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1、1 异步电动机结构Asynchronous Motor Structure1. 定子与转子三相交流异步电动机的定子铁芯由硅钢片叠成，在铁芯内圆有许多槽，用来嵌放定子绕组，见图1左图。电动机的转子铁芯也由硅钢片叠成，在铁芯外圆有许多槽，用来嵌放转子绕组，见图1中图。图1右图是转子铁心插入定子铁心示意图，定子铁芯与转子铁心之间留有气隙。图1 定子铁芯与转子铁心本电动机模型是4极电动机，输入50周三相交流电时，产生每分钟1500转的旋转磁场。定子铁芯有24个槽，在槽内嵌放着三相交流绕组，即定子绕组，三相绕组采用单层链式绕组，在本课件后面介绍其展开图。图2是嵌好绕组的定子。定子绕组引线通向机座外侧的接
2、线盒，接线盒内接线见三相交流电机绕组课件。图2 嵌放绕组的定子铁心定子铁芯固定在机座上，机座外面有散热筋（散热片）帮助定子散热，机座由铸铁或铸钢铸造。下图是剖面的定子与机座图。图3 剖面定子与机座三相交流异步电动机的转子铁芯外周的许多槽是用来嵌放转子绕组，笼型感应电动机的转子绕组是笼型结构，俗称鼠笼。鼠笼由铜条或（铝条）与铜端环（铝端环）组成，参见异步电动机原理一节。但应用最广的小型异步电动机采用在转子铁芯上直接浇铸熔化的铝液形成鼠笼转子，在转子槽内直接形成铝条即绕组，并同时铸出散热的风叶，简单又结实，图4是铸有笼型绕组的转子。图4 笼型绕组的转子在转子转轴上装有风扇，风扇的作用在后面介绍，这
3、些就是异步电动机的转动部分，见图5。图5 笼型异步电动机转子2. 异步电动机整机在机座两端要安装端盖，端盖起着支撑转子的作用，同时密封电机。端盖中部是轴承安装孔，安装好轴承后盖上轴承盖，在电动机的后端还有风扇罩，风扇罩的作用在后面介绍。图6 电机端盖与风扇罩把转子插入定子中间，通过轴承安装在端盖上，端盖安装在机座上，装上风扇罩，一个三相交流异步电动机就组成了。接入三相交流电源后定子产生的旋转磁场就可带动笼型转子旋转。图7与图8是笼型三相异步电动机的剖视图。图7 笼型异步电动机剖面图图8 笼型异步电动机剖面图机座装上端盖后，转子与定子与定子绕组都密封在机座内，能很好的防尘。定子与转子产生的热量由
4、机座外壳散热，笼型转子上的风叶搅动机内空气使热量尽快传到外壳上，外壳上的散热片加大了散热面积。这还不够，在电机端盖外还装有风扇罩，风扇罩端部开有通风孔，风扇旋转时就像离心风机，空气从风扇罩端部进入，从风扇罩与端盖之间的空隙吹出，吹向机座上的散热片，大大加速了电机的散热。图9中的浅蓝色箭头线表示散热气流的走向。图9-笼型异步电动机的散热通道图10是笼型转子异步电动机外观图。图10-笼型异步电动机外观图三相交流异步电动机以其结构简单，密封性好，维护容易，价格低廉而广受欢迎，应用非常广泛。请观看三相笼型异步电动机模型剖面运转3D动画。3. 定子绕组展开图本机是4极24槽交流异步电动机，定子绕组采用单
5、层链式绕法，较简单，图11是定子绕组展开图。图11-4极24槽交流异步电动机绕组展开图相比直流电动机：交流异步电动机没有电刷与换向器，没有直接磨损部件，故障率与维护大大减少；电机采用密封，避免粉尘、杂质的污染，可靠性大大提高。单位重量功率比直流电机高出2倍以上，造价大大降低，交流异步电动机得到最广泛的应用。近年来在交通领域作为牵引电机也得到广泛应用，课件“交流异步牵引电机”介绍了在动车组中的应用。电机基本名词术语Motor Common Terminology电机基本知识电机:电机是借助于电磁原理工作的能量转换设备。只有给电机输入能量，它才会输出能量，在其输入和输出的能量中至少应该有一方是电能
6、。变压器：是利用电磁原理将交流电能转换成同频但电压等级不同的交流电能的设备。发电机：是利用电磁原理将机械能转换成电能的设备。直流发电机：将机械能转换成直流电能的发电机。交流发电机：将机械能转换成交流电能的发电机。同步发电机：其电动势的频率与电机转速（同步转速）之比为恒定值，例如对于2极（1对磁极）同步发电机，发电频率与每秒转速相同；对于12极（6对磁极）同步发电机，发电频率为6倍每秒转速。大型汽轮发电机、水轮发电机都是同步发电机，大多数交流发电机都是同步发电机，应用非常广泛。同步转速:要使发电机供给电网50Hz的工频电能，发电机的转速必须为同步转速。同步转速=5060/p，p是磁极对数，例如一
7、对磁极（2极）电机的同步转速为3000r/min，二对磁极（4极）电机的同步转速为1500r/min。异步发电机：带负载时发电机的转速大于同极数的同步转速，例如二对磁极的异步发电机转速大于1500r/min，也就是说发电机输出电压频率低于2倍每秒转速，而且发电机转速与所接电网频率之比不是恒定值，随负荷加大转差加大。逆步发电机应用很少，主要应用在风力发电机组中。电动机：是利用电磁原理将电能转换成机械能的设备。直流电动机：将直流电能转换成机械能的电动机。交流电动机：将交流电能转换成机械能的电动机。交流电动机分成异步电动机（转速小于同步转速）和同步电动机（转速等于同步转速），实际中以异步电动机应用最
8、为普及，同步电动机相对较少。发电机容量（发电机额定容量）：发电机在制造厂规定的额定转速、电压、功率因数以及额定的冷却条件下运行时，在出线端以千伏安表示的连续输出容量，单位是kVA。电动机功率（额定功率）：在额定电压、额定负载、规定的冷却条件下运行时，电机轴输出的机械功率，单位是kW。电机的效率：P2 与P1 的比值称为电机的效率，用表示，即有=P2 /P1 ，P1 称为输入功率，表示单位时间内输入电机的能量；P2称为输出功率，表示单位时间内电机输出的能量。铁损：当磁通随时间交变时，铁心中将产生磁滞损耗和涡流损耗，两者合称为铁耗。磁滞损耗：根据铁磁性材料磁化曲线，当铁磁性材料处在交变磁场中，材料
9、的磁化是沿其磁滞回线变化的，在图1有三种主要的铁磁性材料的磁滞回线，当磁场强度由-H变化到+H时，材料的磁感应强度B沿绿色线变化，当磁场强度由+H变化回-H时，材料的磁感应强度B沿棕红色线变化。材料在反复磁化中要消耗能量并转化成热量耗散，这就是磁滞损耗。磁滞损耗与磁滞回线的面积成正比，软磁性材料的磁滞损耗最小。涡流损耗：由于铁磁性材料通常是导电体，当线圈通有交流电时，铁芯内的磁通随之变化，在铁芯就会感生漩涡状电流（涡流），见图2左。涡流产生热量耗散，称为涡流损耗。为防止涡流损耗，可在钢材中加入硅，使材料电阻增大；或者铁心采用表面绝缘、厚度为0.35 或0.5mm 的硅钢片叠压成形，可有效防止涡
10、流，见图2右。电机的电磁结构转子、定子：发电机与电动机都与机械能有关，在它们的结构中有运动部件，运动部件通常都作旋转运动，称为转子；相应地固定部件就称为定子。主磁路：是指主磁通的路径，变压器的主磁路为闭合铁心，见图3左，浅蓝色箭头线是磁力线。旋转电机的主磁路，除定、转子铁心外，还包含两段气隙，见图1右，浅蓝色箭头线是磁力线。铁芯：承载磁通的磁路部件，不包括气隙。机座（定子机座）：支承定子铁心或铁心组件以及定子绕组的构件。机座磁轭：为静止凸极提供机械支撑的定子铁芯部分。磁极：铁芯的一部分，带有或嵌有励磁绕组或包含一块或几块永久磁体。极靴：凸极靠近气隙的部分。气隙：磁路内铁磁性部分中的间隙。转子磁
11、轭：为旋转凸极提供机械支撑的转子铁芯部分。凸极：从轭部向气隙方向伸出的一种磁极，图5左图的转子有6个凸极，凸极安装在转子磁轭上。隐极：圆柱铁芯的一部分，通过分布绕组的励磁效应起磁极作用,见图5右，小齿间的槽用来嵌放分布的励磁绕组，大齿则是磁极。槽：铁芯上的凹槽，在其中放置绕组导体。齿：两个相邻槽之间的铁芯部分。绕组：一般是用带绝缘的导体（主要用铜）绕制而成的线圈或线圈组合。绕组的作用有流通电流、产生磁场、感应电动势、承受一定的电压电流和功率。绕制而成的线圈或线圈组合。一台电机至少有两个绕组。励磁绕组：产生磁场的绕组，磁场相对于该绕组是静止的。电枢：电机带电枢绕组的部分。电枢绕组：对旋转电机而言
12、，起机电能量转换的核心作用的绕组称为电枢绕组，它与外部电力系统联接，用以吸收或送出有功功率。例如同步电机的定子绕组、直流电机的转子绕组。匝：组成一圈的一根或一组导体。铜损耗：电流在绕组电阻上引起的损耗称为铜损耗，简称铜耗。电刷：与换向器或集电环作滑动接触形成电连接的导电部件。集电环：与电刷接触的导电金属环，换向器（整流子）：对于发电机，换向器把电枢绕组中的交变电动势转变为直流电动势向外部输出；对于电动机，它是把外界供给的直流电流转变为绕组中的交变电流以使电机旋转。换向器是由多个换向片组合而成，是直流电机的关键部件。轴承：支持转轴的结构件。推力轴承：承受轴向负载并限制轴向移动的轴承。导轴承：限制立式机组轴线在一定范围内摆动的轴承。旋转方向：从电机的传动端朝非传动端沿轴向看电机的旋转方向。机械角度：从几何上把电机圆周分成 360，为机械角度。电角度：对于交流电机来说，电枢线圈中感生的按正弦变化的电势的一个周期为360电角度。若电机有p对磁极，电机旋转时的电角度为p机械角度。
