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2023年4月1日星期六 1 第十章 异步电动机 2023年4月1日星期六 2 第一节第一节 异步电动机的结构与工作原理异步电动机的结构与工作原理 电动机的分类电动机的分类 异步（感应）电动机：应用广泛。异步（感应）电动机：应用广泛。同步电动机：用于功率较大，不需要同步电动机：用于功率较大，不需要 调速，长期工作的机械。调速，长期工作的机械。交流交流 直流：他励，并励，串励，复励。直流：他励，并励，串励，复励。电动机电动机 2023年4月1日星期六 3 一、三相异步机的结构一、三相异步机的结构 Y B Z X A C 转转子子 定子定子 定子绕组定子绕组（三相）（三相）机机 座座 三相异步电动三相异步电动机由定子、机由定子、转子、机座等转子、机座等组成，如图组成，如图 2023年4月1日星期六 4（一）定子：电机的静止部分 1、定子组成：定子铁心、定子绕组和机座定子铁心、定子绕组和机座等组成 2、定子铁心：定子铁芯是构成电机磁通回路和固定定子线圈的重要部件，它由冲片及各种紧固件压紧构成一个整体，如图 定子铁心冲片厚度一般为0.5mm或0.35mm的热轧、冷轧硅钢片 或鉄镍软磁合金薄板冲制而成的。铁心的内圆 冲有均匀分 布的槽 槽内嵌放定 子绕组 2023年4月1日星期六 5 定子铁芯的基本要求：1）导磁性能好，损耗低 2）刚度好，振动好 3）在结构布置上有良好的通风效果 4）叠压后铁心内径和槽型尺寸应满足设计精度要求 定子铁心槽型：（1）开口型槽：主要用于高压电机（2）半开口型槽：用于大型、中型低压电机（3）半闭口型槽：用于小型低压电机 2023年4月1日星期六 6 3、定子绕组：是异步电动机的电路部分、定子绕组：是异步电动机的电路部分 1）作用：通入交流电后产生旋转磁场。）作用：通入交流电后产生旋转磁场。2）绕组结构：绕组展开图绕组展开图 2023年4月1日星期六 7 3）电机的接线电机的接线 接线盒接线盒 Y形连接形连接 形连接形连接 4、机座：固定定子铁心、支撑转子、保护电机的电磁部分和算热 2023年4月1日星期六 8 2、转子铁心：、转子铁心：是电机磁路的一部分，由一片片是电机磁路的一部分，由一片片的硅钢片加工成一定的形状，然后叠压成为铁心，的硅钢片加工成一定的形状，然后叠压成为铁心，并套在轴上。并套在轴上。（二）转子：电机的转动部分 1、转子的组成：由转子铁心、绕组和转轴组成。由转子铁心、绕组和转轴组成。2023年4月1日星期六 9 绕组：异步机的转子绕组有绕线式绕组和鼠笼式转子两种。绕组：异步机的转子绕组有绕线式绕组和鼠笼式转子两种。绕线式绕组绕线式绕组 鼠笼式转子鼠笼式转子 硅钢片外圆槽孔，用来安置转子绕组。转子铁心与轴的安装：（1）直接压装载轴上，适用于小型电动机（2）借助于支架装在转轴上，适用于大中型电动机 采用斜槽结构 改善电动机性能 2023年4月1日星期六 10 鼠笼式转子鼠笼式转子 鼠笼绕组是特殊形式的多相鼠笼绕组是特殊形式的多相绕组，每个槽内仅有一个转子导绕组，每个槽内仅有一个转子导条，两个端部都有短路环联成整条，两个端部都有短路环联成整体。体。有导条式和铸铝式两种。有导条式和铸铝式两种。鼠笼绕组鼠笼绕组 鼠笼鼠笼绕组展开图绕组展开图 3、转子绕组（1）作用：切割定子磁场、产生感应电动势和电流，在旋转磁场的作用下受力使转子转动（2）鼠笼式转子 2023年4月1日星期六 11 转子三相绕组展开图转子三相绕组展开图 转子展开转子展开 （3）绕线式转子 转子绕组与定子绕组相似的对称三相绕组，通常三转子绕组与定子绕组相似的对称三相绕组，通常三 相绕组接成相绕组接成Y形，有三个输出端。形，有三个输出端。2023年4月1日星期六 12 转动原理：转动原理：二、二、三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 实际的异步电动机中，转子之所以转动，是由实际的异步电动机中，转子之所以转动，是由于旋转磁场的作用。于旋转磁场的作用。三相对称绕组通入三相对称交流电，产生圆形三相对称绕组通入三相对称交流电，产生圆形旋转磁场，切割转子绕组，使之感应电势并感旋转磁场，切割转子绕组，使之感应电势并感生电流，电流与旋转磁场相互作用，产生电磁生电流，电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，使转子转动。转矩，使转子转动。转子转速转子转速n 小于磁场转速小于磁场转速n 0，所以“异，所以“异步”。步”。2023年4月1日星期六 13（一）、旋转磁场的产生（一）、旋转磁场的产生 A Y C B Z（1）定子铁心的线槽中嵌有三相对称的绕组：）定子铁心的线槽中嵌有三相对称的绕组：A-X、B-Y、C-Z（2）三相绕组接成）三相绕组接成Y形，形，A、B、C接电源，为每相的始端接电源，为每相的始端 （3）设通过三相绕组的对称电流为）设通过三相绕组的对称电流为 AiBiCimIt0n()电流出电流出()电流入电流入 X 240sin120sinsintIitIitIimCmBmA（4）规定电流的参考方向均为从绕组的）规定电流的参考方向均为从绕组的 始端经绕组内部指向末端，正值时方向与始端经绕组内部指向末端，正值时方向与 参考方向相同，负值时与参考方向相反。参考方向相同，负值时与参考方向相反。2023年4月1日星期六 14 当t=0时，电流方向如图所示，A-X绕组电流为0，B-Y绕组电流方向为B出Y进，C-Z绕组为C进Z出，由右手螺旋法则，此时电流产生的磁场如图虚线所示。0wt2023年4月1日星期六 15 旋转旋转 2023年4月1日星期六 16 旋转磁场的旋转磁场的转速大小转速大小 分）转/(600fn 一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360。则。则 同步转速（旋转磁场的速度）为：同步转速（旋转磁场的速度）为：A X Y C B Z NSA X Y C B Z SN0n60A X Y C B Z NSAiBiCimIt2023年4月1日星期六 17 极对数（极对数（P）的概念）的概念 BiA X B Y C Z AiCi1p此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：即：A X Y C B Z NS2023年4月1日星期六 18 极对数（极对数（P）的改变）的改变 C Y A B C X Y Z A X B Z AiBiCi 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形 成的磁场则是两对磁极。成的磁场则是两对磁极。X AA X B Y BYC Z CZ2023年4月1日星期六 19 极对数极对数 2pAXX ANSSNZCZCBYBYC Y A B C X Y Z A X B Z AiCiBiAiBiCimIt2023年4月1日星期六 20 XNSASNZBX AYCZBCY0t分）转/(600pfn 60t A0nAZXXCZCSNSN30极对数和转速的关系极对数和转速的关系 AiBiCimIt2023年4月1日星期六 21 三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速 分）转/(600pfn 2p180分）转/(50011p360分）转/(0003极对数极对数 每个电流周期每个电流周期 磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度 同步转速同步转速)50(Hzf 0n3p120分）转/(00012023年4月1日星期六 22（二）转子的转动原理 1、受力分析（1）设某一时刻绕组的电流方向和 合成的磁场方向如图所示，此磁场 以同步转速沿顺时针方向旋转。（2）转子和磁场之间产生相对运动，相当于磁场不动，转子沿逆时针方向 切割磁力线。（3）根据电磁感应原理，转子中产生 感应电动势和感应电流。（4）根据右手定则，转子上半部分感应 电流的方向垂直纸面向外，下半部垂直 纸面向内。（5）感应电流在磁场中受到力的作用，由左手 定则，上半部分线圈受力向右，下半部分受力 向左，导体受力形成顺时针的力矩。2023年4月1日星期六 23 2、电动机转速和旋转磁场同步转速的关系、电动机转速和旋转磁场同步转速的关系 电动机转速电动机转速:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但但 异步异步电动机电动机 0nn无转距无转距 转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动 无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流无转子电流 提示提示：如果如果 0nn 2023年4月1日星期六 24 3、转差率、转差率 的概念：的概念：)(s%10000nnns转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：电动机起动瞬间电动机起动瞬间:1 ,0sn（转差率最大）（转差率最大）运行中异步电动机额定转差率多在2%-6%之间 2023年4月1日星期六 25 旋转方向旋转方向：取决于三相电流的相序。：取决于三相电流的相序。0n0n改变电机的旋转方向：换接其中两相改变电机的旋转方向：换接其中两相 AiBiCimItAiCiBimIt旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向 2023年4月1日星期六 26 方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。反转。正转正转 反转反转 A B C M 3 电电 源源 A B C M 3 电电 源源 2023年4月1日星期六 27 三、单相异步电动机的工作原理三、单相异步电动机的工作原理 以电容分相式异步电动机说明电容分相式异步电动机说明 1、旋转磁场的产生 为了获得所需的起动转矩，单相异步电动为了获得所需的起动转矩，单相异步电动 机的机的定子进行了特殊设计。定子进行了特殊设计。常用的单相异步电常用的单相异步电 动机有电容分相式异步电动机和罩极式异步电动机有电容分相式异步电动机和罩极式异步电 动机。他们都采用鼠笼式转子，但定子结构不动机。他们都采用鼠笼式转子，但定子结构不 同。同。电容分相式异步电动机的定子中放置有两个电容分相式异步电动机的定子中放置有两个 绕组，一个绕组绕组，一个绕组 AA，另一个绕组另一个绕组 BB 串联串联 一个容量合适的电容一个容量合适的电容,两个绕组两个绕组并联接至电源并联接至电源(在在 空间相隔空间相隔90)。两个绕组的电流相位相差近。两个绕组的电流相位相差近90，即可获得所需的旋转磁场。即可获得所需的旋转磁场。电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机 iA S A B B A iB 2023年4月1日星期六 28 电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机 iA S A B B A iB 设两相电流为设两相电流为 tIi sinAmA)90sin(BmB tIi 两相电流两相电流 正弦波形如图所示。正弦波形如图所示。iB iA mIitO 2023年4月1日星期六 29 45t 0 t A B B A o0 t A B B A 90t 0 t A B B A 两相旋转磁场两相旋转磁场 450 900 iB iA mIitO 2023年4月1日星期六 30 S A B B iA iB A 1 2 实现正反转的电路实现正反转的电路 改变电容改变电容C的串联位置，可使的串联位置，可使 单相异步电动机反转。单相异步电动机反转。将开关将开关S合在位置合在位置1，电容，电容C与与 B绕组串联，电流绕组串联，电流 iB较较iA超前近超前近 90；当；当将将S切换到位置切换到位置2，电容，电容 C与与A绕组串联，电流绕组串联，电流iA 较较iB 超超 前近前近90。这样就改变了旋转磁。这样就改变了旋转磁 场的转向，从而实现电动机的场的转向，从而实现电动机的 反转。反转。M 采用这种方法的得到两相电流 2023年4月1日星期六 31 这种电动机，转子转动起来后，利用离心力将开关这种电动机，转子转动起来后，利用离心力将开关S断开断开(S是离心开关是离心开关)，使起动绕组，使起动绕组BB 断电。只有断电。只有A-A定子绕组中通入单相交流电定子绕