三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)及運行詳細分析

本文格式為Word版，下載可任意編輯——三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)及運行詳細分析第九章異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和運行分析

異步電動機也稱感應(yīng)電動機，是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種電機。例如，中小型軋鋼設(shè)備、礦山機械、機床、起重機、鼓風(fēng)機、水泵、以及脫粒、磨粉等農(nóng)副產(chǎn)品用的加工機械，大多采用異步電動機拖動。與其他電動機相比，異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)固耐用、使用便利、運行可靠、效率高、易于制造和維修、價格低廉等大量優(yōu)點。但是，異步電動機的應(yīng)用也有一定的限制，這主要是由其調(diào)速性能差、功率因數(shù)低而引起的。

異步電動機是一種交流電機，它可以是單相的，也可以是三相的。但它的轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率沒有同步電機那樣嚴格不變的關(guān)系。本章將分別介紹三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、運行特性以及單相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理等。

第一節(jié)異步電動機的基本結(jié)構(gòu)、分類及銘牌

一、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)

三相異步電動機由固定的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩個基本部分組成，轉(zhuǎn)子裝在定子內(nèi)腔里，借助軸承被支撐在兩個端蓋上。為了保證轉(zhuǎn)子能在定子內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，定子和轉(zhuǎn)子之間必需有一間隙，稱為氣隙。電機的氣隙是一個十分重要的參數(shù)，其大小及對稱性等對電機的性能有很大影響。圖9-1所示為三相鼠籠式異步電動機的組成部件。

圖9-1三相鼠籠式異步電動機的組成部件

1．定子

定子由定子三相繞組、定于鐵心和機座組成。

定子三相繞組是異步電動機的電路部分，在異步電動機的運行中起著很重要的作用，是把電能轉(zhuǎn)換為機械能的關(guān)鍵部件。定子三相繞組的結(jié)構(gòu)是對稱的，一般有六個出線端U1、U2、V1、V2、W1、W2。置于機座外側(cè)的接線盒內(nèi)，根據(jù)需要接成星形（?）或三角形（?），如圖9一2所示，定子三相繞組的構(gòu)成、連接規(guī)律及其作用將在其次節(jié)專門介紹。

圖9一2三相鼠籠式異步電動機出線端

定子鐵心是異步電動機磁路的一部分，由于主磁場以同步轉(zhuǎn)速相對定子旋轉(zhuǎn)，為減小在鐵心中引起的損耗，鐵心采用0.5mm厚的高導(dǎo)磁電工鋼片疊成，電工鋼片兩面涂有絕緣漆以減小鐵心的渦流損耗。中小型異步電機定子鐵心一般采用整圓的沖片疊成，大型異步電機的定子鐵心一般采用肩型沖片拼成。在每個沖片內(nèi)圓均勻地開槽，使疊裝后的定子鐵心內(nèi)圓均勻地形成大量形狀一致的槽，用以嵌放定子繞組。槽的形狀由電機的容量、電壓及繞組的型式而定。繞組的嵌放過程在電機制造廠中稱為下線。完成下線并進行浸漆處理后的鐵心與繞組成為一個整體一同固定在機座內(nèi)。

機座又稱機殼，它的主要作用是支撐定子鐵心，同時也承受整個電機負載運行時產(chǎn)生的反作用力，運行時由于內(nèi)部損耗所產(chǎn)生的熱量也是通過機座向外散發(fā)。中、小型電機的機座一般采用鑄鐵制成。大型電機因機身較大澆注不便，常用鋼板焊接成型。

2．轉(zhuǎn)子

異步電動機的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組及轉(zhuǎn)軸組成。

轉(zhuǎn)子鐵心也是電機磁路的一部分，也是用電工鋼片疊成。與定子鐵心沖片不同的是，轉(zhuǎn)子鐵心沖片是在沖片的外圓上開槽，疊裝后的轉(zhuǎn)子鐵心外圓柱面上均

勻地形成大量形狀一致的槽，用以放置轉(zhuǎn)子繞組。

轉(zhuǎn)子繞組是異步電動機電路的另一部分，其作用為切割定子磁場，產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電流，并在磁場作用下受力而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。其結(jié)構(gòu)可分為鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組和繞線式轉(zhuǎn)子繞組兩種類型。這兩種轉(zhuǎn)子各自的主要特點是，鼠籠式轉(zhuǎn)子：結(jié)構(gòu)簡單，制造便利，經(jīng)濟耐用；繞線式轉(zhuǎn)子：結(jié)構(gòu)繁雜，價格貴，但轉(zhuǎn)子回路可引人外加電阻來改善起動和調(diào)速性能。

鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組由置于轉(zhuǎn)子槽中的導(dǎo)條和兩端的端環(huán)構(gòu)成。為儉約用鋼和提高生產(chǎn)率，小功率異步電機的導(dǎo)條和端環(huán)一般都是溶化的鋁液一次澆鑄出來的；對于大功率的電機，由于鑄鋁質(zhì)量不易保證，常用銅條插入轉(zhuǎn)子鐵心槽中，再在兩端焊上端環(huán)。鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組自行閉合，不必由外界電源供電，其外形象一個鼠籠，故稱鼠籠式轉(zhuǎn)子，如圖9-3所示。

圖9-3鑄鋁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)（a）鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組；（b）鑄鋁轉(zhuǎn)子

鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組的各相均由單根導(dǎo)條組成，其感應(yīng)電勢不大，加上導(dǎo)條和鐵心疊片之間的接觸電阻較大，所示無需專門把導(dǎo)條和鐵心用絕緣材料分開。

繞線式轉(zhuǎn)子繞組是用絕緣導(dǎo)線組成，嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)的三相對稱繞組。三相一般為星型接法，三根引出線分別接到固定在轉(zhuǎn)軸上并相互絕緣的三個集電環(huán)上，再通過安裝在端蓋上的電刷裝置與集電環(huán)接觸把電流引出來。這種轉(zhuǎn)子的特點是可以通過集電環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子回路中接入附加電阻，用以改善電動機的起動性能，或調(diào)理電動機的轉(zhuǎn)速。有的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機還裝有一種舉刷短路裝置，當電動機起動完畢而又不需要調(diào)理轉(zhuǎn)速時，移動手柄使電刷被舉起而與集電環(huán)脫離接觸，同時使三只集電環(huán)彼此短接起來，這樣可以減少電刷與集電環(huán)間的磨損和摩擦損耗，提高運行可靠性。與鼠籠式轉(zhuǎn)子比較，繞線轉(zhuǎn)子的缺點是結(jié)構(gòu)

繁雜，價格較貴，運行的可靠性也較差。因此，繞線轉(zhuǎn)子異步電動機只用在要求起動電流小、起動轉(zhuǎn)矩大，或需要調(diào)理轉(zhuǎn)速的場合，例如，用來拖動頻繁起動的起重設(shè)備。

轉(zhuǎn)軸是整個轉(zhuǎn)子部件的安裝基礎(chǔ)，又是力和機械功率的傳輸部件，整個轉(zhuǎn)子靠軸和軸承被支撐在定子鐵心內(nèi)腔中。轉(zhuǎn)軸一般由中碳鋼或合金鋼制成。

3．氣隙

異步電機的氣隙是很小的，中小型電機一般為0.2～2mm。氣隙越大，磁阻越大，要產(chǎn)生同樣大小的磁場，就需要較大的勵磁電流。由于氣隙的存在，異步電機的磁路磁阻遠比變壓器為大，因而異步電機的勵磁電流也比變壓器的大得多。變壓器的勵磁電流約為額定電流的3%，異步電機的勵磁電流約為額定電流的30%。勵磁電流是無功電流，因而勵磁電流越大，

功率因數(shù)越低。為提高異步電機的功率因數(shù)，必需減少它的勵磁電流，最有效的方法是盡可能縮短氣隙長度。但是汽隙過小會使裝配困難，還有可能使定、轉(zhuǎn)子在運行時發(fā)生摩擦或碰撞，因此，氣隙的最小值由制造工藝以及運行安全可靠等因素來決定。

4．其他部件

端蓋：安裝在機座的兩端，它的材料加工方法與機座一致，一般為鑄鐵件。端蓋上的軸承室里安裝了軸承來支撐轉(zhuǎn)子，以使定子和轉(zhuǎn)子得到較好的同心度，保證轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)膛里正常運轉(zhuǎn)。端蓋除了起支撐作用外，還起著保護定、轉(zhuǎn)子繞組的作用。

軸承：連接轉(zhuǎn)動部分與不動部分，目前都采用滾動軸承以減少摩擦。軸承端蓋：保護軸承，使軸承內(nèi)的潤滑油不致溢出。風(fēng)扇：冷卻電動機。二、異步電動機的分類

異步電動機按定子相數(shù)可分為三相、單相和兩相異步電動機3類。除約200W以下的電動機多做成單相異步電動機外，現(xiàn)代動力用電動機大多數(shù)都為三相異步電動機。兩相異步電機主要用于微型控制電機。

依照轉(zhuǎn)子型式，異步電機可分為鼠籠型轉(zhuǎn)子和繞線型轉(zhuǎn)子兩大類。鼠籠轉(zhuǎn)子又分為普通鼠籠轉(zhuǎn)子、深槽型鼠籠轉(zhuǎn)子和雙鼠籠轉(zhuǎn)子3種。三相繞線式異步電動

機外形示意圖9-4所示，三相鼠籠式異步電動機外形示意圖如圖9-5所示。

圖9-4三相繞線式異步電動機外形

根據(jù)機殼不同的保護方式，異步電動機可分為開啟式、防護式、封閉式和防爆式等。

防護式異步電動機具有防止外界雜物落入電機內(nèi)的防護裝置，一般在轉(zhuǎn)軸上裝有風(fēng)扇，冷卻空氣進人電機內(nèi)部冷卻定于繞組端部及定子鐵心后將熱量帶出來。JZ系列電動機就是鼠籠式轉(zhuǎn)子防護式異步電動機JR系列電動機是繞線轉(zhuǎn)子防護式異步電動機。

封閉式異步電動機的內(nèi)部和外部的空氣是隔開的。它的冷卻是依靠裝在機殼外面轉(zhuǎn)軸上的風(fēng)扇吹風(fēng)，借機座上的散熱片將電機內(nèi)部發(fā)散出來的熱量帶走。這種電機主要用于塵埃較多的場所，例如