異步電機(jī)基本結(jié)構(gòu)和原理

異步電機(jī)基本結(jié)構(gòu)和原理第一頁，共三十四頁，2022年，8月28日第十五章三相異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理第十六章三相異步電動機(jī)的運(yùn)行原理第十七章異步電動機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩和運(yùn)行特性第十八章三相異步電動機(jī)的起動第十九章三相異步電動機(jī)的調(diào)速第二十章異步電機(jī)的其它運(yùn)行方式第二十一章單相異步電動機(jī)第三篇異步電機(jī)第二頁，共三十四頁，2022年，8月28日

1.了解三相異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、應(yīng)用和分類

2.掌握三相異步電動機(jī)的基本工作原理

3.掌握轉(zhuǎn)差率和額定值的計算

4.掌握異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)及其判別方法

本章基本要求基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理第三頁，共三十四頁，2022年，8月28日概述異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)異步電機(jī)的工作原理和三種運(yùn)行狀態(tài)異步電動機(jī)的額定值主要內(nèi)容基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理第四頁，共三十四頁，2022年，8月28日異步電機(jī)：異步電機(jī)是一種與同步電機(jī)相對應(yīng)的交流電機(jī)。因其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子電流所產(chǎn)生的磁場轉(zhuǎn)速不同，而稱為異步電機(jī)。又因其定、轉(zhuǎn)子之間沒有電的直接聯(lián)系，是借助于定、轉(zhuǎn)子之間的電磁感應(yīng)作用實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的，故又稱為感應(yīng)電機(jī)。應(yīng)用：主要用作電動機(jī)，是工業(yè)生產(chǎn)的主要動力。工業(yè)——風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、軋機(jī)、起重機(jī)、機(jī)床、輕工及礦山機(jī)械；農(nóng)業(yè)——水泵、脫粒機(jī)、粉碎機(jī)和農(nóng)副產(chǎn)品加工機(jī)械；

交通——電力機(jī)車和電動汽車；

日用——電扇、洗衣機(jī)、電冰箱和各種醫(yī)療機(jī)械（單相）。15.1概述基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理第五頁，共三十四頁，2022年，8月28日優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價格低廉、運(yùn)行可靠、使用及維護(hù)方便、堅固耐用、運(yùn)行效率較高和適用的工作特性。缺點(diǎn):

（1）目前還不能經(jīng)濟(jì)地在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速；（2）需要從電網(wǎng)吸收感性的無功功率，以建立磁場，因而功率因數(shù)較差，總小于1。

基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理第六頁，共三十四頁，2022年，8月28日15.2異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)分類：異步電機(jī)按相數(shù)分按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分單相異步電機(jī)三相異步電機(jī)基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理繞線型異步電機(jī)鼠籠型異步電機(jī)第七頁，共三十四頁，2022年，8月28日異步電機(jī)實(shí)物圖：單相異步電機(jī)三相異步電機(jī)基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理第八頁，共三十四頁，2022年，8月28日基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理繞線型異步電機(jī)鼠籠型異步電機(jī)第九頁，共三十四頁，2022年，8月28日基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理感應(yīng)電機(jī)定子繞組定子鐵心轉(zhuǎn)子機(jī)座轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子繞組定子結(jié)構(gòu)組成氣隙鼠籠型繞線型第十頁，共三十四頁，2022年，8月28日一、定子基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理11

1.定子鐵心作用—主磁路的一部分，放置定子繞組。構(gòu)成—0.5mm厚的硅鋼片疊成圓柱體；內(nèi)圓沖有若干均勻分布的形狀相同的槽第十一頁，共三十四頁，2022年，8月28日定子槽形基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理12

半閉口槽—小型異步電機(jī)，繞組用圓導(dǎo)線繞成。半開口槽—低壓中型異步電機(jī)，繞組是成型線圈。開口槽—高壓大中型異步電機(jī)，繞組是用絕緣帶包扎并浸漆處理過的成型線圈第十二頁，共三十四頁，2022年，8月28日基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理2.定子繞組作用—構(gòu)成電路部分，感應(yīng)電動勢，通過電流，建立旋轉(zhuǎn)磁場，以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。構(gòu)成—銅線圈。小型異步機(jī)采用單層；大、中型異步機(jī)采用雙層短距。

第十三頁，共三十四頁，2022年，8月28日基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理定子繞組聯(lián)接方式

星形（Y）接法和三角形（△）接法

U1V1W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2D聯(lián)結(jié)Y聯(lián)結(jié)第十四頁，共三十四頁，2022年，8月28日基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理3.機(jī)座（機(jī)殼）作用—固定和支撐定子鐵心，承受運(yùn)行中的各種作用力，散熱。構(gòu)成—鑄鐵或鋼板焊接而成。

第十五頁，共三十四頁，2022年，8月28日基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理二、轉(zhuǎn)子1.轉(zhuǎn)子鐵心作用—主磁路的一部分，放置轉(zhuǎn)子繞組。構(gòu)成—0.5mm厚硅鋼片疊成，外圓周沖有若干均勻分布形狀相同的槽。

轉(zhuǎn)子槽:槽形的選擇主要取決于對運(yùn)行性能和起動性能的要求。第十六頁，共三十四頁，2022年，8月28日基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理2.轉(zhuǎn)子繞組作用—構(gòu)成電路部分。感應(yīng)電動勢、流過電流和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。構(gòu)成—鑄鋁，銅條焊接，銅繞組。結(jié)構(gòu)型式—鼠籠型繞組和繞線型繞組。（1）鼠籠型轉(zhuǎn)子繞組：由轉(zhuǎn)子槽中的導(dǎo)條和兩側(cè)的短路端環(huán)構(gòu)成，如果去掉轉(zhuǎn)子鐵心，剩余的轉(zhuǎn)子繞組就像一個松鼠籠子。一般為鋁澆鑄的，對中大型電機(jī)為減小損耗、提高效率，往往采用銅條焊接而成。鼠籠型轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)示意圖第十七頁，共三十四頁，2022年，8月28日基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理繞線型轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)示意圖

（2）繞線型轉(zhuǎn)子繞組：與定子繞組結(jié)構(gòu)類似，三個出線端子接到固定在轉(zhuǎn)軸上的三滑環(huán)上，通過電刷引出，與外電路接通。特點(diǎn)是可以在轉(zhuǎn)子繞組中串入附加電阻，來改善電機(jī)的起動性能或調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。第十八頁，共三十四頁，2022年，8月28日基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理3.轉(zhuǎn)軸作用—支撐轉(zhuǎn)子鐵心，輸出、輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩構(gòu)成—鋼。4.轉(zhuǎn)子整體第十九頁，共三十四頁，2022年，8月28日基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理三、氣隙

定、轉(zhuǎn)子之間的間隙，也是主磁路的組成部分。氣隙大小對異步電機(jī)的性能影響很大。為了減小主磁路的磁阻，降低激磁電流，提高功率因數(shù)，氣隙應(yīng)盡可能小。異步電機(jī)氣隙長度應(yīng)為定、轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中不發(fā)生機(jī)械摩擦所允許的最小值。中、小型異步電機(jī)中，氣隙長度一般為0.2～1.0mm。第二十頁，共三十四頁，2022年，8月28日三相異步電機(jī)主要部件拆分圖基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理第二十一頁，共三十四頁，2022年，8月28日三相異步電機(jī)整體圖基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理第二十二頁，共三十四頁，2022年，8月28日15.3工作原理和三種運(yùn)行狀態(tài)一、轉(zhuǎn)動原理基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理原理—定子接三相對稱電源，繞組中流過三相對稱電流，氣隙中建立基波旋轉(zhuǎn)磁動勢，產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)速為同步速。這個同步速的氣隙磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的電流；轉(zhuǎn)子繞組在磁場中受到電磁力矩作用，在這個力矩驅(qū)動下，轉(zhuǎn)子與磁場同方向旋轉(zhuǎn)。概述—異步電機(jī)類似于變壓器，定子繞組相當(dāng)于原繞組，轉(zhuǎn)子繞組副繞組，通過電磁感應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。所不同的是變壓器的磁場為脈振磁場；異步電機(jī)氣隙中的磁場為旋轉(zhuǎn)磁場。兩極異步電動機(jī)示意圖（圖中氣隙磁場形象地用N、S來表示）小結(jié)—異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)速，且與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向相同。改變相序可以改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向。第二十三頁，共三十四頁，2022年，8月28日二、轉(zhuǎn)差率基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理背景—異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電動勢和電流取決于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差，因此分析異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化時，常不直接用轉(zhuǎn)速，而用轉(zhuǎn)差率來表示。定義—同步速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與同步速之比值稱為轉(zhuǎn)差率（也稱滑差），以表示，即重要數(shù)據(jù)—空載轉(zhuǎn)差率小于0.5%，滿載轉(zhuǎn)差率小于5%其中第二十四頁，共三十四頁，2022年，8月28日三、三種運(yùn)行狀態(tài)基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理

異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子可以是帶負(fù)載機(jī)械，也可以是由原動機(jī)驅(qū)動，在不同的外部條件下，異步電機(jī)將運(yùn)行于不同的轉(zhuǎn)速和不同的轉(zhuǎn)差率，對應(yīng)不同的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)轉(zhuǎn)差率的正負(fù)和大小，異步電機(jī)分別對應(yīng)于電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、電磁制動三種不同的運(yùn)行狀態(tài)。第二十五頁，共三十四頁，2022年，8月28日基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理1.電動機(jī)運(yùn)行（0<n<n1或1>s>0）分析：據(jù)相對運(yùn)動方向，用右手定則確定e1,e2的方向；i2a與e2同方向，i1a與i2a相反方向（磁勢平衡）；由左手定則確定f方向，TM方向；TM與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向一致，驅(qū)動轉(zhuǎn)子運(yùn)動，克服T2輸出機(jī)械功率；定子上：i1a與e1方向相反，電功率e1i1a為負(fù)，表示吸收電功率。第二十六頁，共三十四頁，2022年，8月28日基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子側(cè)：TM與n同轉(zhuǎn)向，TM為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，TMΩ>0，發(fā)出機(jī)械功率定子側(cè)：e1與i1的有功電流i1a反方向，e1·i1a<0，吸收電功率吸收電功率?發(fā)出機(jī)械功率：電動機(jī)運(yùn)行第二十七頁，共三十四頁，2022年，8月28日基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理2.發(fā)電機(jī)運(yùn)行（n>n1或s<0）分析：據(jù)相對運(yùn)動方向，用右手定則確定e1，e2的方向；i2a與e2同方向，i1a與i2a相反方向（磁勢平衡）；由左手定則確定f方向，TM方向；TM與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反，阻止轉(zhuǎn)子運(yùn)動，原動機(jī)克服反轉(zhuǎn)矩輸入機(jī)械功率；定子上：i1a與e1方向相同，電功率e1i1a為正，表示輸出電功率。第二十八頁，共三十四頁，2022年，8月28日基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子側(cè)：TM與n反轉(zhuǎn)向，TM為制動轉(zhuǎn)矩，TMΩ<0，吸收機(jī)械功率定子側(cè)：e1與i1的有功電流i1a同方向，e1·i1a>0，發(fā)出電功率吸收機(jī)械功率?發(fā)出電功率：發(fā)電機(jī)第二十九頁，共三十四頁，2022年，8月28日基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理3.電磁制動運(yùn)行(n<0或s>1

)分析：據(jù)相對運(yùn)動方向，用右手定則確定e1，e2的方向；i2a與e2同方向，i1a與i2a相反方向（磁勢平衡）；由左手定則確定f方向，TM方向；TM與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動相反，阻止轉(zhuǎn)子運(yùn)動；定子上：i1a與e1方向相反，電功率e1i1a為負(fù)，表示吸收電功率，且變?yōu)閮?nèi)部的熱能。第三十頁，共三十四頁，2022年，8月28日基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子側(cè)：TM與n反轉(zhuǎn)向，TM為制動轉(zhuǎn)矩，TMΩ<0，吸收機(jī)械功率定子側(cè)：e1與i1的有功電流i1a反方向，e1·i1a<0，吸收電功率吸收電功率＋吸收機(jī)械功率?轉(zhuǎn)子電阻熱損耗：電磁制動狀態(tài)第三十一頁，共三十四頁，2022年，8月28日基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理狀態(tài)發(fā)電機(jī)電磁制動n與s關(guān)系n<n10<s<1n>n1s<0n與n1反向，n<0,s>1E1的性質(zhì)反電動勢電源電動勢反電動勢T的性質(zhì)電磁驅(qū)動力矩電磁阻力矩電磁阻力矩能量轉(zhuǎn)換電能→機(jī)械能原動機(jī)機(jī)械能→電能電能+機(jī)械能→內(nèi)部損耗（短路）電動機(jī)第三十二頁，共三十四頁，2022年，8月28日15.4異步電動機(jī)的額定值基本結(jié)構(gòu)和基本工作原理額定值5）額定功率因數(shù)指電動機(jī)在額定負(fù)載時定子側(cè)的功率因數(shù)；1）額定功率（kW）指額定運(yùn)行時轉(zhuǎn)軸上的輸出機(jī)械功率。2）額定電壓（V）指加在繞組上的線電壓；3）額定電流（A）