異步電動機(jī)的原理

異步電動機(jī)的原理Part1Part2Part3INDEXPart5三相異步電動機(jī)的作用與分類三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及各部件作用三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動機(jī)的調(diào)速LiCheng7/15Part4三相異步電動機(jī)的工作原理異步電動機(jī)的作用與分類Part1異步電動機(jī)作用：異步電動機(jī)主要用作電動機(jī)，拖動各種生產(chǎn)機(jī)械；它具有結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、價格低廉、運(yùn)行可靠、堅固耐用、運(yùn)行效率較高且使用性強(qiáng)但功率因數(shù)較差。異步電動機(jī)分類：

異步電動機(jī)的種類很多，從不同的角度看，有以下三種分類方法；1）按定子相數(shù)分：

有單相異步電動機(jī)、兩相異步電動機(jī)及三相異步電動機(jī)。2）按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分：

有繞線式異步電動機(jī)和鼠籠式異步電動機(jī)。其中鼠籠式異步電動機(jī)又包括単鼠籠異步電動機(jī)、雙鼠籠異步電動機(jī)及深槽式異步電動機(jī)。3）按有無換向器分：

有無換向器異步電動機(jī)和換向器異步電動機(jī)。4）此外按定子繞組上所加電壓大小分：

有高壓異步電動機(jī)、低壓異步電動機(jī)。從其他角度看，還有高啟動轉(zhuǎn)矩異步電動、高轉(zhuǎn)差率異步電動機(jī)和高轉(zhuǎn)速異步電動機(jī)等等。Part2三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及各部件作用如下圖所示，圖a是一臺鼠籠式三相異步電動機(jī)、圖b的結(jié)構(gòu)圖。它主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，定子、轉(zhuǎn)子中間是氣隙。此外還有端蓋、軸承、機(jī)座、風(fēng)扇等部件。三相鼠籠式異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖三相繞線式異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖圖a圖b異步電動機(jī)的定子異步電動機(jī)的定子由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組三部分組成。定子鐵心：

是電動機(jī)磁路的一部分，裝在機(jī)座里。為了降低定子鐵心里的鐵損耗，定子鐵心用0.5mm厚點的硅鋼片疊壓而成，在硅鋼片的兩面涂上絕緣漆。如圖3定子槽：

在定子鐵心內(nèi)圓上開有槽，槽內(nèi)放置定子繞組（也較電樞繞組）。如圖4氣隙：

異步電動機(jī)的氣隙比同容量的直流電動機(jī)小得多，在中、小型異步電動機(jī)中，氣隙一般為0.2~1.5mm。三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及各部件作用Part2異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子：

異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子式由鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)抽組成的，轉(zhuǎn)子鐵心也是電動機(jī)磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子的槽型又有以下幾種類型如圖a三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及各部件作用Part2圖a轉(zhuǎn)子Part3根據(jù)不同的冷卻方式和保護(hù)方式，異步電動機(jī)有開啟式、防護(hù)式、封閉式、防爆式幾種。防護(hù)式異步電動機(jī)能夠防止外界的雜物落入電機(jī)內(nèi)部，并能在與垂直線程45°的任何方向防止水滴、鐵銷掉入電機(jī)內(nèi)部。這種電機(jī)的冷卻方式是在電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸上裝有風(fēng)扇，冷空氣從端蓋的兩端進(jìn)入電動機(jī)，冷卻定、轉(zhuǎn)子以后再從機(jī)座旁邊出去。

封閉式異步電動機(jī)是電動機(jī)內(nèi)部的空氣和機(jī)殼外面的空氣彼此相互隔開。電動機(jī)內(nèi)部的熱量通過機(jī)殼的外表面散出去。未來提高散熱效果，在電動機(jī)外面的轉(zhuǎn)軸上裝風(fēng)扇和風(fēng)罩，并在機(jī)座的外表面鑄造出許多冷卻片。這種電機(jī)多用在灰塵較多的場所。

防爆式異步電動機(jī)一種全封閉電動機(jī)，它把電動機(jī)內(nèi)部和外界的易燃、易爆氣體隔開，多用于有汽油、酒精、天然氣、煤氣等易燃性氣體場所。異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)Part3三相異步電動機(jī)的銘牌:

用來標(biāo)記電機(jī)的型號及額定的數(shù)據(jù)等。

型號：電機(jī)產(chǎn)品的型號，一般采用大寫印刷體的漢語拼音和阿拉伯?dāng)?shù)字組成。其中漢語拼音是根據(jù)電機(jī)的全名稱選擇有代表意義的漢子，再用該漢子的第一個拼音字母組成。舉例說明如圖a：圖a我國生產(chǎn)的異步電動機(jī)種類很多。下面列出一些常見的產(chǎn)品系列：Y系列為小型鼠籠全封閉自冷式三相異步電動機(jī)，用于金屬切削機(jī)床、通用機(jī)械、礦山機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械等，也可用于拖動靜止負(fù)載或慣性較大的機(jī)械，如壓縮機(jī)、傳送帶、磨床、錘擊機(jī)、小型起重機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械等。

JQ2和JQO2系列：是高啟動轉(zhuǎn)矩異步電動機(jī)，用于啟動靜止負(fù)載和慣性負(fù)載較大的機(jī)械上。JQ2是防護(hù)式，JQO2是封閉式的。

JS系列：是中型防護(hù)式三相鼠籠異步電動機(jī)。

JR系列：是防護(hù)式三相繞線式異步電動機(jī)，用在電源容量小、不用同容量鼠籠式電機(jī)啟動的生產(chǎn)機(jī)械上。

JSL2和JRL2系列：是中型立式水泵用的三相異步電動機(jī)，其中JSL2是鼠籠式，JRL2是繞線式。

JZ2和JZR2系列：是起重和冶金用的三相異步電動機(jī)，JZ2是鼠籠式，JZR2是繞線式。

JD2和JDO2系列：是防護(hù)式和封閉式都速異步電動機(jī)。

BJO2系列：是防爆式鼠籠異步電動機(jī)。

JPZ系列：是旁磁式制動異步電動機(jī)。

JZZ系列：是錐形轉(zhuǎn)子制動異步電動機(jī)。

JZT系列：是電磁調(diào)速異步電動機(jī)。其它類型異步電動機(jī)亦可參閱產(chǎn)品目錄.異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)Part3額定值：

異步電動機(jī)的額定值包含以下內(nèi)容。1）額定功率Pn——指電動機(jī)在額定運(yùn)行時軸上輸出的功率，單位KW2）額定電壓Un——指電動機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)下定子繞組上的線電壓，單位V3）額定電流In——指電動機(jī)在定子繞組上加額定電壓、軸上輸出額定功率是，定子繞組中的線電流，單位為A4）額定頻率F1——我國規(guī)定工業(yè)用電的頻率是50Hz。異步電機(jī)定子邊的量加上1表示，轉(zhuǎn)子邊的量加2表示。5）額定轉(zhuǎn)速nN——指電動機(jī)定子額定頻率的額定電壓，且軸邊輸出額定功率是電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位人r/min6）額定功率因數(shù)cos&——指電機(jī)在額定負(fù)載時，定子邊的功率因數(shù)。7）絕緣等級與溫升——各種絕緣采蓮耐溫的能力的不一樣，按照不同的耐溫能力，絕緣材料科分為一定等級。Part3異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)異步電動機(jī)的工作原理Part41)

旋轉(zhuǎn)磁場

定子三相繞組通入三相交流電即可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)三相電流不斷地隨時間變化時，所建立的合成磁場也不斷地在空間旋轉(zhuǎn)，如下圖a所示。旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與三相電流的相序一致，任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)若定子每相繞組由P個線圈串聯(lián)，繞組的始端之間互差360°/P，將形成P對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。

旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）可用下式表示：圖a定子旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)切割轉(zhuǎn)子繞組，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其方向由“右手螺旋定則”確定。由于轉(zhuǎn)子繞組自身閉合，便有電流流過，并假定電流方向與電動勢方向相同，如右圖：

轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生電磁力，其方向由“左手螺旋定則”判斷。該力對轉(zhuǎn)軸形成轉(zhuǎn)矩(稱電磁轉(zhuǎn)矩)，并可見，它的方向與定子旋轉(zhuǎn)磁場(即電流相序)一致，于是，電動機(jī)在電磁轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動下，順著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，且一定有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。有轉(zhuǎn)速差是異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)的必要條件，異步的名稱也由此而來。異步電動機(jī)的工作原理Part4

圖a電動機(jī)長期穩(wěn)定運(yùn)行時，電磁轉(zhuǎn)矩T和機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2相等，即T=T2。2)

轉(zhuǎn)差率

旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。描述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速相差的程度。三相交流異步電動機(jī)在正常運(yùn)行范圍內(nèi)，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率很小，僅在0．01--0．06之間。異步電動機(jī)的工作原理Part4三相異步電動機(jī)的調(diào)速1)三相異步電動機(jī)的降定子電壓調(diào)速Part5根據(jù)三相異步電動機(jī)降低定子電源電壓的人為機(jī)械特性，在同步轉(zhuǎn)速n1不變的條件下，電磁轉(zhuǎn)矩

降低電源電壓可以降低轉(zhuǎn)速，定子電壓為

Un,U1,U2

(且

)的機(jī)械特性如圖a所示。對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在不同電壓下的穩(wěn)定運(yùn)行點為

A、B、C

；對于泵類負(fù)載，在不同電壓下的穩(wěn)定運(yùn)行點為A

、B

、C

?？梢?，當(dāng)定子電壓降低時，穩(wěn)定運(yùn)行時的轉(zhuǎn)速將降低（

或

）從而實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。變速原理

圖a2)繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速由三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻的人為機(jī)械特性在同步轉(zhuǎn)速n1

和最大轉(zhuǎn)矩T1

不變的條件下，臨界轉(zhuǎn)差率

Sm與轉(zhuǎn)子回路串電阻值

r2+R成正比，即

,改變轉(zhuǎn)子回路串入的電阻值R，可以改變臨界轉(zhuǎn)差率，即降低了轉(zhuǎn)速，其機(jī)械特性如圖a所示。對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

一定時，轉(zhuǎn)子回路串入電阻

R（

）越大，臨界轉(zhuǎn)差率越大（

）,則轉(zhuǎn)速越低（

）,從而實現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。三相異步電動機(jī)的調(diào)速Part5變速原理圖a3)電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速調(diào)速原理及機(jī)械特性電磁轉(zhuǎn)差離合器是一個鼠龍式異步電動機(jī)與負(fù)載之間的互相連接的電器設(shè)備如圖a所示，電磁轉(zhuǎn)差離合器主要由電樞和磁極兩個旋轉(zhuǎn)部分組成，電樞部分與三相異步電動機(jī)相連，是主動部分電樞部分相當(dāng)于由無窮多單元導(dǎo)體組成的鼠籠轉(zhuǎn)子，其中流過的渦流類似于鼠籠式的電流。磁極部分與負(fù)載聯(lián)接是從動部分，磁極上勵磁繞組通過滑環(huán)，電刷與整流裝置連接，由整流裝置提供勵磁電流。電樞通常可以裝鼠籠式繞組，也可以是整塊鑄鋼。電樞與磁極之間有一個很小的氣隙約0.5mm。電磁轉(zhuǎn)差離合器的工作原理與異步電動機(jī)的相似。當(dāng)異步電動機(jī)運(yùn)行時，電樞部分隨異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子同速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為

，轉(zhuǎn)向設(shè)為逆時針方向。若磁極部分的勵磁繞組通入的勵磁電流

時，磁極的磁場為零，電樞與磁極二者之間既無電的聯(lián)系又無磁的聯(lián)系，無電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生，磁極及關(guān)聯(lián)的負(fù)載是不會轉(zhuǎn)動的，這時負(fù)載相當(dāng)于與電機(jī)“離開”。若磁極部分的勵磁繞組通入的勵磁電流

時，磁極部分則產(chǎn)生磁場，磁極與電樞二者之間就有了磁的聯(lián)系。由于電樞與磁極之間有相對運(yùn)動，電樞鼠籠式導(dǎo)體要適應(yīng)電動勢并產(chǎn)生電流，用右手法則可判定適應(yīng)電流的方向如圖b所示。電樞載流導(dǎo)體受磁極的磁場作用產(chǎn)生作用于電樞上的電磁力

和電磁轉(zhuǎn)矩

，用左手定則可以判定

的方向與電樞的旋轉(zhuǎn)方向相反，是制動轉(zhuǎn)矩，它與作用在電樞上三相異步電動機(jī)的調(diào)速Part5的輸入轉(zhuǎn)矩

相平衡。而磁極部分則受到與電樞部分大小相等的，方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，也就是逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩

。在它的作用下，磁極部分的負(fù)載跟隨電樞轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為

，此時負(fù)載相當(dāng)于被“合上”，而且負(fù)載轉(zhuǎn)速

始終小于電動機(jī)轉(zhuǎn)速

,即電樞與磁極之間一定要有轉(zhuǎn)差

。這種基于電磁適應(yīng)原理，使電樞與磁極之間產(chǎn)生轉(zhuǎn)差的設(shè)備稱為電磁轉(zhuǎn)差離合器。由于異步電動機(jī)的固有機(jī)械特性較硬，可以認(rèn)為電樞的轉(zhuǎn)速

是恒定不變的，而磁極的轉(zhuǎn)速

取決與磁極繞組的電流

的大小。只要改變磁極電流

的大小，就可以改變磁場的強(qiáng)弱，則磁極和負(fù)載轉(zhuǎn)速

就不同，從而達(dá)到調(diào)速的目的。(a)

結(jié)構(gòu)圖

(b)

原理圖三相異步電動機(jī)的調(diào)速Part54)繞線式異步電動機(jī)的串級調(diào)速

串級調(diào)速原理前述繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時，在轉(zhuǎn)子回路產(chǎn)生轉(zhuǎn)差功率損耗

，且轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)差率越大，轉(zhuǎn)差功率損耗越大，效率就越低，而且完全消耗在轉(zhuǎn)子電阻上。三相繞線式異步電動機(jī)的串級調(diào)速，就是在轉(zhuǎn)子回路中不串入電阻，而是串入一個可控的轉(zhuǎn)子外加電壓

，其頻率與轉(zhuǎn)子頻率f

相同，其相位與轉(zhuǎn)子電勢

反向或同相。其工作原理圖如圖a所示。其轉(zhuǎn)子一相的等值電路如圖b所示，當(dāng)圖a串級調(diào)速原理圖圖b

轉(zhuǎn)子串電勢等值電路與反相與同相三相異步電動機(jī)的調(diào)速Part5某一瞬間電勢的極性

與

反相或同相時，有轉(zhuǎn)子回路電流為式中“–”號表示

與

反相，“+”號表示

與

同相。異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T為在負(fù)載轉(zhuǎn)矩

Tl一定的條件下，若轉(zhuǎn)子串入

與

反相，則直到

，這時電動機(jī)就減速到一定的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行，而提供

的裝置通過轉(zhuǎn)子電路吸收電能。同理，若轉(zhuǎn)子串入

與

同相，可分析