三相异步电动机的工作原理及结构教学课件市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

3.1 三相异步电动机工作原理及结构三相异步电动机工作原理及结构3.1.1 结构结构 三相异步电动机种类很多，但各类三相异步电动机基本结构是相同，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间含有一定气隙。另外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其它附件，如图4.1所表示。图3.1 封闭式三相笼型异步电动机结构图1轴承；2前端盖；3转轴；4接线盒；5吊环；6定子铁心；7转子；8定子绕组；9机座；10后端盖；11风罩；12风扇第1页1定子部分 定子是用来产生旋转磁场。三相电动机定子普通由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。（1）外壳 三相电动机外壳包含机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。机座：铸铁或铸钢浇铸成型，它作用是保护和固定三相电动机定子绕组。中、小型三相电动机机座还有两个端盖支承着转子，它是三相电动机机械结构主要组成部分。通常，机座外表要求散热性能好，所以普通都铸有散热片。端盖：用铸铁或铸钢浇铸成型，它作用是把转子固定在定子内腔中心，使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，它作用是固定转子，使转子不能轴向移动，另外起存放润滑油和保护轴承作用。接线盒：普通是用铸铁浇铸，其作用是保护和固定绕组引出线端子。吊环：普通是用铸钢制造，安装在机座上端，用来起吊、搬抬三相电动机。第2页（2）定子铁心 异步电动机定子铁心是电动机磁路一部分，由0.35mm0.5mm厚表面涂有绝缘漆薄硅钢片叠压而成，如图3.2所表示。因为硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘，所以降低了因为交变磁通经过而引发铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布槽口，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 第3页（3）定子绕组 定子绕组是三相电动机电路部分，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。三相绕组由三个彼此独立绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120电角度。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。中、小型三相电动机多采取圆漆包线，大、中型三相电动机定子线圈则用较大截面绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。定子三相绕组六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为U1,V1,W1，末端分别标为U2,V2,W2。这六个出线端在接线盒里排列如图4.3所表示，能够接成星形或三角形。（a）星形连接 （b）三角形连接 图3.3 定子绕组联结第4页2转子部分转子部分（1）转子铁心 是用0.5mm厚硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，首先作为电动机磁路一部分，首先用来安放转子绕组。（2）转子绕组 异步电动机转子绕组分为绕线形与笼形两种，由此分为绕线转子异步电动机与笼形异步电动机。绕线形绕组 与定子绕组一样也是一个三相绕组，普通接成星形，三相引出线分别接到转轴上三个与转轴绝缘集电环上，经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进电动机运行性能，见图3.4。1集电环；2电刷；3变阻器 图3.4 绕线形转子与 外加变阻器连接 第5页 笼形绕组 在转子铁心每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一个铜环（称为端环）把导条连接起来，称为铜排转子，如图3.5（a）所表示。也可用铸铝方法，把转子导条和端环风扇叶片用铝液一次浇铸而成，称为铸铝转子，如图3.5（b）所表示。100kW以下异步电动机普通采取铸铝转子。（a）铜排转子 （b）铸铝转子 图3.5 笼形转子绕组第6页3其它部分 其它部分包含端盖、风扇等。端盖除了起防护作用外，在端盖上还装有轴承，用以支撑转子轴。风扇则用来通风冷却电动机。三相异步电动机定子与转子之间空气隙，普通仅为0.2mm1.5mm。气隙太大，电动机运行时功率因数降低；气隙太小，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开启性能变差。第7页3.1.2 工作原理工作原理 1三相交流电机旋转磁场 三相异步电动机转子之所以会旋转、实现能量转换，是因为转子气隙内有一个旋转磁场。下面来讨论旋转磁场产生。如图3.6所表示，U1U2,V1V2,W1W2为三相定子绕组，在空间彼此相隔120，接成Y形。三相绕组首端U1,V1,W1接在三相对称电源上，有三相对称电流经过三相绕组。设电源相序为U,V,W,初相角为零，如图4.6波形图所表示。图3.6 三相交流电流波形图 第8页 设 为了分析方便，假设电流为正值时，在绕组中从始端流向末端，电流为负值时，在绕组中从末端流向首端。当 瞬间，=0，为负值，为正值，依据”右手螺旋定则”，三相电流所产生磁场叠加结果，便形成一个合成磁场，如图3.7（a）所表示，可见此时合成磁场是一对磁极（即二极），右边是N极，左边是S极。图3.7 两极旋转磁场示意图第9页空间120度 对称分布三相绕组经过三相对称交流电流时，产生合成磁场为极对数p=1空间旋转磁场，每电源周期旋转一周，即两个极距；某相绕组中电流到达最大值时，磁极轴线恰好旋转到该相绕组轴线上。第10页 当 时，即 经 过 1/4周 期 后，由 零 变 成 正 最 大 值，仍为负值，已变成负值，如图3.6（b）所表示，这时合成磁场方位与 时相比，已按逆时针方向转过了90。应用一样方法，能够得出以下结论：当 时，合成磁场就转过了180，如图3.6（c）所表示；当 时合成磁场方向旋转了300，如图3.6（d）所表示；当 时合成磁场旋转了360，即转1周，如图3.6（a）所表示。由此可见，对称三相电流 分别通入对称三相绕组U1U2,V1V2,W1W2中所形成合成磁场，是一个随时间改变旋转磁场。以上分析是电动机产生一对磁极时情况，当定子绕组连接形成是两对磁极时，利用相同方法能够分析出此时电流改变一个周期，磁场只转动了半圈，即转速减慢了二分之一。由这类推，当旋转磁场含有p对极时（即磁极数为2p），交流电每改变一个周期，其旋转磁场就在空间转动1/p转。所以，三相电动机定子旋转磁场每分钟转速n1、定子电流频率f及磁极对数p之间关系是 （3-1）第11页 2三相电动机转动原理三相电动机转动原理 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，便形成了一个旋转磁场，其转速 。旋转磁场磁力线被转子导体切割，依据电磁感应原理，转子导体产生感应电动势。转子绕组是闭合，则转子导体有电流流过。设旋转磁场按顺时针方向旋转，且某时刻为上为北极N下为南极S，如图3.7所表示。依据右手定则，在上半部转子导体电动势和电流方向由里向外，用表示；在下半部则由外向里，用表示。图3.8 三相电动机转动原理第12页原理：定子旋转磁场以速度n0切割转子导体感生电动势（发电机右手定则），在转子导体中形成电流，使导体受电磁力作用形成电磁转矩，推进转子以转速n顺n0方向旋转（电动机左手定则），并从轴上输出一定大小机械功率。(n不能等于n0)特点：电动机内必须有一个以n0旋转磁场。实现能量转换前提；电动运行时n恒不等于n0（异步）必要条件nn0；建立转矩电流由感应产生。感应名称起源。第13页 流过电流转子导体在磁场中要受到电磁力作用，力F方向可用左手定则确定，如图3.8所表示。电磁力作用于转子导体上，对转轴形成电磁转矩，使转子按照旋转磁场方向旋转起来，转速为n。三相电动机转子转速n一直不会加速到旋转磁场转速n1。因为只有这么，转绕组与旋转磁场之间才会有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方向继续旋转。由此可见 ，且 ，是异步电动机工作必要条件，“异步”名称也由此而来。第14页 3转差率转差率 旋转磁场转速n1与转子转速n之差与同时转速n1之比称为异步电动机转差率s，即 （3-2）转差率是异步电动机一个基本参数，对分析和计算异步电动机运行状态及其机械特征有着主要意义。当异步电动机处于电动状态运行时，电磁转矩 和转速n同向。转子还未转动时，n=0,；当 时，可知异步电动机处于电动状态时，转差率改变范围总在0和1之间，即0s1。普通情况下，额定运行时=1%5%。第15页3.1.3 主要系列 在三相电动机外壳上，钉有一块牌子，叫铭牌。铭牌上注明这台三相电动机主要技术数据，是选择、安装、使用和修理（包含重绕组）三相电动机主要依据，铭牌主要内容以下。1型号型号 国产中小型三相电动机型号系列为Y系列，是按国际电工委员会IEC标准设计生产三相异步电动机，它是以电机中心高度为依据编制型号谱，如 Y-200L2-6 中、小型三相异步电动机机座号与定子铁心外径及中心高度关系见表4.1和表4.2。异步电动机中心高度200mm6极2号铁心长机座（M中机座）（S短机座）第16页 Y-200L2-6 异步电动机中心高度200mm6极2号铁心长机座（M中机座）（S短机座）第17页 中、小型三相异步电动机机座号与定子铁心外径及中心高度关系见表3.1和表3.2。表3.1小型异步三相电动机表3.2中型异步三相电动机机 座 号1112131415定子铁心外径（mm）560650740850990中心高度（mm）375450500560620机 座 号123456789定子铁心外径（mm）120145167210245280327368423中心高度（mm）90100112132160180225250280第18页 2额定功率额定功率 额定功率是指在满载运行时三相电动机轴上所输出额定机械功率，用表示，以千瓦（kW）或瓦（W）为单位。3额定电压额定电压 额定电压是指接到电动机绕组上线电压，用UN表示。三相电动机要求所接电源电压值变动普通不应超出额定电压5%。电压过高，电动机轻易烧毁；电压过低，电动机难以开启，即使开启后电动机也可能带不动负载，轻易烧坏。4额定电流额定电流 额定电流是指三相电动机在额定电源电压下，输出额定功率时，流入定子绕组线电流，用IN表示，以安（A）为单位。若超出额定电流过载运行，三相电动机就会过热乃至烧毁。三相异步电动机额定功率与其它额定数据之间有以下关系式 （3-3）式中 额定功率因数 额定效率 5额定频率额定频率 额定频率是指电动机所接交流电源每秒钟内周期改变次数，用fN表示。我国要求标准电源频率为50Hz。第19页 6额定转速额定转速 额定转速表示三相电动机在额定工作情况下运行时每分钟转速，用nN表示，普通是略小于对应同时转速n1。如n1=1 500r/min，则nN=1 440r/min。7绝缘等级绝缘等级 绝缘等级是指三相电动机所采取绝缘材料耐热能力，它表明三相电动机允许最高工作温度。三相电动机绝缘等级和最高允许温度参见表8.1。8定额定额 定额是指三相电动机运转状态，即允许连续使用时间，分为连续、短时、周期断续三种。（1）连续 连续工作状态是指电动机带额定负载运行时，运行时间很长，电动机温升能够到达稳态温升工作方式。（2）短时 短时工作状态是指电动机带额定负载运行时，运行时间很短，使电动机温升达不到稳态温升；停机时间很长，使电动机温升能够降到零工作方式。（3）周期断续 周期断续工作状态是指电动机带额定负载运行时，运行时间很短，使电动机温升达不到稳态温升；停顿时间也很短，使电动机温升降不到零，工作周期小于10min工作方式。第20页 9接法接法 三相电动机定子绕组连接方法有星形（Y）和三角形（）两种。定子绕组连接只能按要求方法连接，不能任意改变接法，不然会损坏三相电动机。10防护等级防护等级 防护等级表示三相电动机外壳防护等级，其中IP是防护等级标志符号，其后面两位数字分别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”表示电机能预防直径或厚度大于1毫米固体进入电机内壳。第二位数字“4”表示能承受任何方向溅水。第21页