三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)教學(xué)課件省名師優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件市賽課百校聯(lián)賽優(yōu)質(zhì)課一等獎(jiǎng)?wù)n件

3.1三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理及結(jié)構(gòu)3.1.1結(jié)構(gòu)

三相異步電動(dòng)機(jī)種類(lèi)很多，但各類(lèi)三相異步電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)是相同，它們都由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成，在定子和轉(zhuǎn)子之間含有一定氣隙。另外，還有端蓋、軸承、接線盒、吊環(huán)等其它附件，如圖4.1所表示。

圖3.1封閉式三相籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖1—軸承；2—前端蓋；3—轉(zhuǎn)軸；4—接線盒；5—吊環(huán)；6—定子鐵心；7—轉(zhuǎn)子；8—定子繞組；9—機(jī)座；10—后端蓋；11—風(fēng)罩；12—風(fēng)扇1/211．定子部分

定子是用來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。三相電動(dòng)機(jī)定子普通由外殼、定子鐵心、定子繞組等部分組成。（1）外殼三相電動(dòng)機(jī)外殼包含機(jī)座、端蓋、軸承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。機(jī)座：鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它作用是保護(hù)和固定三相電動(dòng)機(jī)定子繞組。中、小型三相電動(dòng)機(jī)機(jī)座還有兩個(gè)端蓋支承著轉(zhuǎn)子，它是三相電動(dòng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)主要組成部分。通常，機(jī)座外表要求散熱性能好，所以普通都鑄有散熱片。端蓋：用鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它作用是把轉(zhuǎn)子固定在定子內(nèi)腔中心，使轉(zhuǎn)子能夠在定子中均勻地旋轉(zhuǎn)。軸承蓋：也是鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它作用是固定轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子不能軸向移動(dòng)，另外起存放潤(rùn)滑油和保護(hù)軸承作用。接線盒：普通是用鑄鐵澆鑄，其作用是保護(hù)和固定繞組引出線端子。吊環(huán)：普通是用鑄鋼制造，安裝在機(jī)座上端，用來(lái)起吊、搬抬三相電動(dòng)機(jī)。2/21（2）定子鐵心異步電動(dòng)機(jī)定子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有絕緣漆薄硅鋼片疊壓而成，如圖3.2所表示。因?yàn)楣桎撈^薄而且片與片之間是絕緣，所以降低了因?yàn)榻蛔兇磐ń?jīng)過(guò)而引發(fā)鐵心渦流損耗。鐵心內(nèi)圓有均勻分布槽口，用來(lái)嵌放定子繞圈。（a）定子鐵心（b）定子沖片圖3.2定子鐵心及沖片示意圖3/21（3）定子繞組定子繞組是三相電動(dòng)機(jī)電路部分，三相電動(dòng)機(jī)有三相繞組，通入三相對(duì)稱(chēng)電流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。三相繞組由三個(gè)彼此獨(dú)立繞組組成，且每個(gè)繞組又由若干線圈連接而成。每個(gè)繞組即為一相，每個(gè)繞組在空間相差120°電角度。線圈由絕緣銅導(dǎo)線或絕緣鋁導(dǎo)線繞制。中、小型三相電動(dòng)機(jī)多采取圓漆包線，大、中型三相電動(dòng)機(jī)定子線圈則用較大截面絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內(nèi)。定子三相繞組六個(gè)出線端都引至接線盒上，首端分別標(biāo)為U1,V1,W1，末端分別標(biāo)為U2,V2,W2。這六個(gè)出線端在接線盒里排列如圖4.3所表示，能夠接成星形或三角形。（a）星形連接（b）三角形連接圖3.3定子繞組聯(lián)結(jié)4/21

2．轉(zhuǎn)子部分

（1）轉(zhuǎn)子鐵心是用0.5mm厚硅鋼片疊壓而成，套在轉(zhuǎn)軸上，作用和定子鐵心相同，首先作為電動(dòng)機(jī)磁路一部分，首先用來(lái)安放轉(zhuǎn)子繞組。（2）轉(zhuǎn)子繞組異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組分為繞線形與籠形兩種，由此分為繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)與籠形異步電動(dòng)機(jī)。①繞線形繞組與定子繞組一樣也是一個(gè)三相繞組，普通接成星形，三相引出線分別接到轉(zhuǎn)軸上三個(gè)與轉(zhuǎn)軸絕緣集電環(huán)上，經(jīng)過(guò)電刷裝置與外電路相連，這就有可能在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻或電動(dòng)勢(shì)以改進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能，見(jiàn)圖3.4。1—集電環(huán)；2—電刷；3—變阻器圖3.4繞線形轉(zhuǎn)子與外加變阻器連接5/21②籠形繞組在轉(zhuǎn)子鐵心每一個(gè)槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個(gè)銅環(huán)（稱(chēng)為端環(huán)）把導(dǎo)條連接起來(lái)，稱(chēng)為銅排轉(zhuǎn)子，如圖3.5（a）所表示。也可用鑄鋁方法，把轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)風(fēng)扇葉片用鋁液一次澆鑄而成，稱(chēng)為鑄鋁轉(zhuǎn)子，如圖3.5（b）所表示。100kW以下異步電動(dòng)機(jī)普通采取鑄鋁轉(zhuǎn)子。（a）銅排轉(zhuǎn)子（b）鑄鋁轉(zhuǎn)子

圖3.5籠形轉(zhuǎn)子繞組6/213．其它部分其它部分包含端蓋、風(fēng)扇等。端蓋除了起防護(hù)作用外，在端蓋上還裝有軸承，用以支撐轉(zhuǎn)子軸。風(fēng)扇則用來(lái)通風(fēng)冷卻電動(dòng)機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間空氣隙，普通僅為0.2mm～1.5mm。氣隙太大，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)降低；氣隙太小，使裝配困難，運(yùn)行不可靠，高次諧波磁場(chǎng)增強(qiáng)，從而使附加損耗增加以及使開(kāi)啟性能變差。7/213.1.2工作原理

1．三相交流電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子之所以會(huì)旋轉(zhuǎn)、實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，是因?yàn)檗D(zhuǎn)子氣隙內(nèi)有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。下面來(lái)討論旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生。如圖3.6所表示，U1U2,V1V2,W1W2為三相定子繞組，在空間彼此相隔120°，接成Y形。三相繞組首端U1,V1,W1接在三相對(duì)稱(chēng)電源上，有三相對(duì)稱(chēng)電流經(jīng)過(guò)三相繞組。設(shè)電源相序?yàn)閁,V,W,初相角為零，如圖4.6波形圖所表示。圖3.6三相交流電流波形圖

8/21

設(shè)

為了分析方便，假設(shè)電流為正值時(shí)，在繞組中從始端流向末端，電流為負(fù)值時(shí)，在繞組中從末端流向首端。當(dāng)瞬間，=0，為負(fù)值，為正值，依據(jù)”右手螺旋定則”，三相電流所產(chǎn)生磁場(chǎng)疊加結(jié)果，便形成一個(gè)合成磁場(chǎng)，如圖3.7（a）所表示，可見(jiàn)此時(shí)合成磁場(chǎng)是一對(duì)磁極（即二極），右邊是N極，左邊是S極。圖3.7兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)示意圖9/21空間120度對(duì)稱(chēng)分布三相繞組經(jīng)過(guò)三相對(duì)稱(chēng)交流電流時(shí)，產(chǎn)生合成磁場(chǎng)為極對(duì)數(shù)p=1空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，每電源周期旋轉(zhuǎn)一周，即兩個(gè)極距；·某相繞組中電流到達(dá)最大值時(shí)，磁極軸線恰好旋轉(zhuǎn)到該相繞組軸線上。10/21當(dāng)時(shí)，即經(jīng)過(guò)1/4周期后，由零變成正最大值，仍為負(fù)值，已變成負(fù)值，如圖3.6（b）所表示，這時(shí)合成磁場(chǎng)方位與時(shí)相比，已按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)了90°。應(yīng)用一樣方法，能夠得出以下結(jié)論：當(dāng)時(shí)，合成磁場(chǎng)就轉(zhuǎn)過(guò)了180°，如圖3.6（c）所表示；當(dāng)時(shí)合成磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)了300°，如圖3.6（d）所表示；當(dāng)時(shí)合成磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)了360°，即轉(zhuǎn)1周，如圖3.6（a）所表示。由此可見(jiàn)，對(duì)稱(chēng)三相電流分別通入對(duì)稱(chēng)三相繞組U1U2,V1V2,W1W2中所形成合成磁場(chǎng)，是一個(gè)隨時(shí)間改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。以上分析是電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一對(duì)磁極時(shí)情況，當(dāng)定子繞組連接形成是兩對(duì)磁極時(shí)，利用相同方法能夠分析出此時(shí)電流改變一個(gè)周期，磁場(chǎng)只轉(zhuǎn)動(dòng)了半圈，即轉(zhuǎn)速減慢了二分之一。由這類(lèi)推，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)含有p對(duì)極時(shí)（即磁極數(shù)為2p），交流電每改變一個(gè)周期，其旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就在空間轉(zhuǎn)動(dòng)1/p轉(zhuǎn)。所以，三相電動(dòng)機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每分鐘轉(zhuǎn)速n1、定子電流頻率f及磁極對(duì)數(shù)p之間關(guān)系是（3-1）11/212．三相電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理圖3.8為三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理示意圖。三相交流電通入定子繞組后，便形成了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁力線被轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割，依據(jù)電磁感應(yīng)原理，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。轉(zhuǎn)子繞組是閉合，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有電流流過(guò)。設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，且某時(shí)刻為上為北極N下為南極S，如圖3.7所表示。依據(jù)右手定則，在上半部轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電動(dòng)勢(shì)和電流方向由里向外，用⊙表示；在下半部則由外向里，用⊕表示。圖3.8三相電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理12/21原理：定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以速度n0切

割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感生電動(dòng)勢(shì)（發(fā)電機(jī)

右手定則），在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中形成

電流，使導(dǎo)體受電磁力作用形成

電磁轉(zhuǎn)矩，推進(jìn)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n順n0

方向旋轉(zhuǎn)（電動(dòng)機(jī)左手定則），

并從軸上輸出一定大小機(jī)械功

率。(n不能等于n0)

特點(diǎn)：·電動(dòng)機(jī)內(nèi)必須有一個(gè)以

n0旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。－實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)

換前提；電動(dòng)運(yùn)行時(shí)n恒不等

于n0（異步）－必要條件n<n0；

建立轉(zhuǎn)矩電流由感應(yīng)產(chǎn)生。

－感應(yīng)名稱(chēng)起源。13/21流過(guò)電流轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力作用，力F方向可用左手定則確定，如圖3.8所表示。電磁力作用于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上，對(duì)轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)起來(lái)，轉(zhuǎn)速為n。三相電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n一直不會(huì)加速到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1。因?yàn)橹挥羞@么，轉(zhuǎn)繞組與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間才會(huì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而切割磁力線，轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體中才能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。由此可見(jiàn)，且，是異步電動(dòng)機(jī)工作必要條件，“異步”名稱(chēng)也由此而來(lái)。14/213．轉(zhuǎn)差率旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差與同時(shí)轉(zhuǎn)速n1之比稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率s，即（3-2）轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)一個(gè)基本參數(shù)，對(duì)分析和計(jì)算異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及其機(jī)械特征有著主要意義。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速n同向。轉(zhuǎn)子還未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，n=0,；當(dāng)時(shí)，，可知異步電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)差率改變范圍總在0和1之間，即0＜s＜1。普通情況下，額定運(yùn)行時(shí)=1%～5%。15/213.1.3主要系列在三相電動(dòng)機(jī)外殼上，釘有一塊牌子，叫銘牌。銘牌上注明這臺(tái)三相電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)數(shù)據(jù)，是選擇、安裝、使用和修理（包含重繞組）三相電動(dòng)機(jī)主要依據(jù)，銘牌主要內(nèi)容以下。1．型號(hào)國(guó)產(chǎn)中小型三相電動(dòng)機(jī)型號(hào)系列為Y系列，是按國(guó)際電工委員會(huì)IEC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)，它是以電機(jī)中心高度為依據(jù)編制型號(hào)譜，如

Y-200L2-6中、小型三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)座號(hào)與定子鐵心外徑及中心高度關(guān)系見(jiàn)表4.1和表4.2。異步電動(dòng)機(jī)中心高度200mm6極2號(hào)鐵心長(zhǎng)機(jī)座（M——中機(jī)座）（S——短機(jī)座）16/21Y-200L2-6異步電動(dòng)機(jī)中心高度200mm6極2號(hào)鐵心長(zhǎng)機(jī)座（M——中機(jī)座）（S——短機(jī)座）17/21

中、小型三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)座號(hào)與定子鐵心外徑及中心高度關(guān)系見(jiàn)表3.1和表3.2。表3.1小型異步三相電動(dòng)機(jī)

表3.2中型異步三相電動(dòng)機(jī)機(jī)座號(hào)1112131415定子鐵心外徑（mm）560650740850990中心高度（mm）375450500560620機(jī)座號(hào)123456789定子鐵心外徑（mm）120145167210245280327368423中心高度（mm）9010011213216018022525028018/21

2．額定功率額定功率是指在滿載運(yùn)行時(shí)三相電動(dòng)機(jī)軸上所輸出額定機(jī)械功率，用表示，以千瓦（kW）或瓦（W）為單位。3．額定電壓額定電壓是指接到電動(dòng)機(jī)繞組上線電壓，用UN表示。三相電動(dòng)機(jī)要求所接電源電壓值變動(dòng)普通不應(yīng)超出額定電壓±5%。電壓過(guò)高，電動(dòng)機(jī)輕易燒毀；電壓過(guò)低，電動(dòng)機(jī)難以開(kāi)啟，即使開(kāi)啟后電動(dòng)機(jī)也可能帶不動(dòng)負(fù)載，輕易燒壞。4．額定電流額定電流是指三相電動(dòng)機(jī)在額定電源電壓下，輸出額定功率時(shí)，流入定子繞組線電流，用IN表示，以安（A）為單位。若超出額定電流過(guò)載運(yùn)行，三相電動(dòng)機(jī)就會(huì)過(guò)熱乃至燒毀。三相異步電動(dòng)機(jī)額定功率與其它額定數(shù)據(jù)之間有以下關(guān)系式（3-3）式中——額定功率因數(shù)

——額定效率5．額定頻率額定頻率是指電動(dòng)機(jī)所接交流電源每秒鐘內(nèi)周期改變次數(shù)，用fN表示。我國(guó)要求標(biāo)準(zhǔn)電源頻率為50Hz。19/21

6．額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速表示三相電動(dòng)機(jī)在額定工作情況下運(yùn)行時(shí)每分鐘轉(zhuǎn)速，用nN表示，普通是略小于對(duì)應(yīng)同時(shí)轉(zhuǎn)速n1。如n1=1500r/min，則nN=1440r/min。7．絕緣等級(jí)