三相异步电动机的工作原理及结构精.docx
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三相异步电动机的工作原理及结构精
3.1三相异步电动机的工作原理及结构
3.1.1结构
三相开步电动机的种类很多,但各类三相界步电动机的堆本结构是相同的.它们都由定子和转子这两大基本部分组成,在定子和转子之间具有淀的气隙。
此外,还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件.如图4」所几
图3」」寸闭式三相笼型并步电动机结构图
1—轴承:
2—前端盖:
3—转轴:
4—接线盒:
5—吊环;6-定f铁心:
7—转子:
8—定f绕组:
9-机朋:
10—后端徐11—风罩:
12-风购
1.定子部分
定子是川來产工旋转磁场的•三相电动机的定子一般山外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。
(1)外壳
三相电动机外壳包括机座、端盖.轴承盖.接线盒及幣坏等部件。
机座:
铸铁或铸钢浇铸成型.它的作用是保护和固定三相电动机的定子绕组。
中.小型三相电动机的机座•阴个端盖支承着转它是三相电动机机械结构的重要组成部分。
通常.机座的外衣要求散热性能好,所以•般都铸有散热片。
端盖:
用铸铁或铸钢浇铸成型.它的作用是把转f固定在定子内腔中心,便转子能够在定子中均匀地旋转。
轴承盖:
也是铸铁或铸钢浇铸成型的,它的作用是同立转f・,使转子不能轴向移动,另外起存放润滑油和保护轴承的作用。
接线盒:
一般是用铸铁浇铸,其作用是保护和固定绕组的引出线端子。
吊环:
般是用铸钢制造,安装在机座的上端,用來起吊、潮”JI
(2)定子铁心
异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分,由0.35mm~0.5mm厚表ifli涂有绝缘漆的薄硅钢片穂压而成,如图3.2所示。
由于硅钢片较薄而且片与片Z间是绝缘的,所以减少了由/交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。
铁心内圆有均匀分布的槽口,用来嵌放定子绕圈。
(a)定子铁心(b)定子冲片
图3・2定子铁心及冲片示意图
(3)定子绕组
定子绕组是三相电动机的电路(v*部分,三相电动机有三相绕组,通入三相对称电流时,就会产生旋转磁场。
二相绕组由二个彼此独立的绕组组成,【1.每个绕组又由若干线I■连接而成。
毎个绕组即为-•相,每个绕组在空间+11^120'*电ffj度。
线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。
中、小型二相电动机多采用圆漆包线,大、中型三相电动机的定了•线圈则用较人截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后,再按一定规律嵌入定了•铁心槽内。
定子三相绕组的
六个出线端都引至接线盒上,忤端分别标为U“V|.W「末端分别标为u”v”w八这六个出线端在接线盒
(a)出形连接
(b)三角形连接
璽的廉列如图4.3所示,可以接成星图3.3定子绕组的联结
形或三角形。
2.转子部分
(1)转子铁心
是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成.套在转轴上,作用和定子铁心相同,•方面作为电动机磁路的・部分,一方面用來安放转f绕组。
(2)转子绕组
异步电动机的转了绕组分为绕线形与笼形两种,由此分为绕线转了界步电动机与笼形异步电动机。
①绕线形绕组
9定子绕组一样也是一个三相绕组,一般接成星形,三相引出线分别接到转轴上的三个号转轴绝缘的集电环L,通过电刷装置与外电路相连,这就有可能在转子电路中串接电阻或电动势以改善电动机的运行性能,见图34。
1-集电环:
2-电刷:
3—变阳器图3.4绕线形转『与外加变阻器的连接
②笼形绕组
在转子铁心的毎一个椚中插入一根铜条,在铜条两端齐用-个铜环(称为端环)把导条连接起來,称为铜排转子,如图3.5(a)所示。
也可用铸铝的方法,把转子导条和端环风扇叶片用铝液•次浇铸而成,称为铸铝转子,如图3.5(b)所示。
l()()kW以下的异步电动机一般采用铸铝转子。
图3.5笼形转子绕组
3・其他部分
其他部分包括端盖、风扇等。
端盖除了起防护作用外,在端盖上还装有轴承,用以支撑转了轴。
风扇则用来通风冷却电动机。
三相异步电动机的定子与转子之间的空气隙,一般仅为().2mm〜1.5mm。
气隙A人,电动机运行时的功率因数降低;气隙人小,使装配困难,运行不可靠,高次谐波磁场增强,从而使附加损耗增加以及使启动性能变差。
3.1.2工作原理
1.三相交流电机的旋转磁场
三相开步电动机转子之所以会旋转、实现能量转换,是冈为转子气隙内冇一个旋转磁场。
下而來讨论旋转磁场的产生。
如图3.6所示,uv,vyw,为三相定子绕组,在空间彼此相隔120°,接成Y形。
三相绕组的首端vpW|接在三相对称电源上,有三相对称电流通过三相绕组。
设电源的相序为U・V,W・的初相角为冬,如图4.6波形图所示。
图3.60相交流电流波形图
图3.7两极症转磁场示盘图
iysin伽-12(F)
iw=sinter♦12(f)
为了分析方便,假设电流为正值时,在绕组屮从始端流向木端,电流为负值时,在绕细中从末端流向肯端。
当酬=0°的瞬间・=0»fv为负值,iw为疋值,根据”右r•螺旋定则”>三和电流所产t的磁场證加的结果,便形成—•个合成磁场,如图3.7(a)所示,町见此时的合成磁场是•对磁极(即二极),右边是N极.左边是S极。
•空间120度对称分布的~相绕组通过三相对称的交流电流时,产生的合成磁场为极对数p=l的空间旋转磁场•毎电源周期旋转一周,即两个极距:
••某相绕组中电流达到最大值时,磁极轴线恰好旋转到该相绕组轴线ho
出州=9(r时.即经过1/4周期后"由零变成正的放人值”
仍为负值,Ar已变成负值.如图3.6(b)所示,这时合成磁场的
方位与初=厅时相比,己按逆时针方向转过了90°o
应用同样的方法,叮以得出如卜•结论:
“1幼二12时,合成磁场就转过了180°,如图3.6(c)所示:
为阳=3曲时合成磁场方向旋转了300°,如图3.6(d)所示:
半劲-36山寸合成磁场旋转了360°,即转1周,如图3.6(a)所示.
由此町见,对称三相电流i—i丄分别通入对称三相绕组U|U»V|V“W|W、屮所形成的合成磁场,足•个随时间变化的旋转磁场。
•
以上分析的足电动机产生•对84极时的情况,当定了绕组连接形成的是两对磁极时,运用相同的方法可以分析出此时电流变化-•个周期,磁场只转动了半圈,即转速减慢了一半。
宙此类推.当旋转磁场具冇p对极时(即磁极数为2p)•交流电毎变化一个周期,氏旋转磁场就在空间转动1/卩转。
因此,三相电动机定(旋转磁场每分钟的转速”定(电流频率f及磁极对数pZ间的关系是
(3-1)
2.三相电动机的转动原理
图3.8为三相异步电动机转动原理示意图。
三相交流电通入定子绕组后,便形成了一个旋转做场.其转速"劣旋转磁场的磁力线被转子导体切割.根据电磁感应原理,转子导体产生感应电动势。
转子绕组是闭介的•则转子导体仃电流流过。
设旋转磁场按顺时针方向旋转,R某时刻为上为北极N下为南极S,如图3.7所示。
根据右手定则.在上半部转子导体的电动势和电流方向由里向外•用0表示:
在下半部则由外向里,用❸表示。
原理:
定子旋转磁场以速度no切
割转了导体感牛•电动势(发电机右手定则),在转子导体中形成电流,使导体受电磁力作川形成电磁转矩,推动转了以转速n顺no方向旋转(电动机左手定则),并从轴I:
输出一定人小的机械功率。
(n不能等于no)特点:
•电动机内必须有一个以no旋转的磁场。
一实现能量转
换的前提;电动运行时n恒不等
fno(界步)一必要条件nvno;建立转矩的电流由感应产生。
一感应名称的來源。
流过电流的转了导体在磁场中要受到电磁力作用,力F的方向可用左手宦则确定,如图3.8所示。
电磁力作用于转了导体上,对转轴形成电磁转矩,使转子按照旋转磁场的方向旋转起來,转速为小
三和电动机的转子转速〃始终不会加速到旋转磁场的转速山。
因为只冇这样,转绕组与旋转磁场Z间才会冇相对运动而切割磁力线,转子绕组导体中才能产生感应电动势和电流,从而产生电磁转矩,使转子按照旋转磁场的方向继续旋转。
由此可见山工川,且y是异步电动机「.作的必要条件,“异步”的名称也由吐而来。
3.转差率
旋转磁场转速〃I与转子转速〃之差打同步转速比称为异步电动机的转差率£,即
=(3-2)
转差率是异步也'劫机的一个基本参数,对分析和计算异步电动机的运行状态及其机械特性有着重要的意义。
当异步电动机处电动状态运行时,电磁转矩心和转速川同向。
转子尚未转动时,n=0,$=晖占砧〃“妒可知异步电动
机处于电动狀态时,转差率的变化范围总在()和1之间,即()V$Vl。
一般情况下,额定运行时=1%〜5%。
3.1.3主要系列
在-相电动机的外壳上,钉有一块牌子,叫铭牌。
铭牌上注明这台三相电动机的匸要技术数据,是选择、安装、使用和修理(包括重绕组)三相电动机的重耍依据,铭牌的主要内容如下。
1・型号
国产中小型三相电动机型号的系列为Y系列,是按国际电工姿员会IEC标准设计生产的三和异步电动机,它足以电机中心高度为依据编制型号谱的,如
Y-200L2-6
Mi
un*(—中“j(S—
Y—20()L2—6
km*m一^
IS—Win*
中、小型三相异步电动机的机座号与定子铁心外径及中心离度的关系见表3」和表3.2。
喪3」小型异步三相电动机
1
*>
*
3
4
5
6
7
8
9
定子铁心外径(mm>
120
145
167
210
245
280
327
368
423
中心站酸(mm)
90
100
112
132
160
180
225
250
280
表3.2中型异步三相电动机
机艸号
11
12
13
14
15
定子扶心外
枪(mm)
560
650
740
850
990
中g度(mm
375
450
500
560
620
2.额定功率
额定功率是指在満伐运行时三相电动机轴1:
所输出的额定机械功率.
用表示.以T瓦(kW)或瓦(W)为单位•
3・额定电压
额定电压是指接到电动机绕组上的线电氐用〃减示。
三相电动机婴求所接的电源电压值的变动■般不应趙过额定电压的士5%•电乐过高•电动机容易烧毁;电压过低.电动机难以启动.即便启动后电动机也可能带不动负载.容易烧坏。
4.额定电流
•额定电流念指三相电动机在额定电源电压厂输出额定功率时.流入定了绕细的线电流,用人衣示,以安(A)为单位。
廿粗过额定电流过戎运行,£411电动机就会过热乃至烧毁.
三相异步电动机的额定功率与It他额定数据Z间冇如卜关系式
(3-3)式中Eg额定功率因数人你心趴久
加——额定效牢
5额定频率
•额定频率於指电动机所接的交流电源每抄钟内周期变化的次数,用人•衣示.我国现定杯准电源倾率为50Hz.
6.额定转速
额圧转速衣示三相电动机金额定I作悄况下运行时每分钟的转速•用柿表示,•般足略小J:
対应的同步转速“严如叫=1500r/min.则刀、=1440r/min97・绝缘等级
绝缘等级足折三相电动机所采用的绝缘材料的耐热能力.它衣明上相电动机允许的最歲丁作温度•三相电动机的绝缘等级和最髙允许温度参见农8」
8.m
定额足指三相电动机的运转状态,即允许连续使用的时间,分为连续.短时、周期断续三种。
(1)连续
连续I作状态是指电动机带额定负裁运行时.运行时间很长•电动机的温升可以达到稳态温升的工作方式。
(2)短时
短时II作状态是指电动机帯额定负较运行时.运行时间很短•使电动机的温升达不到稳态温升:
停机时间很长.使电动机的温升可以降到咨的匸作方式.
<3)周期断续
MJ期断续1作状态是拆电动机蒂额定敛找运行时.运行时间很短.使电动机的温升达不到稳态淋升:
停止时间也很短.便电动机的温升降不到零•工作周期小JlOmin的I•作力式a
9.接法
三相电动机定了绕组的连接方法有星形(Y)和三角形(△)两种。
定子绕组的连接只能按规定方法连接,不能任盘改变接法,否则会损坏三相电动机。
10.防护等级
防护等级表示三相电动机外壳的防护等级,其中IP是防护等级标志符号,K后血的两位数了分別表示电机防固体和防水能力。
数字越大,防护能力越强,如IP44中第一位数字“4”表示电机能防止直径或厚度大于1臺米的固体进入电机内壳。
第:
位数字“4"表示能承受任何方向的溅水。
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