第五章异步电动机

1、1、 定子定子 定子主要用来产生旋转磁场定子主要用来产生旋转磁场, ,它由定子它由定子铁心、铁心、 定子绕组、定子绕组、 机座等组成。机座等组成。异步电动机基本构成异步电动机基本构成定定 子子转转 子子气气 隙隙（1）. 机壳机壳 机壳包括端盖和机座，其作用是支承机壳包括端盖和机座，其作用是支承定子铁心和固定整个电机。中小型电机机定子铁心和固定整个电机。中小型电机机座一般采用铸铁铸造座一般采用铸铁铸造,大型电机机座用钢板大型电机机座用钢板焊接而成。焊接而成。 端盖多用铸铁铸成，用螺栓固端盖多用铸铁铸成，用螺栓固定在机座两端。定在机座两端。（2）. 定子铁心定子铁心 定子铁心是磁路的一部分定子铁

2、心是磁路的一部分,为了降低铁心损为了降低铁心损耗耗,采用采用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，硅钢片间厚的硅钢片叠压而成，硅钢片间彼此绝缘。铁心内圆周上分布有若干均匀的平彼此绝缘。铁心内圆周上分布有若干均匀的平行槽，用来嵌放定子绕组。行槽，用来嵌放定子绕组。定子的硅钢片定子的硅钢片（3）. 定子绕组定子绕组 定子绕组是电机定子的电路部分，用定子绕组是电机定子的电路部分，用绝缘铜线或铝线绕制而成。三相绕组对称绝缘铜线或铝线绕制而成。三相绕组对称地嵌放在定子槽内。地嵌放在定子槽内。 三相异步电动机定三相异步电动机定子绕组的三个首端子绕组的三个首端U1、V1、W1和三个末和三个末端端U2、V2、W2，都

3、从机座上的接线盒中，都从机座上的接线盒中引出。三相绕组具体采用星形接法还是三引出。三相绕组具体采用星形接法还是三角形接法，应视电力网的线电压和各相绕角形接法，应视电力网的线电压和各相绕组的工作电压而定。组的工作电压而定。定子线圈2、转子、转子 转子主要用来产生旋转力矩，拖动生转子主要用来产生旋转力矩，拖动生产机械旋转。转子由转轴、转子铁心、转产机械旋转。转子由转轴、转子铁心、转子绕组构成。子绕组构成。 （1）. 转轴转轴 转轴用来固定转子转轴用来固定转子铁心和传递功率，铁心和传递功率， 一一般用中碳钢制成。般用中碳钢制成。 转子绕组转子绕组（2）. 转子绕组转子绕组1） 鼠笼式转子鼠笼式转子

4、鼠笼式转子是由安放在转子铁心槽内的裸导体鼠笼式转子是由安放在转子铁心槽内的裸导体和两端的短路环连接而成的。转子绕组就像一个鼠和两端的短路环连接而成的。转子绕组就像一个鼠笼形状故称其为鼠笼式转子。笼形状故称其为鼠笼式转子。鼠笼绕组鼠笼绕组鼠笼转子鼠笼转子3. 转子铁心转子铁心 转子铁心也属于磁路的一部分，转子铁心也属于磁路的一部分， 也用也用0.5mm的硅钢的硅钢片叠压而成。转子铁心固定在转轴上，其外圆均匀分布的片叠压而成。转子铁心固定在转轴上，其外圆均匀分布的槽是用来放置转子绕组的。槽是用来放置转子绕组的。 转子的硅钢片转子的硅钢片 2） 绕线式转子绕线式转子 绕线式电动机绕线式电动机 1、异

5、步电动机额定值、异步电动机额定值（1）额定功率：指额定运行时输出的机械功率，单位为瓦（W）或千瓦 （kW）；（2）定子额定电压：指额定运行状态下定子绕组应加的线电压，单位为伏（V）或千伏（kV）；（3）定子额定电流：指额定电压和额定功率下运行时的定子绕组线电流，单位为安（A）或千安（kA）；（4）额定功率：指电动机供电电压的频率。我国规定工频为50赫兹（Hz）；（5）额定转速：指电机额定运行时的转速，单位为 转/分（r/min）。对于三相异步电动机，额定功率为NNNNNIUPcos32、国产异步电机的主要系列、国产异步电机的主要系列异步电动机基本系列为J2、JO2系列，采用了E级绝缘；1979

6、年开始进行了 Y系列电动机的统一设计，采用B级别绝缘，性能良好，运行可靠；上世纪90年代，又设计了替代Y系列电动机的Y2系列，目前已经完成了Y3系列的设计，Y3系列电机全部采用冷轧硅钢片，具有效率高、噪音低、起动性能好等优点。 3、异步电动机的分类、异步电动机的分类按定子相数的不同，可分为单相异步电动机和三相异步电动机；按转子结构不同，可分为鼠笼式（普通鼠笼、深槽鼠笼、双鼠笼）异步电动机和绕线式异步电动机；按防护方式的不同，可分为开启式、封闭式，防爆式等；按电机的容量的大小，可分为微型、小型、中型和大型。交流绕组是将属于同一相的导体串联起来绕成线圈，再按一定规律将线圈串联或并联起来，交流绕组一

7、般为三相，一般用字母a、b和c分别表示三相绕组的首端，用x、y和z分别表示三相绕组的末端。虽然交流绕组的型式各不相同，但它们的构成原则基本相同 （1）电动势和磁动势波形要接近正弦波，在一定导体数下力求获得较大基波电动势和基波磁动势；（2）三相绕组的电动势、磁动势必须对称，电阻、电抗要平衡；（3）绕组铜耗小，用铜量少；（4）绕组的绝缘可靠，机械强度高，散热条件要好，制造方便；若电机有P对极电角度=P360 =P机械角度02、线圈线圈 组成绕组的基本单元是线圈。由一匝或多匝组成，两个引出端，一个叫首端，一个叫末端。3、极距、极距 相邻两磁极对应位置两点之间的距离称为极距，若用定子槽数表示，则 pQ

8、24、节距节距 线圈两边所跨定子圆周上的距离，用y1表示，y1应接近极距 极距 Q： 定子槽数 ：极对数长距短距整距y1PQ2p5、槽距角槽距角 定子槽数:3600QQp相邻槽之间的电角度 6、每极每相槽数每极每相槽数 PmQq2 m:相数 P:极对数 即每一个极下每相所占的槽数7、相带相带为了使绕组对称，通常令每个极面下每相绕组所占的范围相等，这个范围称为相带。即：每极下每相所占有的区域称每极下每相所占有的区域称为相带为相带。由于一个极对应180度电角度，共m相，每个相带宽度为180/m，三相电机在每极下每相应占 有600电角度。600相带排列的绕组称为600相带绕组。若把每对极的范围分为三

9、部分，每相占三分之一，即为1200相带。为了使每相绕组产生最大电动势，通常采用60度相带。 双层绕组的特点是每一个槽内有上、下两个线圈边，每个线圈的一个边嵌放在某一个槽的上层，另一个边则嵌放在相隔节距为y1槽的下层，如图5-7 所示。由于每槽内放置上下两个导体边，所以双层绕组的线圈数双层绕组的线圈数等于槽数等于槽数。 2、槽电动势星形图和相带划分、槽电动势星形图和相带划分当把各槽内导体按正弦规律变化的感应电动势分别用矢量表示时，这些矢量构成一个辐射星形图，称为槽电动势星形图。下面以一台4极、36槽三相异步电机为例说明槽电势星形图的绘制和相带的划分。 （1）绘槽电动势星形图）绘槽电动势星形图20

10、363602360334362QpPmQq槽电动势星形图 （2）划分相带）划分相带 其相带划分如图所示，以A相为例，A相在每极下应占有3个槽，整个定子中A相共有12个槽，在第一个N极下取1、2、3三个槽作为A相带，在第一个S极下取10、11、12三个槽作为X相带，而10、11、12三个槽分别于1、2、3三个槽相差一个极距，即相差180电角度，这两个线圈组（极相组）反接以后合成电动势代数相加，其合成电动势最大。 3、三相双层绕组展开图、三相双层绕组展开图绘制绕组展开图是根据星形图上分相的结果，把属于各相的导体按一定规律连接起来，组成对称三相绕组。根据线圈的形状和连接规律的不同，双层绕组又分为叠绕

11、组和波绕组两类，本书仅对双层叠绕组进行介绍。 绘制绕组展开图的步骤是： a、绘槽电势星形图 b、划分相带 c、把各相绕组按一定规律连接成对称三相绕组。下面以一台三相、4极、36槽异步电机为例绘制双层叠绕组展开图 (b) 两条并联支路叠绕组的优点是短距时能节省端部用铜及得到较多的并联支路，缺点是由于极相组间连接线较长，在极相组较多时浪费铜材。主要用在10千瓦以上的中小型同步电机和异步电机的定子绕组中。 因组成一相绕组的基本单元是线圈，所以在分析单相绕组产生的磁势时，我们先从分析一个线圈的磁势入手，进而分析一个线圈组的磁势，最后推出一相绕组产生的磁势。 1、整距线圈的磁势、整距线圈的磁势下图表示一

12、台两极电机，设定子上有一整距线圈AX，匝数为NC ，当通入交流电ic时，电流方向如图所示(规定磁力线出转子，进定子为磁动势正方向)2322)(22-2)(sccscsccsciNfiNf当当因交流绕组中通入的电流是交变电流，假设其随时间按余弦规律变化，即 tIicccos2矩形波的高度跟着变号，正变负，负变正。这种空间位置固定不动，但幅值的这种空间位置固定不动，但幅值的大小随时间变化的磁势称为脉振磁势大小随时间变化的磁势称为脉振磁势。 将上述的矩形分布的脉振磁势应用富氏级数进行分解，得scscscscFFFf5cos3coscos)(531基波磁势为 tFtINfscsccccoscoscos

13、cos22411次谐波磁势为 tFtINfscscccvcoscoscoscos22412、整距线圈组的磁势、整距线圈组的磁势 整距线圈组是由若干个节距相等、匝数相同、依次沿定子圆周错开同一角度的整距线圈串联而成，由上述单个整距线圈磁势，很容易推出整距线圈组的磁势。2sin21qRFq2sin21RFc1(112sin2sin2sin22sin2dqqkqqqRqRFF代数和）11119 . 0dccdcqqkINkqFF2sin2sin1qqkd1dk为基波分布因数基波分布因数 所以，1、对称三相绕组的基波合成磁势、对称三相绕组的基波合成磁势)240cos(2)120cos(2cos2tIi

14、tIitIiCBA)240cos()240cos()120cos()120cos(coscos111111tFftFftFfsCsBsA)cos()cos(21coscos利用三角公式 将三个脉振磁动势分解得 )120cos(21)cos(21)240cos(21)cos(21)cos(21)cos(21111111111ssCssBssAtFtFftFtFftFtFf由上式可见，各相电流产生的正向旋转磁势在空间上同相位，反向旋转磁势在空间上互差120。求合成磁势时，正向旋转磁动势直接相加，反向旋转磁势互相抵消，所以三相基波合成磁势为 )cos()cos(23),(111111ssCBAstF

15、tFffftfIpNkIpNkFFww111135. 19 . 02323)cos(),(11ssFtftt可以看出，合成磁动势幅值的位置将先与A相绕组轴线重合，再依次与B相、C相绕组轴线重合，所得到的合成磁势是一个正向推移的旋转磁势波。三相交流电流变化一个周期，旋转磁势相应地转过360电角度 从以上分析可知：三相对称绕组通入三相对称电流后，所形成的合成磁势为幅值不变的旋转波，综合上述分析，得出三相基波合成磁势具有以下特性三相合成磁势为正弦分布旋转磁势，转向由超前电流相转到滞后电流相。要改变磁场转向，只须改变三相电流的相序。n幅值F1不变，为各相脉振磁势幅值的3/2倍，且旋转幅值的轨迹是圆，所

16、以称为圆形旋转磁场。n当某相电流达最大值时，合成旋转磁势的幅值恰在这一相 绕组轴线上。 sinmBB 将旋转磁场的转速用每秒钟内转过的电弧度表示，当时间由0到t时，磁场转过的电角度a=wtBm：磁场幅值 ：离开原点的电角度 tEtlvBBlvemsin2sin11)(60ZsHnf 若电机为P对极，则转子每旋转一周，导体中感应电势将交变P次，此时电势频率为：)(60ZsHPnf 在我国，工业用电的标准频率为50Hz，所以 min/30001rpn 21lvBEmtEtlvBemsin2sin11：平均磁密avmavBBB211122. 222)2(222fflBflBffBlEavmm：一极下

17、磁通量 11122.2fE 1y ，则线圈的一根导体位于N极下最大磁密处时，另一根导体恰好处于S极下的最大磁密处。所以两导体感应电势瞬时值总是大小相等，方向相反，设线圈匝数NC=1，则整距线圈的电势为若线圈有NC匝，则 1144. 4CCfNE1111144.42fEEEEC &n转差率是异步电机的一个主要参数，根据s的正负和大小可以判断电机的运行状态。%10011nnns当转子的转向与n1相同且小于n1时（即1s0）为电动机运行状态，由下图知此时电磁转矩的方向与n相同，它拖动转子旋转。n如用原动机拖动感应电机，使感应电机nn1(即sn1,这时转子从原动机输入机械功率，通过电磁感应由定子输出电

18、功率，电机处于发电机状态。3、电磁制动的运行状态、电磁制动的运行状态n如果由于外力的作用使转子逆着ns旋转，（即s1）此时转子导条中电势电流方向仍与电动状态一样，电磁转矩的方向与n相反，所以电磁转矩为制动性质的，称为电磁制动状态。n 在这种情况下，从转子输入机械功率，从定子输入电功率，两部分功率一起变为电机内部的损耗。主磁通的路径，从定、转子铁心和气隙组成，是一个非线性磁路，受磁路饱和程度影响较大。主磁通是能量转换的媒介。111112606060sfnnnpnnnpnpfnsnpsfpfn112606011nnnnnn112fsffmwmwmwkNfjEkNfjkNfjE&1111221222244. 444. 444. 4111112221244.444.4&wwkNfjEkNfjE)(