三相异步电动机的工作原理与构造.docx

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1、三相异步电动机的工作原理与构造异步电动机按电源相数分类可分为三相异步电动机与 单相异步电动机。三相异步电动机使用三相交流电源，它具 有构造简单.使用和维修方便.牢固耐用等优点，在工农业生 产中应用极为广泛。 一、三相异步电动机的工作原理在图1中，假设磁场的旋转是逆时针的，这相当于金属 框相对于永久磁铁，以顺时针方向切割磁力线，金属框中感 生电流的方向，如图中小圆圈里所标的方向。此时的金属框 已成为通电导体，于是它又会受到磁场作用的磁场力，力的 方向可由左手定那么判断，如图中小箭头所指示的方向。金属 框的两边受到两个反方向的力f,它们相对转轴产生电磁转 矩（磁力矩），使图1闭合金属框中受力示意图

2、金属框发生转 动，转动方向与磁场旋转方向一致，但永久磁铁旋转的速度nl要比金属框旋转的速度n大。 从上述实验中可以看到，在旋转的磁场里，闭合导体会因发 生电磁感应而成为通电导体，进而又受到电磁转矩作用而顺 着磁场旋转的方向转动；实际的电动机中不可能用手去摇动 永久磁铁产生旋转的磁场，而是通过其他方式产生旋转磁场, 如在交流电动机的定子绕组（按一定排列规律排列的绕组） 通入对称的交流电，便产生旋转磁场；这个磁场虽然看不到， 但是人们可以感受到它所产生的效果，与有形体旋转磁场的 效果一样。通过这个实验，可以清楚地看到，交流电动机的 工作原理主要是产生旋转磁场。图2三相交流电动机定子为了更好的说明三

3、相异步电动机的工作原理，用图2进 一步开展说明，从中可以很清楚地看到三相交流电产生旋转 磁场的现像。图中所示的3个绕组在空间上相互间隔机械角 度120。（实际的电动机中一般都是相差电角度120。），3个 绕组的尾端（标有U2.V2.W2）连接在一起（3个绕组的这种连 接称为星形（Y）接法。常用接法还有三角形（）接法，就是 将3个绕组首尾相连，在3个接点上分别引出3根引线的接 法。），将对称的三相交流电 iU=Imsin（t. iV=Imsin（t-120o ）. iW=Imsin（t-240 ）从 3 个绕组的首端（标有U1.V1.W1）通入，放在绕组中心处的小磁针便迅速转 动起来，由此可知旋

4、转磁场的存在。三相绕组排列示意图图3三相交流电产生旋转磁场示意图三相交流电是怎样产生旋转磁场的呢？用图3开展分析。 当3个绕组跟三相电源接通后，绕组中便通过三相对称的交 流电流iU.iV. iW,其波形如图3图所示。现在选择几个特殊 的运行时刻，看看三相电流所产生的合成磁场是怎样的。这 里规定：电流取正值时，是由绕组始端流进（符号（），由尾 端流出（符号。）；电流取负值时，绕组中电流方向与此相反。当（t=（tl=0, U相电流iU=0, V相电流取为负值，即电 流由V2端流进，由VI端流出；W相电流iW为正，即电流从 晅端流进，从W2端流出。在图3的定子绕组图中，根据电 生磁右手螺旋定那么，可

5、以判定出此时电流产生的合成磁场如 图3（a）所示，此时好似有一个有形体的永久磁铁的N极放在 导体U1的位置上，S极放在导体U2的位置上。当(t=(t2=2时，电流已变化了 1/3周期。此时刻i为正， 电流由U1端流入，从U2端流出，iV为零；iW为负，电流 从W2端流入，从W1端流出。这一时刻的磁场如图3(b)所示。 磁场方向较(t=(tl时沿顺时针方向在空间转过了 120 o用同样的方法，继续分析电流在(t=(t3. (t=(t4时的瞬 时情况，便可得这两个时刻的磁场，如图3(c). 3(d)所示。 在(t=(t3=4/3时刻，合成磁场方向较(t2时刻又顺时针转过 120 o在(t=(t4=

6、2时刻，磁场较(t3时再转过120。，即自 11时刻起至t4时刻，电流变化了一个周期，磁场在空间也 旋转了一周。电流继续变化，磁场也不断地旋转。从上述分 析可知，三相对称的交变电流通过对称分布的3组绕组产生 的合成磁场，是在空间旋转的磁场，而且是一种磁场幅值不 变的圆形旋转磁场。三相异步电动机的基本原理是：把对称的三相交流电通 入彼此间隔120电角度的三相定子绕组，可建立起一个旋 转磁场。根据电磁感应定律可知，转子导体中必然会产生感 生电流，该电流在磁场的作用下产生与旋转磁场同方向的电 磁转矩，并随磁场同方向转动二、三相异步电动机的构造图4封闭式三相异步电动机的构造1一端盖2轴承3机座4一定子

7、绕组5转子6轴承7一端盖8风扇9风罩10接线盒异步电动机的构造也可分为定子.转子两大局部。定子 就是电机中固定不动的局部，转子是电机的旋转局部。由于 异步电动机的定子产生励磁旋转磁场，同时从电源吸收电能, 并产生且通过旋转磁场把电能转换成转子上的机械能，所以 与直流电机不同，交流电机定子是电枢。（ :/版权所 有）另外，定.转子之间还必须有一定间隙（称为空气隙）， 以保证转子的自由转动。异步电动机的空气隙较其他类型的 电动机气隙要小，一般为0. 2mm2mmo三相异步电动机外形有开启式.防护式.封闭式等多种 形式，以适应不同的工作需要。在某些特殊场合，还有特殊 的外形防护型式，如防爆式.潜水泵

8、式等。不管外形如何电 动机构造基本上是一样的。现以封闭式电动机为例介绍三相异步 电动机的构造。如图4所示是一台封闭式三相异步电动机解 体后的零部件图。1 .定子局部定子局部由机座.定子铁心.定子绕组及端盖.轴承等部 件组成。（1）机座。机座用来支承定子铁心和固定端盖。中,小型 电动机机座一般用铸铁浇成，大型电动机多采用钢板焊接而 成。（2）定子铁心。定子铁心是电动机磁路的一局部。为了 减小涡流和磁滞损耗，通常用0. 5mm厚的硅钢片叠压成圆筒， 硅钢片外表的氧化层（大型电动机要求涂绝缘漆）作为片间 绝缘，在铁心的内圆上均匀分布有与轴平行的槽，用以嵌放 定子绕组。(a)直条形式(b)斜条形式图5

9、笼型异步电动机的转子绕组形式(3)定子绕组。定子绕组是电动机的电路局部，也是最 重要的局部，一般是由绝缘铜(或铝)导线绕制的绕组联接而 成。它的作用就是利用通入的三相交流电产生旋转磁场。通 常，绕组是用高强度绝缘漆包线绕制成各种型式的绕组，按 一定的排列方式嵌入定子槽内。槽口用槽楔(一般为竹制)塞 紧。槽内绕组匝间.绕组与铁心之间都要有良好的绝缘。如 果是双层绕组(就是一个槽内分上下两层嵌放两条绕组边)， 还要加放层间绝缘。(4)轴承。轴承是电动机定.转子衔接的部位，轴承有滚 动轴承和滑动轴承两类，滚动轴承又有滚珠轴承(也称为球 轴承)，目前多数电动机都采用滚动轴承。这种轴承的外部 有贮存润滑

10、油的油箱，轴承上还装有油环，轴转动时带动油 环转动，把油箱中的润滑油带到轴与轴承的接触面上。为使 润滑油能分布在整个接触面上，轴承上紧贴轴的一面一般开 有油槽。2 .转子局部转子是电动机中的旋转局部，如图4中的部件5。一般 由转轴.转子铁心.转子绕组.风扇等组成。转轴用碳纲制成, 两端轴颈与轴承相配合。出轴端铳有键槽，用以固定皮带轮 或联轴器。转轴是输出转矩.带动负载的部件。转子铁心也 是电动机磁路的一局部。由0. 5mm厚的硅钢片叠压成圆柱体, 并紧固在转子轴上。转子铁心的外外表有均匀分布的线槽, 用以嵌放转子绕组。三相交流异步电动机按照转子绕组形式的不同，一般可 分为笼型异步电动机和绕线型

11、异步电动机。（1）笼型转子线槽一般都是斜槽（线槽与轴线不平行）， 目的是改善起动与调速性能。其外形如图3. 7中的第5局部; 笼型绕组（也称为导条）是在转子铁心的槽里嵌放裸铜条或 铝条，然后用两个金属环（称为端环）分别在裸金属导条两端 把它们全部接通（短接），即构成了转子绕组；小型笼型电动 机一般用铸铝转子，这种转子是用熔化的铝液浇在转子铁心 上，导条.瑞环一次浇铸出来。如果去掉铁心，整个绕组形 似鼠笼，所以得名笼型绕组，如图3.8所示。图3.8（a）为笼 型直条形式，图5（b）为笼型斜条形式。图6绕线式异步电动机的转子（2）绕线型转子绕组与定子绕组类似，由镶嵌在转子铁 心槽中的三相绕组组成。

12、（ ：/版权所有）绕组一般采 用星形连接，三相绕组绕组的尾端接在一起，首瑞分别接到 转轴上的3个铜滑环上，通过电刷把3根旋转的线变成了固 定线，与外部的变阻器连接，构成转子的闭合回路，以便于 控制，如图6所示。有的电动机还装有提刷短路装置，当电 动机起动后又不需要调速时，可提起电刷，同时使用3个滑 环短路，以减少电刷摩损。两种转子相比拟，笼型转子构造简单，造价低廉，并且 运行可靠，因而应用十分广泛。绕线型转子构造较复杂，造 价也高，但是它的起动性能较好，并能利用变阻器阻值的变 化，使电动机能在一定范围内调速；在起动频繁.需要较大 起动转矩的生产机械（如起重机）中常常被采用。一般电动机转子上还装

13、有风扇或风翼(如图4中部件8), 便于电动机运转时通风散热。铸铝转子一般是将风翼和绕组(导条)一起浇铸出 来，如图5(b)所示。3 .气隙6所谓气隙就是定子与转子之间的空隙。中小型异步电动 机的气隙一般为0. 2mm-1.5mmo气隙的大小对电动机性能影 响较大，气隙大。磁阻也大，产生同样大小的磁通，所需的 励磁电流Im也越大，电动机的功率因数也就越低。但气隙 过小，将给装配造成困难，运行时定.转子容易发生摩擦， 使电动机运行不可靠。三、三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机在出厂时，机座上都固定着一块铭牌, 铭牌上标注着额定数据。主要的额定数据为：(1)额定功率PN(kW)：指电动机额定工作

14、状态时，电动 机轴上输出的机械功率。(2)额定电压UN(v)：指电动机额定工作状态时，电源加 于定子绕组上的线电压。(3)额定电流IN(A)：指电动机额定工作状态时，电源供 应定子绕组上的线电流。(4)额定转速门nN(r/min)：指电动机额定工作状态时, 转轴上的每分转速。(5)额定频率fN(Hz)：指电动机所接交流电源的频率。(6)额定工作制：指电动机在额定状态下工作，可以持 续运转的时间和顺序，可分为额定连续工作的定额SL短时 工作的定额S2.断续工作的定额S3等3种。此外，铭牌上还标明绕组的相数与接法(接成星形或三 角形).绝缘等级及温升等。对绕线转子异步电动机，还应标 明转子的额定电动势及额定电流。