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1、第十八章第十八章 三相异步电动机的三相异步电动机的结构和基本工作原理结构和基本工作原理1基础教学18-1 异步电动机的主要用途和异步电动机的主要用途和分类分类异步电机主要用作电动机，去拖动各种生产异步电机主要用作电动机，去拖动各种生产机械。机械。异步电动机的优点异步电动机的优点:结构简单、容易制造、价结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、运行效率较高和具有适格低廉、运行可靠、运行效率较高和具有适用的工作特征。用的工作特征。 异步电动机的缺点异步电动机的缺点:功率因数较差。异步电动功率因数较差。异步电动机运行时必须从电网吸收滞后性的无功，它机运行时必须从电网吸收滞后性的无功，它的功率因数总是小
2、于。的功率因数总是小于。 2基础教学异步电动机的种类很多，从不同角度看，有不同异步电动机的种类很多，从不同角度看，有不同的分类法：的分类法：（1）按定子相数分按定子相数分，有单相异步电动机、两相，有单相异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。异步电动机和三相异步电动机。（2）按转子结构分按转子结构分，有绕线式异步电动机和鼠，有绕线式异步电动机和鼠笼式异步电动机。笼式异步电动机。18-1 异步电动机的主要用途和异步电动机的主要用途和分类分类3基础教学18-2 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构 异步电动机在结构上也是由定子、转子、异步电动机在结构上也是由定子、转子、气隙组成。气隙组成。
3、异步电动机的基本结构演示异步电动机的基本结构演示4基础教学异步电动机的定子异步电动机的定子 异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。绕组三个部分组成的。1、定子铁心：用、定子铁心：用0.5mm的硅钢片叠压而成，是电的硅钢片叠压而成，是电动机磁路的一部分，装在机座里。定子铁心开有动机磁路的一部分，装在机座里。定子铁心开有槽，用于嵌放定子绕组，槽的形式有开口槽，半槽，用于嵌放定子绕组，槽的形式有开口槽，半开口槽和半闭口槽三种。开口槽和半闭口槽三种。18-2 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构5基础教学2、定子绕组：、定子绕组： 高压
4、大、中型容量的异步电动机定高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采用子绕组常采用Y接法，只有三根引出线，如图接法，只有三根引出线，如图(a)所所示。对中、小容量低压异步电动机，通常把定子三示。对中、小容量低压异步电动机，通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来，根据需要可接成相绕组的六根出线头都引出来，根据需要可接成Y形或形或形，如图形，如图(b)所示。所示。18-2 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构6基础教学3、机座：主要是为了固定与支撑定子铁心。如果、机座：主要是为了固定与支撑定子铁心。如果是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分。因是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分。因此，机座应
5、有足够的机械强度和刚度。此，机座应有足够的机械强度和刚度。18-2 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构7基础教学气隙气隙 异步电动机的气隙比同容量直流电动机的异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多，在中、小型异步电动机中，气隙气隙小得多，在中、小型异步电动机中，气隙一般为一般为0.21.5mm左右。左右。18-2 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构8基础教学异步电动机的转子异步电动机的转子 异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的转轴组成的 。1、转子铁心：是电动机磁路的一部分，也用、转子铁心：是电动机磁路的一部分，也用0.
6、5mm厚的硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架厚的硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子的外表呈圆柱形。上，整个转子的外表呈圆柱形。18-2 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构9基础教学2、转子绕组：分为、转子绕组：分为笼型和绕线型笼型和绕线型两类。两类。1）笼型转子：笼型绕组是一个自身短路的绕组。）笼型转子：笼型绕组是一个自身短路的绕组。转子每槽内放一根导体，两端用端环连接起来，形转子每槽内放一根导体，两端用端环连接起来，形成一个短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则剩下成一个短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则剩下来的绕组形状像个松鼠笼子，如图（来的绕组形状像个松鼠笼子，
7、如图（a) 所示，因此所示，因此又叫鼠笼转子。导条材料有用铜的，也有用铝的。又叫鼠笼转子。导条材料有用铜的，也有用铝的。18-2 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构10基础教学 如果用的是铜料，就需要把事先做好的裸铜条如果用的是铜料，就需要把事先做好的裸铜条插入转子铁心上的槽里，再用铜端环套在伸了两端插入转子铁心上的槽里，再用铜端环套在伸了两端的铜条上，最后焊在一起，如图的铜条上，最后焊在一起，如图(b)所示。如果用的所示。如果用的是铸铝，就连同端环、风扇一次铸成，如图是铸铝，就连同端环、风扇一次铸成，如图(c)所所示示 。笼型转子结构简单、制造方便、是一种经济、。笼型转子结构简单、制造
8、方便、是一种经济、耐用的电机，所以应用极广。耐用的电机，所以应用极广。18-2 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构11基础教学 2）绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘）绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组，一般都联接成导线组成的三相绕组，一般都联接成Y形。转子绕形。转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电刷装组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来，如图所示。这就可以把外接电阻串联到置引出来，如图所示。这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的启动性能或调转子绕组回路里去，以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。节电动机的转速
9、。 与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，价格稍贵，因此只在要求起动电流小，起动转距价格稍贵，因此只在要求起动电流小，起动转距大，或需平滑调速的场合使用。大，或需平滑调速的场合使用。18-2 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构12基础教学铭牌的额定值铭牌的额定值（1）型号）型号（2）额定功率额定功率（PN）：指电动机在额定运行时，）：指电动机在额定运行时，转轴上转轴上输出输出的机械功率。单位为的机械功率。单位为kW。 （3）额定电压额定电压（UN）：指电动机在额定运行时，）：指电动机在额定运行时，定子绕组应加的定子绕组应加的线电压线电压。单位为。
10、单位为V。（4）额定电流额定电流（IN）：指电动机在额定电压和额定）：指电动机在额定电压和额定功率状态下运行时，流入定子绕组的功率状态下运行时，流入定子绕组的线电流线电流。单。单位为位为A。18-3 三相异步电动机的额定值三相异步电动机的额定值13基础教学（5）额定频率额定频率（fN）：额定状态下电源的交变频）：额定状态下电源的交变频率，我国的电网频率为率，我国的电网频率为50 Hz。（6）额定转速额定转速（nN）：指在额定状态下运行时的）：指在额定状态下运行时的转子转速。单位为转子转速。单位为r/min。（7）额定功率因数额定功率因数 :指电动机定子加额定指电动机定子加额定负载时，定子边的功
11、率因数。负载时，定子边的功率因数。 除上述数据外，还标出额定运行时电机的除上述数据外，还标出额定运行时电机的相数相数、接线法接线法、防护等级防护等级、绝缘等级绝缘等级与与温升温升、工作方式工作方式等有关项目。等有关项目。18-3 三相异步电动机的额定值三相异步电动机的额定值14基础教学要点：要点：如何根据电机的铭牌进行定子的接线？如何根据电机的铭牌进行定子的接线？ 如果电动机定子绕组有六根引出线，并已知如果电动机定子绕组有六根引出线，并已知其首、末端，分几种情况讨论。其首、末端，分几种情况讨论。（1）当电动机铭牌上标明）当电动机铭牌上标明“电压电压380/220V，Y/接法接法”时，这种情况下
12、，究竟是接成时，这种情况下，究竟是接成Y或或，要看，要看电源电压（线电压）的大小。如果电源电压为电源电压（线电压）的大小。如果电源电压为380V，则接成，则接成Y；电源电压为；电源电压为220V时，则接时，则接。15基础教学（2）当电动机铭牌上标明）当电动机铭牌上标明“电压电压380V，接法接法”时，则只有时，则只有接法一种。但是在电动机起动过接法一种。但是在电动机起动过 程中可接成程中可接成Y接，接在接，接在380V电源上，起动完毕，电源上，起动完毕，恢复恢复接法。接法。对有些高压电动机，往往定子绕组只有三根引出对有些高压电动机，往往定子绕组只有三根引出线，只在电源电压符合铭牌电压值才可使用
13、。线，只在电源电压符合铭牌电压值才可使用。要点：要点：如何根据电机的铭牌进行定子的接线？如何根据电机的铭牌进行定子的接线？16基础教学18-4 三相异步电动机的简单三相异步电动机的简单工作原理工作原理工作原理工作原理当对称三相电流流入异步电机三相定子绕组当对称三相电流流入异步电机三相定子绕组,在气隙中便产生一以同步转速旋转的磁场。在气隙中便产生一以同步转速旋转的磁场。转子绕组切割磁场，在闭合的转子绕组中产生转子绕组切割磁场，在闭合的转子绕组中产生感应电动势和感应电流。感应电动势和感应电流。旋转磁场与转子导体中的电流互相作用产生电旋转磁场与转子导体中的电流互相作用产生电磁转矩。磁转矩。感应电动势
14、方向由右手定则确定，导条所受电感应电动势方向由右手定则确定，导条所受电磁力方向用左手定则确定，如图所示。磁力方向用左手定则确定，如图所示。17基础教学18-4 三相异步电动机的简单三相异步电动机的简单工作原理工作原理 电磁转矩电磁转矩T带动转子旋转带动转子旋转, 方向与旋转磁动势方向与旋转磁动势相同，转子旋转后，转速为相同，转子旋转后，转速为n，只要，只要nn1（n1为旋为旋转磁场同步转速），转子导条与磁场就有相对运转磁场同步转速），转子导条与磁场就有相对运动，产生与转子不转时相同方向的电磁转矩，即仍动，产生与转子不转时相同方向的电磁转矩，即仍为逆时针方向，转子持续旋转，稳定运行在为逆时针方向
15、，转子持续旋转，稳定运行在T=TL情况下。情况下。18基础教学18-4 三相异步电动机的简单三相异步电动机的简单工作原理工作原理异步电动机的转子转速总是略低于旋转磁场转异步电动机的转子转速总是略低于旋转磁场转速。它们之间的差速。它们之间的差 ，称为转差速度。，称为转差速度。定义转差速度与同步转速的比值为转差率，即定义转差速度与同步转速的比值为转差率，即转差率是决定异步电机运行状态的重要变量。转差率是决定异步电机运行状态的重要变量。异步电动机的负载情况发生变化，转子导体中异步电动机的负载情况发生变化，转子导体中的电动势、电流和电磁转矩相应变化，则转子的电动势、电流和电磁转矩相应变化，则转子转速和
16、转差率随之变化。转速和转差率随之变化。19基础教学18-4 三相异步电动机的简单三相异步电动机的简单工作原理工作原理按照转差率大小正负，电机可分为三种状态：按照转差率大小正负，电机可分为三种状态：电动机状态电动机状态发电机状态发电机状态电磁制动电磁制动异步电动机的工作状态演示异步电动机的工作状态演示20基础教学1、电动机状态、电动机状态 0ns0 T与与n方向相同，方向相同， 空载运行时的转差率空载运行时的转差率0.5% 满载运行时的转差率满载运行时的转差率5% 可见，可见，n接近接近n1 电机由电网吸取电功率转换成机械功率。电机由电网吸取电功率转换成机械功率。 Tn1n切切n例如：例如： n
17、N = 1400 r / min p =？ n1 =1500 r / min n1 = 60 /p p = 221基础教学2、发电机运行状态、发电机运行状态 nn1，s0，n切切改变方向改变方向 发电机运行状态，电磁转矩方向改变，转子由原发电机运行状态，电磁转矩方向改变，转子由原动机拖动。动机拖动。 n1，n 方向和电动机状态时一样方向和电动机状态时一样 ，T与与 n 方向相反，方向相反，为制动性质。电机由转子传动轴输入机械功率，从为制动性质。电机由转子传动轴输入机械功率，从定子输出电功率。定子输出电功率。 Tn1n切切n22基础教学3、电磁制动的运行状态、电磁制动的运行状态 n1 用其他机械驱动转子用其他机械驱动转子n方向方向与与n1相反，相反， n切切方向改变。方向改变。 电磁转矩电磁转矩T与与n方向相反，方向相反，为制动性质。为制动性质。电机内部损耗电机内部损耗 转化为热能消耗掉转化为热能消耗掉定子吸收电网电功率定子吸收电网电功率驱动转矩输入机械功率驱动转矩输入机械功率 Tn1n切切n23基础教学S18-4X18-1X18-2本章习题本章习题24基础教学
