《电机与电力拖动》课件-任务3 交流异步电机

电机与电力拖动1.单相异步电机的结构解析与工作原理核心定义单相异步电机单相异步电机采用单相交流电源（如220V）供电，基于电磁感应原理实现转子异步转动的电动机（转子转速＜旋转磁场转速）​。单相异步电机的结构解析与工作原理关键特征：​电源适配性：适配家庭/小型场景单相电，无需三相电​结构特性：无电刷、滑环，结构简单、维护成本低​功率范围：多为几十瓦至3KW，适合小功率负载​单相异步电机的结构解析与工作原理结构定子铁芯：材质：0.35-0.5mm厚硅钢片叠压（“减少涡流损耗”）​结构：内圆均匀开槽（槽数通常为12/16/24槽），用于嵌入绕组​定子绕组：组成：工作绕组（主绕组，漆包线粗，匝数少）+启动绕组（辅助绕组，漆包线细，匝数多）​空间布局：两绕组在定子铁芯上相差90°

电角度（“关键布局，为产生旋转磁场”）​转子组件（鼠笼式转子）：因绕组形似“鼠笼”得名，是单相异步电机唯一转子类型​组成部分：​转子铁芯：硅钢片叠压，外圆开槽（槽数与定子匹配）​鼠笼绕组：槽内嵌入铜条/铝条（导条），两端用铜环/铝环短接（形成闭合回路）​转轴：低碳钢材质，与转子铁芯过盈配合，传递转矩​结构单相异步电机的结构解析与工作原理工作原理单相异步电机的结构解析与工作原理原理核心：怎么把单相电的交变磁场变成旋转磁场，再带动转子转？产生过程：单相交流电通入工作绕组，产生交变磁场B1（方向随电流变化）​同时，启动绕组通过电容/电阻移相，产生与B1相差90°

相位的交变磁场B2​B1与B2叠加，形成“旋转磁场”（标注“转速n1=60f/p，f为电源频率，p为极对数”）​定子产生旋转磁场单相异步电机的结构解析与工作原理椭圆形旋转磁场的分解三步驱动逻辑：​旋转磁场切割转子绕组，因绕组闭合，感应出涡流（“电磁感应定律”）​感应电流在旋转磁场中受安培力（左手定则：磁场穿掌心，电流指四指，力指拇指）​所有导体受力合成“电磁转矩T”，驱动转子旋转（“转子转速n＜n1，故为‘异步’”）​关键参数：转差率s=(n1-n)/n1（额定工况下s=0.02-0.08）​转子异步转动单相异步电机的结构解析与工作原理课后总结总结结构核心：定子（双绕组）+鼠笼转子，无电刷滑环​原理核心：双绕组90°

布局→合成旋转磁场→转子感应电流→安培力驱动转动​单相异步电机的结构解析与工作原理2.单相异步电机的起动与应用场景单相异步电机的起动单相异步电机的起动与应用场景单相异步电机定子若仅通工作绕组，产生“交变磁场”（无旋转趋势），转子无法自行启动。解决思路：通过“起动绕组+辅助元件”制造“旋转磁场”，提供初始起动转矩​。辅助元件起动绕组旋转磁场单相异步电机的起动与应用场景起动方式电阻分相起动式：结构：启动绕组串联“限流电阻”（“降低起动电流”），配离心开关（起动后断开启动绕组）​原理：电阻使启动绕组电流与工作绕组电流相位差30°-50°，合成旋转磁场​电阻分相起动式电容分相起动式：结构：启动绕组串联“电解电容”（“移相效果优于电阻”），配离心开关​原理：电容使相位差达70°-90°，起动转矩比电阻分相式大2-3倍​电容分相起动式单相异步电机的起动与应用场景起动方式电容运转式：结构：启动绕组串联“薄膜电容”（“长期接入，无需离心开关”）​原理：启动绕组持续工作，运行时仍维持旋转磁场，稳定性更高罩极式：结构：定子磁极局部套“短路铜环”（“罩极绕组”），无独立启动绕组​原理：短路铜环感应涡流，产生滞后磁场，形成局部旋转磁场​​电容运转式罩极式选型核心：“负载需求匹配特性”​重载起动（如水泵、洗衣机）：选高起动转矩（电容分相起动式）​轻载起动+稳定运行（如空调、冰箱）：选电容运转式​微型轻载（如电吹风、微型风扇）：选低成本罩极式​简易轻载（如排气扇）：选电阻分相起动式​单相异步电机的应用单相异步电机的起动与应用场景电容分相起动式电容运转式罩极式电阻分相起动式单相异步电机的应用注意事项电容分相起动式电机需定期检查离心开关（避免启动绕组长期通电烧毁）​罩极式电机不宜用于重载场景（起动转矩不足，易过热）​单相异步电机的起动与应用场景单相异步电机的应用单相异步电机的起动与应用场景洗衣机电机接电容判断起动方式有外接电容电解电容—电容分相式薄膜电容—电容运转式无外接电容罩极式3.锥形异步电动机的结构解析与工作原理核心定义锥形异步电机定子与转子均为锥形结构，气隙沿轴向呈锥形分布，是兼具驱动与制动功能的特殊异步电机（简称锥形电机）​。锥形异步电动机的结构解析与工作原理关键特征：​结构集成：转子自带制动盘，无需额外安装制动器（简化传动系统）​调速便捷：通过轴向调节定转子间隙，可实现转矩与转速的微调​制动可靠：断电后靠弹簧力使定转子贴合，实现快速制动（制动时间＜0.5s）​过载能力强：锥形气隙使磁场分布更均匀，短时过载转矩可达额定值的2.5倍​与普通圆柱异步电机的核心差异锥形异步电动机的结构解析与工作原理对比项锥形异步电机普通圆柱异步电机定转子结构锥形（锥度5°-15°）圆柱形气隙分布轴向锥形，间隙可调径向均匀，间隙固定制动功能自带制动盘，集成制动需外接制动器调速方式轴向调间隙（微调），变频（大调）仅变频或变极适用场景起重、输送（需频繁启停制动）通用驱动结构“锥形定转子+集成制动”锥形转子组件：转子铁芯：锥形硅钢片叠压，外圆开槽（嵌入鼠笼绕组）​鼠笼绕组：铝条或铜条沿锥面嵌入，两端用端环短接（适配锥形结构）​制动盘：与转子同轴固定（铸铁材质，摩擦系数高），配合定子端盖制动环实现制动​锥形异步电动机的结构解析与工作原理锥形定子组件：定子铁芯：硅钢片冲制成锥形叠压（锥度与转子匹配），内圆开槽（嵌入绕组）​定子绕组：三相异步绕组（星形/三角形连接），绕组分布适配锥形结构（“沿锥面均匀分布”）​机座：锥形外壳，内置弹簧（断电时推动定子贴合转子制动）​结构“锥形定转子+集成制动”锥形异步电动机的结构解析与工作原理工作逻辑：通电时，电磁力克服弹簧力推开定子，定转子分离（电机运转）断电时，弹簧力推动定子贴合转子，制动盘与制动环摩擦制动​工作原理——“锥形气隙”电磁驱动注意气隙调节的作用：通过拧动调节螺栓，改变定转子的间隙，间隙越小，磁场越强，转矩越大；间隙越大，转矩越小。三步驱动逻辑（以“起重电机”为例）：​电机通电：定子绕组通入三相交流电，产生旋转磁场，电磁力克服弹簧力推开定子，定转子形成锥形气隙（“气隙形成，制动解除”）​转子转动：旋转磁场切割转子鼠笼绕组，感应出电流，电流在磁场中受安培力，形成电磁转矩，驱动转子旋转（“锥形气隙下的电磁驱动”）​制动停机：电机断电，电磁力消失，弹簧力推动定子贴合转子，制动盘与制动环摩擦，转子快速停止（“摩擦制动，快速停机”）​锥形异步电动机的结构解析与工作原理课后总结总结结构核心：锥形定转子+集成制动盘，气隙可调，兼具驱动与制动功能​原理核心：通电电磁驱动（定转子分离），断电弹簧制动（定转子贴合）锥形异步电动机的结构解析与工作原理课后总结锥形异步电动机的结构解析与工作原理Q：为什么锥形结构能同时满足驱动和制动需求？A：因为锥形面既能适配旋转驱动，又能通过轴向移动实现贴合制动。4.锥形异步电动机运行特性与运用场景锥形异步电动机运行特性与运用场景核心运行特性制动特性优异：断电制动响应快（＜0.5s），制动转矩大（可达额定转矩的1.8倍），适配紧急停机需求​转矩调节灵活：通过轴向调间隙实现转矩微调（调节范围

±20%额定转矩），适配不同负载重量​过载能力强：短时过载转矩达2.5倍额定值，可承受起吊瞬间的冲击负载​锥形异步电动机运行特性与运用场景关键特性转矩与制动特性：转矩：轴向间隙最小时，转矩达最大值制动：制动转矩随制动盘磨损程度变化调速特性：微调方式：轴向调间隙（适合小范围转速调节，如起吊轻物时降低转速防晃动）​大调方式：变频调速（适合大范围转速调节，如输送机不同输送速度需求）​调速范围：50-1500r/min（适配起重、输送的多工况需求）​功率匹配：根据负载额定功率PL，选择电机额定功率PN=1.2~1.4PL（预留起吊冲击负载余量20%-40%）​负载特性匹配：​轻载频繁启停（如小型起重机）：选小功率（0.5-5kW）、锥度5°-8°

电机（制动灵活）​重载稳定运行（如大型皮带输送机）：选大功率（10-50kW）、锥度10°-15°

电机（转矩大）​制动需求适配：​紧急制动场景（如电梯、塔吊）：选制动转矩≥1.5TN的电机，配合制动监测装置​常规制动场景（如普通输送机）：选制动转矩1.2-1.5TN的电机选型逻辑功

率负

载制动需求锥形异步电动机运行特性与运用场景应用场景锥形异步电动机运行特性与运用场景起重机械领域：​小型起重：电动葫芦（0.5-3kW，锥度5°，制动灵活，适配轻载起吊）​中型起重：车间单梁起重机（5-15kW，锥度8°-10°，过载能力强，适配货物搬运）​大型起重：港口塔吊（20-50kW，锥度12°-15°，制动转矩大，适配重型集装箱起吊）​输送与电梯领域：​输送设备：皮带输送机（3-10kW，锥度10°，调速灵活，适配不同物料输送速度）​电梯设备：货运电梯（5-15kW，锥度8°，制动可靠，避免货物滑落）​特种输送：倾斜式输送机（10-20kW，锥度12°，转矩大，克服物料重力）锥形异步电动机运行特性与运用场景应用案例案例1：车间单梁起重机驱动电机​​适配12kW锥形异步电机（锥度10°，制动转矩1.6T_N，带间隙调节装置）​，1.2倍功率预留冲击负载余量，​间隙微调实现轻/重载转速差异，快速制动（0.3s）保障起吊安全。​案例2：新能源汽车驱动电机适配15kW锥