三相異步電動機結(jié)構(gòu)和工作原理

./三相異步電動機結(jié)構(gòu)與工作原理三相異步電動機實現(xiàn)電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的電工設(shè)備總稱為電機。電機是利用電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)電能與機械能的相互轉(zhuǎn)換。把機械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備稱為發(fā)電機,而把電能轉(zhuǎn)換成機械能的設(shè)備叫做電動機。在生產(chǎn)上主要用的是交流電動機,特別三相異步電動機,因為它具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、運行可靠、價格低廉、維護方便等優(yōu)點。它被廣泛地用來驅(qū)動各種金屬切削機床、起重機、鍛壓機、傳送帶、鑄造機械、功率不大的通風(fēng)機及水泵等。對于各種電動機我們應(yīng)該了解下列幾個方面的問題：〔1基本構(gòu)造；〔2工作原理；〔3表示轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間關(guān)系的機械特性；〔4起動、調(diào)速及制動的基本原理和基本方法；〔5應(yīng)用場合和如何正確使用。三相異步電動機的結(jié)構(gòu)與工作原理1．三相異步電動機的構(gòu)造 三相異步電動機的兩個基本組成部分為定子〔固定部分和轉(zhuǎn)子〔旋轉(zhuǎn)部分。此外還有端蓋、風(fēng)扇等附屬部分,如圖5-1所示。圖5-1三相電動機的結(jié)構(gòu)示意圖1．定子三相異步電動機的定子由三部分組成：定子定子鐵心由厚度為0.5mm的,相互絕緣的硅鋼片疊成,硅鋼片內(nèi)圓上有均勻分布的槽,其作用是嵌放定子三相繞組AX、BY、CZ。定子繞組三組用漆包線繞制好的,對稱地嵌入定子鐵心槽內(nèi)的相同的線圈。這三相繞組可接成星形或三角形。機座機座用鑄鐵或鑄鋼制成,其作用是固定鐵心和繞組2．轉(zhuǎn)子三相異步電動機的轉(zhuǎn)子由三部分組成：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心由厚度為0.5mm的,相互絕緣的硅鋼片疊成,硅鋼片外圓上有均勻分布的槽,其作用是嵌放轉(zhuǎn)子三相繞組。轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組有兩種形式：鼠籠式--鼠籠式異步電動機。繞線式--繞線式異步電動機。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸上加機械負載鼠籠式電動機由于構(gòu)造簡單,價格低廉,工作可靠,使用方便,成為了生產(chǎn)上應(yīng)用得最廣泛的一種電動機。為了保證轉(zhuǎn)子能夠自由旋轉(zhuǎn),在定子與轉(zhuǎn)子之間必須留有一定的空氣隙,中小型電動機的空氣隙約在0.2~1.0mm之間。2．三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理1．基本原理為了說明三相異步電動機的工作原理,我們做如下演示實驗,如圖5-2所示。圖5-2三相異步電動機工作原理<1>．演示實驗：在裝有手柄的蹄形磁鐵的兩極間放置一個閉合導(dǎo)體,當(dāng)轉(zhuǎn)動手柄帶動蹄形磁鐵旋轉(zhuǎn)時,將發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體也跟著旋；若改變磁鐵的轉(zhuǎn)向,則導(dǎo)體的轉(zhuǎn)向也跟著改變。<2>．現(xiàn)象解釋：當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時,磁鐵與閉合的導(dǎo)體發(fā)生相對運動,鼠籠式導(dǎo)體切割磁力線而在其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。感應(yīng)電流又使導(dǎo)體受到一個電磁力的作用,于是導(dǎo)體就沿磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動起來,這就是異步電動機的基本原理。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向和磁極旋轉(zhuǎn)的方向相同。<3>．結(jié)論：欲使異步電動機旋轉(zhuǎn),必須有旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組。2．旋轉(zhuǎn)磁場〔1．產(chǎn)生圖5-3表示最簡單的三相定子繞組AX、BY、CZ,它們在空間按互差1200的規(guī)律對稱排列。并接成星形與三相電源U、V、W相聯(lián)。則三相定子繞組便通過三相對稱電流：隨著電流在定子繞組中通過,在三相定子繞組中就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場<圖5-4>。圖5-3三相異步電動機定子接線當(dāng)t=00時,,AX繞組中無電流；為負,BY繞組中的電流從Y流入B1流出；為正,CZ繞組中的電流從C流入Z流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖5-4〔a所示。當(dāng)t=1200時,,BY繞組中無電流；為正,AX繞組中的電流從A流入X流出；為負,CZ繞組中的電流從Z流入C流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖5-4〔b所示。當(dāng)t=2400時,,CZ繞組中無電流；為負,AX繞組中的電流從X流入A流出；為正,BY繞組中的電流從B流入Y流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖5-4〔c所示?？梢?當(dāng)定子繞組中的電流變化一個周期時,合成磁場也按電流的相序方向在空間旋轉(zhuǎn)一周。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化,產(chǎn)生的合成磁場也不斷地旋,因此稱為旋轉(zhuǎn)磁場。圖5-4旋轉(zhuǎn)磁場的形成〔2．旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相繞組中電流相序決定的,若想改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向,只要改變通入定子繞組的電流相序,即將三根電源線中的任意兩根對調(diào)即可。這時,轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。3．三相異步電動機的極數(shù)與轉(zhuǎn)速〔1．極數(shù)〔磁極對數(shù)p三相異步電動機的極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)。旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)和三相繞組的安排有關(guān)。當(dāng)每相繞組只有一個線圈,繞組的始端之間相差1200空間角時,產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有一對極,即p=1；當(dāng)每相繞組為兩個線圈串聯(lián),繞組的始端之間相差600空間角時,產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有兩對極,即p=2；同理,如果要產(chǎn)生三對極,即p=3的旋轉(zhuǎn)磁場,則每相繞組必須有均勻安排在空間的串聯(lián)的三個線圈,繞組的始端之間相差400〔=1200/p空間角。極數(shù)p與繞組的始端之間的空間角的關(guān)系為： 〔2．轉(zhuǎn)速n三相異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0與電動機磁極對數(shù)p有關(guān),它們的關(guān)系是：〔5-1由〔5-1可知,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0決定于電流頻率f1和磁場的極數(shù)p。對某一異步電動機而言,f1和p通常是一定的,所以磁場轉(zhuǎn)速n0是個常數(shù)。在我國,工頻f1=50Hz,因此對應(yīng)于不同極對數(shù)p的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0,見表5-1表5-1p123456n0300015001000750600500〔3．轉(zhuǎn)差率s電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向相同,但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n不可能達到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0相等,否則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間就沒有相對運動,因而磁力線就不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體,轉(zhuǎn)子電動勢、轉(zhuǎn)子電流以及轉(zhuǎn)矩也就都不存在。也就是說旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間存在轉(zhuǎn)速差,因此我們把這種電動機稱為異步電動機,又因為這種電動機的轉(zhuǎn)動原理是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的,故又稱為感應(yīng)電動機。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0常稱為同步轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)差率s——用來表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁場轉(zhuǎn)速n0相差的程度的物理量。即： <5-2>轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個重要的物理量。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n0開始旋轉(zhuǎn)時,轉(zhuǎn)子則因機械慣性尚未轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)子的瞬間轉(zhuǎn)速n=0,這時轉(zhuǎn)差率S=1。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來之后,n>0,〔n0-n差值減小,電動機的轉(zhuǎn)差率S<1。如果轉(zhuǎn)軸上的阻轉(zhuǎn)矩加大,則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n降低,即異步程度加大,才能產(chǎn)生足夠大的感受電動勢和電流,產(chǎn)生足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩,這時的轉(zhuǎn)差率S增大。反之,S減小。異步電動機運行時,轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速一般很接近,轉(zhuǎn)差率很小。在額定工作狀態(tài)下約為0.015~0.06之間。根據(jù)式<4-2>,可以得到電動機的轉(zhuǎn)速常用公式 <5-3>例有一臺三相異步電動機,其額定轉(zhuǎn)速n=975r/min,電源頻率f=50Hz,求電動機的極數(shù)和額定負載時的轉(zhuǎn)差率S。解：由于電動機的額定轉(zhuǎn)速接近而略小于同步轉(zhuǎn)速,而同步轉(zhuǎn)速對應(yīng)于不同的極對數(shù)有一系列固定的數(shù)值。顯然,與975r/min最相近的同步轉(zhuǎn)速n0=1000r/min,與此相應(yīng)的磁極對數(shù)p=3。因此,額定負載時的轉(zhuǎn)差率為：〔4．三相異步電動機的定子電路與轉(zhuǎn)子電路三相異步電動機中的電磁關(guān)系同變壓器類似,定子繞組相當(dāng)于變壓器的原繞組,轉(zhuǎn)子繞組〔一般是短接的相當(dāng)于副繞組。給定子繞組接上三相電源電壓,則定子中就有三相電流通過,此三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,其磁力線通過定子和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合,這個磁場在轉(zhuǎn)子和定子的每相繞組中都要感應(yīng)出電動勢?？偨Y(jié)：1、三相異步電動機的兩個基本組成部分為定子〔固定部分和轉(zhuǎn)子〔旋轉(zhuǎn)部分。2、欲使異步電動機旋轉(zhuǎn),必須有旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組,并且旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)速不同,這也是"異步"二字的含義；3、三相電源流過在空間互差一定角度按一定規(guī)律排列的三相繞組時,便會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；4、旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相繞組中電源相序決定的；5、三相異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0與電動機磁極對數(shù)p