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1、第2章 异步电动机,第2章 异步电动机,了解三相异步电动机的基本结构，掌握三相异步电动机的工作原理。 理解三相异步电动机的机械特性，掌握三相异步电动机起动、制动和调速的方法和特点。 会进行三相异步电动机的拆装和接线。,第2章 异步电动机,2.1 三相异步电动机的结构与基本理论,第一节 三相异步电动机的结构与基本理论,2.1.1、三相异步电动机的结构 1、 异步电动机主要用途及分类 交流电机中分为同步电机和异步电机两大类。同步电机主要用作发电机，作电动机时主要用于生产机械对转速要求恒定的场合，其转速与电源频率之间存在着严格不变的同步关系。而异步电机主要作为电动机运行，其转速与电源频率之间存在着严
2、格不变的异步关系，且会随负载大小的变化而小幅变化。 异步电动机特点是：结构简单，制造容易，运行可靠，坚固耐用、运行效率较高、维护方便、成本较低。是现代化生产中应用最广泛的一种动力设备。,第2章 异步电动机,2.1 三相异步电动机的结构与基本理论,异步电动机的缺点主要是不能经济地实现宽范围的平滑调速。并且异步电动机为感性负载，其功率因数较低，特别是轻载和空载时的功率因数更低，必须采取相应的无功补偿措施。 异步电动机的种类很多，根据其特征可作以下分类：按电源相数可分为单相、二相、三相异步电动机；按转子的结构形式可以分为鼠笼式和绕线式异步电动机；按机壳防护形式可分为开启式、防护式和封闭式异步电动机。
3、其他形式还有高转差率异步电动机，高起动转矩异步电动机和高起动转矩异步电动机等。 2、异步电动机的基本结构 异步电动机有鼠笼式和绕线式两类，其结构如图2-1和图2-2所示。两者区别在于转子结构不同。异步电动机的结构主要由固定不动的定子和旋转的转子所组成，而定转子之间存在很小的间隙，称为气隙。除定、转子之外还有端盖、轴承、机座、风扇等部件，分别简述如下。,第2章 异步电动机,2.1 三相异步电动机的结构与基本理论,图2-1 鼠笼式异步电动机结构 1、轴 2、弹簧片 3、轴承 4、定子绕组 5、端盖 6、机座 7、转子铁芯 8、定子铁芯 9、吊环 10、出线盒 11、风罩 12、风扇 13、轴承内盖
4、,第2章 异步电动机,2.1 三相异步电动机的结构与基本理论,图2-2 绕线式式异步电动机结构 1、转子 2、定子 3、集电环 4、定子绕组 5、出线盒 6、转子绕组 7、端盖 8、轴承,第2章 异步电动机,2.1 三相异步电动机的结构与基本理论,异步电动机的定子由定子铁芯、定子绕组和机座等部件组成，定子的作用是用来产生旋转磁场的。 （1）定子铁芯 定子铁芯是异步电机磁路的一部分，装在电机机座里。由于定子绕组中通入的是交变电流，故定子铁芯中的磁通为交变磁通。为了降低定子铁芯在交变磁化过程中所产生的涡流及磁滞损耗，定子铁芯均采用0.5mm厚的硅钢片叠压而成。为增大铁芯电阻，达到减小涡流的目的，冷
5、轧硅钢片采用表面涂绝缘漆的方法；而热轧硅钢片在退火处理时，表面形成氧化层，增大了自身电阻，故热轧硅钢片不需要涂绝缘漆。由于生产工艺原因，冷轧硅钢片的平整度，片子的厚薄均匀度、表面粗糙度均优于热轧硅钢片。但由于其轧制时能耗大，设备要求高，因此其价格远高于热轧硅钢片。由于价格原因，国内绝大部分异步电机的定、转子铁芯均采用热轧硅钢片制造。而在发达国家则已普遍采用冷轧硅钢片。目前，Y系列电机普遍采用的硅钢片型号为DR510-50,第2章 异步电动机,2.1 三相异步电动机的结构与基本理论,在定子铁芯的内圆冲有均匀分布的一定形状的槽，用于嵌放定子线组。不同类型的异步电机，定子槽的形状不同。中、小型电机的
6、定子铁芯采用整圆冲片，如图2-3（a）所示。而大中型电机的定子冲片受冲床吨位和材料利用率的影响，常采用扇形冲片拼成一个整圆。 图2-3异步电机铁芯冲片 a)定子冲片 b)转子冲片,第2章 异步电动机,2.1 三相异步电动机的结构与基本理论,（2）定子绕组 定子绕组是电机的电路部分，由许多线圈按一定规律连接而成。现在中小型 电机的定子绕组均采用离强度漆包圆铜 线绕制而成。而大、中型异步电动机的定子绕组则采用截面较大的矩形铜线绕制成型后，再包上绝缘。绕制好的绕组需按一定的排列规律由手工嵌到定子铁心的槽内。为提高绝缘强度，绕组与槽壁之间用绝缘纸隔开。一相绕组的端部和另一相绕组端部之间也要用绝缘纸隔开
7、，以防相间击穿，损坏绕组。 (3）机座 机座即电机的外壳，其作用主要是为了固定和支撑定子铁芯，对有端盖和轴承的电机，则还要支撑电机的转子部分。除此之外，在使用电机时，机座还是固定电机的部件。同时还要满足电机的通风散热需要。中、小型电机机座由铸铁铸造，而大中型电机机座则由钢板焊接而成。,第2章 异步电动机,2.1 三相异步电动机的结构与基本理论,为扩大散热面积，增强散热效果，封闭式电机机座外壳上面均设有散热筋，而防护式电机机座两端的端盖上开有通风口，或机座与定子铁芯间留有通风道，以加强散热。 2、转子 异步电机的转子由转子铁芯、转子绕组和转轴构成。转子的作用是转子电流与旋转磁场作用产生电磁转矩。
8、 (1）转子铁芯 转子铁芯也是电机磁路的一部分。通常用定子内圆冲下来的圆料再冲槽而形成，然后再进行叠压，如图2-3（b）所示。 (2）转子绕组 转子绕组处于转子铁芯的槽中，用于产生感生电池势和电流，并产生电磁转矩。 转子绕组结构有鼠笼式和绕线式。现分别简述如下： a 鼠笼式转子绕组,第2章 异步电动机,2.1 三相异步电动机的结构与基本理论,图2-4 铜条转子结构 a) 铜条转子绕组 b)铜条转子 1、铁 芯 2、导条短路环 3、嵌入的导条 若在转子的每一槽中插入一根铜条，铜条两端再用铜质端环焊接起来而形成一个鼠茏的样子，即铜条转子，如图2-4所示。现代异步电动机转子均用铸铝的方法，采用离心浇
9、铸或压铸的方法把转子导条、端环和风扇用熔化的纯铝液一次浇铸而成，这种转子称为铸铝转子，如图2-5（a）所示。为提高电动机的起动转矩，在大容量异步电动机中，可采用双鼠笼式或深槽结构的转子，在需高起动转矩的短时工作制的异步电动机，可采用高电阻率的铝合金浇铸鼠笼。铸好的鼠笼可采用冷压或热套的方法，将转轴固定在鼠笼的中心孔内，转轴与孔采用过盈配合，以防松动。见图2-5（b）,第2章 异步电动机,2.1 三相异步电动机的结构与基本理论,鼠笼转子因其结构简单、制造容易、运行可靠因此得到了广泛应用。 图2-5 铸铝型转子结构 1、端环 2、风叶 3、铝条 4、转子铁芯 b 绕线式转子 为了改善异步电动机的起
10、动性能和调速性能，转子还可制成绕线式。与定子绕组相似，转子绕组也制成三相，绕组嵌入铁芯槽内。转子绕组一般接成 Y形，三根引出线分别接到转轴上三个彼此绝缘的三个集电环上，通过电刷装置与外部电路相连，如图2-6所示。若在外电路中，串入三相变阻器则可以改善起动性能和调节电机转速。如矿山中的卷扬机，行车中的提升电机。,第2章 异步电动机,2.1 三相异步电动机的结构与基本理论,图2-6绕线式转子接线图 1、集电环 2、电刷 3、变阻器机等均采用绕线式电机。,(3)、转轴 转轴一般由中碳钢或合 金钢制成，其作用是支撑转子和传递机械转矩，因此要求它有一定的机械强度。 3、气隙 气隙的大小对异步电动机的运行
11、性能影响很大。铸好的鼠笼转子外径与定子内径相等，通过车削转子外圆来保证电机的气隙大小。气隙过大则异步电动机的励磁电流大，而功率因素降低。气隙小，则装配困难，运行不可靠（定转子可能相擦）。气隙大小的确定。除考虑电性能外，还应考虑其机械因素。气隙的最小值常由制造加工工艺、安装要求和安全运行因素来决定，一般异步电动机的气隙比 直流电机和同步电机的气隙要小。,第2章 异步电动机,2.1 三相异步电动机的结构与基本理论,耗,2.1.2、 三相异步电动机的基本理论 1、三相交流电机的旋转磁场,三相异步电动机转子之所以会旋转，实现能量转换，是因为电机的气隙里有一个旋转磁场。所谓旋转磁场就是极性和大小不变且一
12、一定转速旋转的磁场。理论分析和实践证明，当对称的三相绕组中流过三相对称电流时，会产生一种旋转磁场。 在三相异步电动机的定子铁芯里，放置着三相对称绕组，其每相绕组的首端用A-X，B-Y，C-Z来表示。所谓三相对称绕组，即三相绕组的形式、结构、参数相同，且在空间互差120电角度放置，如图2-7（a）所示。若在对称的三相定子绕组中通入三相对称交流电流iA、iB、iC,第2章 异步电动机,2.1 三相异步电动机的结构与基本理论,图2-7 Y型连接的三相定子图 2-8 三相对称电流波形绕组 三相电流波形如图2-8所示。现假设电流的瞬时值为正时是从绕组的首端流入，而从尾端流出；则瞬时值为负时是从绕组的尾端
13、流入，首端流出。电流的流入端用表示，流出端用表示。 图2-9表示了不同瞬间电流产生的三相旋转磁势。 图2-9（a）表示的是当t=0时的合成磁势。此时iA=Im,A相电流达到了正的最大值，电流从首端A流入，从尾端X流出；而B相和C相电流均为负值，iB=iC=1/2Im,故两相电流分别从尾端Y和Z流入，,第2章 异步电动机,2.1 三相异步电动机的结构与基本理论,图2-9 两极旋转磁场示意图 a) t=0时 b) t=120时 c) 240时 d) t=360时,第2章 异步电动机,2.1 三相异步电动机的结构与基本理论,而从其首端B和C流出。根据图2-8（a）标出的电流方向，利用右手螺旋定则，可
14、以判定此时合成磁势的方向，合成磁势的轴线正好位于A相绕组的轴线上。 图2-9(b)表示的是当t=120时的合成磁势。此时iB=Im，B相电流具有正的最大值，电流从B相首端流入，尾端流出；而iB=iC=-1/2Im，即A相和C相电流均为负值，因此A、C相的电流分别从其尾端X和Z流入，而从首端A、C流出。根据图2-8（b）的标示，由右手螺旋定则，可判断出这一瞬间的合成磁势方向，合成磁势轴线正好位于B相绕组轴线上。合成磁势方向沿顺时针方向旋转120。 图2-9（c）表示了当t=240时合成磁势情形。此时iC= Im，而iA=iB=-1/2Im；C相电流达到正的最大值，而A相和B相电流为负值。同理可以
15、判定此时合成磁势的轴线正好位于C相绕组的轴线上。合成磁势方向从起始位置沿顺时针方向旋转了240。 当t=360时，A相电流又达到了最大值，同理可以分析出此时的合成磁势轴线又旋转到了A相绕组的轴线上，合成磁势方向,第2章 异步电动机,2.1 三相异步电动机的结构与基本理论,从起始位置沿顺时针方向旋转了360。如图2-9（d）所示。当电流变化了一个周期时，合成磁势旋转了一周。 综上所述，可以得到以下结论：在三相对称绕组中通入三相对称交流电流，将形成一个旋转磁势。 2、旋转磁场的转向 由图2-9可知，若三相绕组中通入的电流为正序电流，即三相电流出现正的最大值的顺序为ABC，则旋转磁场的转向也是由AB
16、C。如果对调任意两相绕组所接交流电源的相序，即通入三相绕组的电流变为负序，则电流出现最大值的顺序变为ACB，则用图解法分析可知，旋转磁场的转向也变为ACB。 由此得出结论：旋转磁场的转向取决于通入定子三相绕组中的电流相序，始终由超前电流相转向滞后的电流相，改变通入绕组中电流相序，就可以改变旋转磁场的方向。,第2章 异步电动机,2.1 三相异步电动机的结构与基本理论,3、旋转磁场转速与电源频率的关系 由上分析可知，在三相定子绕组中通入三相对称的电流，将产生旋转磁场，其转速称为同步转速用n1表示，它与以下因素有关： 1）、图2-9产生的磁场为一对磁极，电流每变化一个周期，旋转磁场旋转一周。若通入的交流电流频率为f，则每分钟变化60个周期，即旋转磁场每分钟要转60f周，即n1=60f(r/min)。表明旋转磁场的转速与电源的频率有关。 2）、电流变化一个周期，旋转磁场相应旋转了360电角度，对于一对极电机，电流变化一个周期
