第九章異步電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行分析

第一節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、分類(lèi)及銘牌第二節(jié)交流繞組第三節(jié)交流繞組的電勢(shì)和磁勢(shì)第四節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理及運(yùn)行分析第五節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動(dòng)第一節(jié)基本結(jié)構(gòu)、分類(lèi)及銘牌一、三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)由固定的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩個(gè)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(gè)端蓋上。為了保證轉(zhuǎn)子能在定子內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，定子和轉(zhuǎn)子之間必須有一間隙，稱為氣隙。

１．定子定子由定子三相繞組、定于鐵心和機(jī)座組成。定子三相繞組是異步電動(dòng)機(jī)的電路部分，在異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行中起著很重要的作用，是把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的關(guān)鍵部件。定子三相繞組的結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，一般有六個(gè)出線置于機(jī)座外側(cè)的接線盒內(nèi)，根據(jù)需要接成星形或三角形第一節(jié)基本結(jié)構(gòu)、分類(lèi)及銘牌２．轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)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(jī)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(kāi)槽，疊裝后的轉(zhuǎn)子鐵心外圓柱面上均勻地形成許多形狀相同的槽，用以放置轉(zhuǎn)子繞組。

轉(zhuǎn)子繞組是異步電動(dòng)機(jī)電路的另一部分，其作用為切割定子磁場(chǎng)，產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電流，并在磁場(chǎng)作用下受力而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。

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。第一節(jié)基本結(jié)構(gòu)、分類(lèi)及銘牌鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組的各相均由單根導(dǎo)條組成，其感應(yīng)電勢(shì)不大，加上導(dǎo)條和鐵心疊片之間的接觸電阻較大，所示無(wú)需專(zhuān)門(mén)把導(dǎo)條和鐵心用絕緣材料分開(kāi)。

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(duì)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)軸上并互相絕緣的三個(gè)集電環(huán)上，再通過(guò)安裝在端蓋上的電刷裝置與集電環(huán)接觸把電流引出來(lái)。轉(zhuǎn)軸是整個(gè)轉(zhuǎn)子部件的安裝基礎(chǔ)，又是力和機(jī)械功率的傳輸部件，整個(gè)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。

第一節(jié)基本結(jié)構(gòu)、分類(lèi)及銘牌３．氣隙異步電機(jī)的氣隙是很小的，中小型電機(jī)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(chǎng)，就需要較大的勵(lì)磁電流。由于氣隙的存在，異步電機(jī)的磁路磁阻遠(yuǎn)比變壓器為大，因而異步電機(jī)的勵(lì)磁電流也比變壓器的大得多。變壓器的勵(lì)磁電流約為額定電流的３％，異步電機(jī)的勵(lì)磁電流約為額定電流的３０％。勵(lì)磁電流是無(wú)功電流，因而勵(lì)磁電流越大，功率因數(shù)越低。為提高異步電機(jī)的功率因數(shù)，必須減少它的勵(lì)磁電流，最有效的方法是盡可能縮短氣隙長(zhǎng)度。但是氣隙過(guò)小會(huì)使裝配困難，還有可能使定、轉(zhuǎn)子在運(yùn)行時(shí)發(fā)生摩擦或碰撞，因此，氣隙的最小值由制造工藝以及運(yùn)行安全可靠等因素來(lái)決定。第一節(jié)基本結(jié)構(gòu)、分類(lèi)及銘牌４．其他部件端蓋：安裝在機(jī)座的兩端，它的材料加工方法與機(jī)座相同，一般為鑄鐵件。端蓋上的軸承室里安裝了軸承來(lái)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(yùn)轉(zhuǎn)。端蓋除了起支撐作用外，還起著保護(hù)定、轉(zhuǎn)子繞組的作用。軸承：連接轉(zhuǎn)動(dòng)部分與不動(dòng)部分，目前都采用滾動(dòng)軸承以減少摩擦。軸承端蓋：保護(hù)軸承，使軸承內(nèi)的潤(rùn)滑油不致溢出。

風(fēng)扇：冷卻電動(dòng)機(jī)

第一節(jié)基本結(jié)構(gòu)、分類(lèi)及銘牌二、異步電動(dòng)機(jī)的分類(lèi)異步電動(dòng)機(jī)按定子相數(shù)可分為三相、單相和兩相異步電動(dòng)機(jī)３類(lèi)現(xiàn)代動(dòng)力用電動(dòng)機(jī)大多數(shù)都為三相異步電動(dòng)機(jī)。

按照轉(zhuǎn)子型式，異步電機(jī)可分為鼠籠型轉(zhuǎn)子和繞線型轉(zhuǎn)子兩大類(lèi)。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。根據(jù)機(jī)殼不同的保護(hù)方式，異步電動(dòng)機(jī)可分為開(kāi)啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式等。

防護(hù)式異步電動(dòng)機(jī)具有防止外界雜物落人電機(jī)內(nèi)的防護(hù)裝置封閉式異步電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部和外部的空氣是隔開(kāi)的

防爆式異步電動(dòng)機(jī)為全封閉式，它將內(nèi)部與外界的易燃、易爆性氣體隔離。

第一節(jié)基本結(jié)構(gòu)、分類(lèi)及銘牌三、異步電動(dòng)機(jī)的銘牌和額定值

每臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)機(jī)殼上都裝有銘牌，把它的運(yùn)行額定值印刻在上面異步電動(dòng)機(jī)的額定值主要有：（１）額定功率（２）定子額定電壓（３）定子額定電流（４）額定轉(zhuǎn)速（５）額定頻率第一節(jié)基本結(jié)構(gòu)、分類(lèi)及銘牌

除上述數(shù)據(jù)外，銘牌上有時(shí)還標(biāo)明定子相數(shù)和繞組接法、額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的功率因數(shù)、效率、溫升或絕緣等級(jí)、定額等。繞組接法：三相異步電動(dòng)機(jī)的定于繞組可接成星形或三角形，視額定電壓和電源電壓的配合情況而定。溫升：指電機(jī)按規(guī)定方式運(yùn)行時(shí)，繞組容許的溫度升高，即繞組的溫度比周?chē)諝鉁囟雀叱龅臄?shù)值。

容許溫升的高低取決于電機(jī)所使用的絕緣材料。定額：我國(guó)電機(jī)的定額分為３類(lèi)，即連續(xù)定額、短時(shí)定額和斷續(xù)定額。第二節(jié)交流繞組三相異步電動(dòng)機(jī)的交流繞組是由許多嵌放在走子鐵心槽中的線圈按照一定的規(guī)律分布、排列并連接而成的。一、交流繞組概述交流繞組是把屬于同相的導(dǎo)體繞成線圈，再按照一定的規(guī)律，將線圖串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)。交流繞組通常都繞成開(kāi)啟式，每相繞組的始端和終端都引出來(lái)，以便于接成星形或三角形。第二節(jié)交流繞組1.繞組的基本術(shù)語(yǔ)（１）線圈、線圈組、繞組線圈也稱繞組元件，是構(gòu)成繞組的最基本單元，它是用絕緣導(dǎo)線按一定形狀繞制而成的，可由一匝或多匝組成；多個(gè)線圈連成一組就稱為線圈組；由多個(gè)線圈或線圈組按照一定規(guī)律連接在一起就形成了繞組（２）極距τ極距是指交流繞組一個(gè)磁極所占有定子圓周的距離，一般用定子槽數(shù)來(lái)表示。

（３）線圈節(jié)距Ｙ一個(gè)線圈的兩個(gè)有效邊所跨定于圓周的距離稱為節(jié)距，一般也用定于槽數(shù)來(lái)表示。第二節(jié)交流繞組（４）機(jī)械角度和電角度一個(gè)圓周所對(duì)應(yīng)的幾何角度為３６０ｏ，該幾何角度就稱為機(jī)械角度。

每極每相槽數(shù)ｑ是指每相繞組在每個(gè)磁極下占的槽數(shù)（５）每極每相槽數(shù)ｑ（６）相距角α槽距角是指相鄰的兩個(gè)槽之間的電角度。

（７）極相組極相組是指一個(gè)磁極下屬于同一相的線圈按一定方式串聯(lián)成的線圈組。第二節(jié)交流繞組２．交流繞組的基本要求（１）在一定的導(dǎo)體數(shù)下，繞組的合成電勢(shì)和磁勢(shì)在波形上應(yīng)盡可能為正弦波，在數(shù)值上盡可能大，而繞組的損耗要小，用鋼量要省。（２）對(duì)三相繞組，各相的電勢(shì)和磁勢(shì)要求對(duì)稱而各相的電阻和電抗都相同。為此必須保證各繞組所用材料、形狀、尺寸及匝數(shù)都相同且各相繞組在空間的分布應(yīng)彼此相差１２０°電角度。（３）繞組的絕緣和機(jī)械強(qiáng)度要可靠，散熱條件要好。（４）制造、安裝、檢修要方便。

第二節(jié)交流繞組３．三相交流繞組的分布、排列與連接要求（1）各相繞組在每個(gè)磁極下應(yīng)均勻分布，以達(dá)到磁場(chǎng)的對(duì)稱。（２）各相繞組的電源引出線應(yīng)彼此相隔１２０°電角度。３）同一相繞組的各個(gè)有效邊在同性磁極下的電流方向應(yīng)相同，而在異性磁極下的電流方相反。（４）同相線圈之間的連接應(yīng)順著電流方向進(jìn)行。第二節(jié)交流繞組４．交流繞組的分類(lèi)按槽內(nèi)層數(shù)來(lái)分，可分為單層繞組、雙層繞組和單雙層混合繞組；按每極每相所占的槽數(shù)來(lái)分，可分為整數(shù)槽繞組和分?jǐn)?shù)槽繞組；按繞組的結(jié)構(gòu)形狀來(lái)分，可分為鏈?zhǔn)嚼@組、交叉式繞、同心式繞組、疊繞組和波繞組等。第三節(jié)交流繞組的電勢(shì)和磁勢(shì)一、三相定子繞組的電勢(shì)

根據(jù)電磁感應(yīng)定律可以證明，三相異步電動(dòng)機(jī)定于繞組的相電勢(shì)Ｅ1為：E1=4.44f1N1Φmkykq=4.44f1N1Φmkw繞組系數(shù)：kw=kykq

Ky稱為節(jié)距因數(shù)Ｋq稱為分布因數(shù)第三節(jié)交流繞組的電勢(shì)和磁勢(shì)二、三相定子繞組的磁勢(shì)

１．單相繞組的磁勢(shì)

在三相定子繞組中通人三相正弦波的電流，則三相定子繞組中的每一個(gè)單相繞組所產(chǎn)生的磁勢(shì)為脈動(dòng)磁勢(shì)。可以證明，單相繞組脈動(dòng)磁勢(shì)

的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以寫(xiě)成

為磁勢(shì)的幅值;Ｘ為空間坐標(biāo);t為時(shí)間坐標(biāo)；

為繞組中正弦交流電的角頻率?？梢宰C明，單相繞組脈動(dòng)磁勢(shì)的幅值

=說(shuō)明單相統(tǒng)組脈動(dòng)磁勢(shì)的幅值與繞組中的電流Ｉ成正比，與相繞組總的串聯(lián)匝數(shù)Ｎｌ成正比，與繞組因數(shù)、成正比，與電機(jī)的極對(duì)數(shù)p成反比。

第三節(jié)交流繞組的電勢(shì)和磁勢(shì)２．三相繞組的磁勢(shì)三相繞組由３個(gè)單相繞組組成，這三個(gè)單相繞組分別產(chǎn)生脈動(dòng)磁勢(shì)。在三相異步電動(dòng)機(jī)中，３個(gè)單相繞組是對(duì)稱的，即Ｕ、Ｖ、Ｗ三相繞組在空間互相間隔的距離為１２０°電角度。電機(jī)在對(duì)稱運(yùn)行時(shí)，通人三相繞組中的三相電流亦是對(duì)稱的，即其幅值相等，在時(shí)間相位上互差１２０°電角度，即第三節(jié)交流繞組的電勢(shì)和磁勢(shì)因此，Ｕ、Ｖ、Ｗ三相繞組的磁勢(shì)分別為把分別進(jìn)行分解第三節(jié)交流繞組的電勢(shì)和磁勢(shì)把上述３個(gè)公式相加，可知前三相余弦互相托加，后三相之和為零。故三相合成磁勢(shì)為上式表明，當(dāng)三相對(duì)稱電流流過(guò)三相對(duì)稱繞組時(shí)，三相繞組的合成磁勢(shì)為一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)。圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的幅值為單相繞組脈動(dòng)磁勢(shì)幅值的１．５倍，其旋轉(zhuǎn)速度稱為同步轉(zhuǎn)速，用ｎ1；來(lái)表示，其計(jì)算公式為：

第三節(jié)交流繞組的電勢(shì)和磁勢(shì)三相繞組合成磁勢(shì)具有以下性質(zhì)：（1）三相合成磁勢(shì)在任何瞬間保持著恒定的振幅，它是單相脈振磁勢(shì)振幅的１．５倍；（２）三相繞組合成磁勢(shì)的轉(zhuǎn)速僅決定于電流的頻率和電機(jī)的極對(duì)數(shù)；（３）當(dāng)某相電流達(dá)到最大值時(shí)，合成磁勢(shì)波的波幅就與該相繞組的軸線重合；（４）合成磁勢(shì)的旋轉(zhuǎn)方向決定于電流的相序。第四節(jié)工作原理及運(yùn)行分析１．三相異步電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行三相電流流入三相定于繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，并在氣隙中產(chǎn)生相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體時(shí)，在其中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中有電流流過(guò)。其方向可利用右手定則判斷。轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速ｎ旋轉(zhuǎn)，從而把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。當(dāng)異步電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，為了克服負(fù)載的阻力轉(zhuǎn)矩，三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速ｎ總是略低于同步轉(zhuǎn)速n1，以便氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)能夠切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體而在其中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和感應(yīng)電流，從而能夠產(chǎn)生足夠的電磁轉(zhuǎn)矩來(lái)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。可見(jiàn)，異步電機(jī)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的必要條件是，磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速ｎｌ和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ｎ不相等第四節(jié)工作原理及運(yùn)行分析把同步轉(zhuǎn)速n１和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ｎ的差值稱為轉(zhuǎn)差，轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速ｎｌ的比值稱為轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)差率用s來(lái)表示，即轉(zhuǎn)差率是異步電機(jī)的一個(gè)基本變量，它可以表示異步電機(jī)的各種不同運(yùn)行狀態(tài)。（1）在電機(jī)剛起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ｎ=0，則ｓ＝1（2）隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ｎ的上升，轉(zhuǎn)差率ｓ減小三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可用轉(zhuǎn)差率來(lái)計(jì)算ｎ＝（1—s）ｎ1第四節(jié)工作原理及運(yùn)行分析2．三相異步電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行3．三相異步電機(jī)在制動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行在這種情況下，它一方面消耗原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率，同時(shí)也從電網(wǎng)吸收了電功率，這兩部分功率均變?yōu)槿喈惒诫妱?dòng)機(jī)內(nèi)部的損耗。在3種運(yùn)行狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）不同，因而稱為異步電機(jī)。又由于異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組并不直接與電源相接，而是依靠電磁感應(yīng)的原理來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，因而異步電機(jī)又稱為感應(yīng)電機(jī)。第四節(jié)工作原理及運(yùn)行分析二、三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系

第四節(jié)工作原理及運(yùn)行分析三、三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性

1.轉(zhuǎn)速特性

2.轉(zhuǎn)矩特性3.定子電流特性4.功率因數(shù)特性5.效率特性第四節(jié)工作原理及運(yùn)行分析四、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)的外加定子電壓及頻率不變，轉(zhuǎn)差率S變化時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T的變化規(guī)律曲線T=f(s)稱為機(jī)械特性第五節(jié)起動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動(dòng)一、三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)是指從電動(dòng)機(jī)接人電網(wǎng)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)正常運(yùn)轉(zhuǎn)為止的這一過(guò)程（1）起動(dòng)電流盡可能?。唬?）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要足夠大；（3）起動(dòng)所需用的設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、操作方便；（4）起動(dòng)過(guò)程中的功率損耗要盡量小。

1.小容量電動(dòng)機(jī)空載或輕載起動(dòng)一直接起動(dòng)

2.中、大容量電動(dòng)機(jī)空載或輕載起動(dòng)一降壓起動(dòng)

3.小容量電動(dòng)