助的起动绕组（又称副绕组）。两个绕组在空间相距900或一定的电角度。,1,2,3,单相异步电动机的结构,、端盖及轴承端盖也有铸铁件，铸铝件及钢板冲压件三种，单相异步电动机的轴承，有滚珠轴承和含油轴承两种。滚珠轴承价格高，噪声大，但寿命长，含油轴承价格低，噪声小，但寿命短。,1、机座随冷却方式，防护型式，安装方式和用途
13、的不同，采用不同的机座结构，为铸铁，铸铝和钢板结构等几种。,、绕组两套绕组，一是工作绕组，用来建立工作磁场；一是起动绕组，用来帮助电动机起动。且工作绕组和起动绕组的轴线在空间错开一定的角度。转子绕组通常采用笼型绕组。,、铁芯用相互绝缘的电工钢片冲制叠成，构成电机磁路，定子铁芯有隐极和凸极两种，转子铁芯与三相异步电动机转子铁芯相同。,单相异步电动机的结构,5.2.5.2、单相异步电动机的转矩特性及工作原理,（一）单相异步电动机的转矩特性,1 ）单相绕组通入单相交流电时的情况,设电动机转速为n，则对正转磁场而言，转差率s+为,对反转磁场而言，转差率s-为,S,0,1,2,反向旋转磁场在转子中引起的
14、感应电流，增加了转子铜损耗，降低了电动机的效率。单相异步电动机的效率为同容量三相异步电动机效率的75%90%。,由于反向转矩的制动作用，使电动机合成转矩减小，最大转矩减少，且电动机输出功率也减小；反向磁场在转子绕组中感应电流，增加了转子铜耗。所以单相异步电动机的效率，过载能力等各种性能指标都较三相异步电动机低。,单相异步电动机只有工作绕组时，起动转矩为零，不能自行起动；,在s=1的两边，合成转矩曲线是对称的，因此没有固定的旋转方向，外力驱动电动机正向旋转能使电动机正转；反之外力驱动电动机反转时能使电动机反转。,01,03,02,04,结论,单相异步电动机的几个主要特点：,（二）工作原理,1）电生磁：两相绕组通往两相交流产生旋转磁场。,2）磁生电：旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。,3）电磁力：转子电流与定子磁场作用产生电磁力形成电磁转矩，驱动电动机旋转。,1U1,2U1,2U2,1U2,5.2.6. 三相异步电动机的选用,5.2.6.1、电动机的种类选择,5.2.6.5、电动机容量的选择,5.2.6.2、电动机的电压选择,5.2.6.6、电动机的工作制,5.2.6.3、电动机的额定转速选择,5.2.6.7 电动机选用的其它问题,5.2.6.4、电动机的结构形式择,电动机 选用,Thank You!,
