《电工技术基础》项目7认识异步电动机

电工技术基础项目一分析简单直流电路项目二分析复杂直流电路项目三认识磁场与电磁感应项目四分析单相正弦交流电路项目五分析三相正弦交流电路项目六认识变压器项目七认识异步电动机项目八认识低压电器与用电保护项目七认识异步电动机7.1三相异步电动机7.2单相异步电动机按照电源相数的不同，异步电动机可分为三相异步电动机和单相异步电动机两种。点击跳过案例项目导读项目导读其中，三相异步电动机是一种由三相交流电源供电、运行时存在转差率的电动机，其定子绕组是三相的，被广泛应用于机械、煤炭、石油、化工等工业领域。点击跳过案例项目导读单相异步电动机是一种由单相交流电源供电的电动机，其定子绕组是单相的，被广泛应用于家用电器、电动工具、自动化仪表等对功率要求不高的设备中。点击跳过案例目标知识目标了解三相异步电动机和单相异步电动机的结构。熟悉三相异步电动机和单相异步电动机的铭牌。掌握三相异步电动机和单相异步电动机的工作原理。技能目标能拆装三相异步电动机。素质目标养成脚踏实地、勤学善思的学习习惯。树立技能成才、技能报国的人生理想。1．项目描述项目工单——拆装三相异步电动机三相异步电动机因其优越的运行性能而被广泛应用于家用电器中。请学习三相异步电动机的结构，并完成对三相异步电动机的拆装。空调电冰箱洗衣机2．项目准备项目工单——拆装三相异步电动机1）知识准备三相异步电动机的种类繁多，不同种类的三相异步电动机，其结构虽有所不同。三相异步电动机结构定子转子端盖轴承风罩扇叶定子铁芯定子绕组转子铁芯转子绕组……组成将实施过程中所需的工具和器材填入表中。2．项目准备项目工单——拆装三相异步电动机2）工具和器材准备实施过程中所需的工具和器材名称规格与型号单位数量备注三相异步电动机

台1

木锤

把1

铜棒

个1

套筒

个1

记号笔

支1

毛刷个12．项目准备项目工单——拆装三相异步电动机2）工具和器材准备（续表）名称规格与型号单位数量备注活扳手把1

呆扳手

把1

机械式拉拔器

个1

清洁干布

个1

润滑脂

桶1

3．项目实施项目工单——拆装三相异步电动机学生以4～5人为一组，各小组成员合作对三相异步电动机进行拆卸和装配。（详情请见教材）7.1三相异步电动机7.1三相异步电动机电动机是一种利用电磁感应原理，把电能转换为机械能，输出机械转矩的原动机。电动机的分类：电动机直流电动机交流电动机复励电动机串励电动机并励电动机他励电动机异步电动机同步电动机三相异步电动机单相异步电动机7.1三相异步电动机在工业生产中，交流电动机的应用较为广泛，特别是三相异步电动机。三相异步电动机优点结构简单运行可靠维护方便已被广泛地用于驱动各种机械设备，如：金属切削机床起重机锻压机水泵7.1.1三相异步电动机的结构按照转子结构的不同，三相异步电动机可分为如图所示两种。其中，笼式三相异步电动机的应用较为广泛。下面以笼式三相异步电动机为例来介绍三相异步电动机的结构。（a）笼式三相异步电动机（b）绕线式三相异步电动机7.1.1三相异步电动机的结构笼式三相异步电动机主要由以下两大部分组成，如图所示。笼式三相异步电动机的结构定子（固定部分）转子（旋转部分）7.1.1三相异步电动机的结构笼式三相异步电动机的结构定子主要由机座、定子铁芯和定子绕组等组成，用于产生旋转磁场。7.1.1三相异步电动机的结构笼式三相异步电动机的结构转子主要由转子铁芯和转子绕组等组成，用于输出机械转矩。定子与转子之间的间隙7.1.1三相异步电动机的结构为了保证转子能够自由旋转，定子和转子之间必须留有一定的空气间隙，即气隙。7.1.1三相异步电动机的结构笼式三相异步电动机的结构1．定子1）机座机座一般由铸铁或铸钢浇铸而成，主要起支撑作用。机座不仅用于固定定子铁芯和定子绕组，还用于散发笼式三相异步电动机运行时所产生的热量。7.1.1三相异步电动机的结构1．定子2）定子铁芯定子铁芯装在机座里，是笼式三相异步电动机磁路的一部分，由表面绝缘的硅钢片叠压而成，具有良好的导磁性能。定子铁芯的内圆上有均匀分布的槽，用于放置定子绕组，如图所示。7.1.1三相异步电动机的结构1．定子3）定子绕组定子绕组是笼式三相异步电动机电路的一部分，由三相对称绕组组成。定子绕组嵌在定子铁芯的槽里，当为定子绕组通入三相交流电流时，其周围就会产生旋转磁场。（a）定子绕组的分布7.1.1三相异步电动机的结构定子绕组的线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制而成。其中，小型笼式三相异步电动机的定子绕组一般采用漆包铜圆线，大中型笼式三相异步电动机的定子绕组则采用较大截面积的漆包铜扁线。1．定子3）定子绕组（a）定子绕组的分布7.1.1三相异步电动机的结构1．定子3）定子绕组如图（a）所示。定子绕组共有6个出线端，即、、、、、，出线端均位于接线盒内，“×”表示电流流入，“•”表示电流流出。（a）定子绕组的分布7.1.1三相异步电动机的结构1．定子3）定子绕组定子绕组有星形连接和三角形连接两种连接方式，分别用Y和△表示，如图（b）和图（c）所示。

（b）Y连接（c）△连接7.1.1三相异步电动机的结构2．转子1）转子铁芯转子铁芯是笼式三相异步电动机磁路的一部分，一般由表面绝缘的硅钢片叠压而成。转子铁芯的外圆上有均匀分布的槽，用于放置转子绕组。一般来说，小型笼式三相异步电动机的转子铁芯直接套压在转轴上；大中型笼式三相异步电动机的转子铁芯需要先套压在转子支架上，再套装在转轴上。7.1.1三相异步电动机的结构2．转子2）转子绕组转子绕组构造不同笼式转子绕组绕线式转子绕组铜排绕组是指在转子铁芯的每个槽中放置未进行绝缘处理的铜条，在铜条的两端用端环把铜条连接起来，形成一个笼子的形状。铜排绕组适用于大型笼式三相异步电动机。铸铝绕组是指转子的导条和端环扇叶是由铝液一次性浇铸而成的。铸铝绕组适用于中小型笼式三相异步电动机。7.1.1三相异步电动机的结构2．转子2）转子绕组（a）铜排绕组（b）铸铝绕组（1）笼式转子绕组有铜排绕组和铸铝绕组两种。7.1.1三相异步电动机的结构2．转子2）转子绕组（2）绕线式转子绕组与定子绕组相似，也是由绝缘导线绕制而成的。转子绕组嵌放在转子铁芯的槽内，引出线分别接在转轴的3个滑环上，并通过电刷引出，再与变阻器相连，如图所示。绕线式转子绕组笼式转子与绕线式转子只是在构造上不同，但它们的工作原理相同。7.1.2三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌是固定在三相异步电动机机座上的标牌，铭牌上标注信息，如图所示。7.1.2三相异步电动机的铭牌数据1．产品型号为了适应不同用途和不同工作环境的需要，三相异步电动机可分为多种，并用不同的产品代号表示（如Y、YR、YB等）。此外，三相异步电动机的产品型号中还包含了机座中心高、机座长度、极数等信息。例如，某三相异步电动机的产品型号为Y100L-2，其含义如图所示。某三相异步电动机产品型号的含义7.1.2三相异步电动机的铭牌数据2．主要技术参数1）额定电流额定电流是指在三相异步电动机额定运行状态下，流入定子绕组的线电流，符号为，单位为A。若三相异步电动机超过额定电流过载运行，则会导致三相异步电动机过热甚至被烧坏。若铭牌上标有两个电流，则这两个电流表示定子绕组在采用两种不同接法时的额定电流。7.1.2三相异步电动机的铭牌数据2．主要技术参数2）额定电压额定电压是指在三相异步电动机额定运行状态下，定子绕组上的线电压，符号为，单位为V。三相异步电动机要求所接的电源电压不应高于或低于额定电压的5%。7.1.2三相异步电动机的铭牌数据2．主要技术参数2）额定电压若电源电压过低，则三相异步电动机难以正常启动；若电源电压过高，则三相异步电动机容易被烧坏。若铭牌上标有两个电压，则这两个电压表示定子绕组在采用两种不同接法时的额定电压。7.1.2三相异步电动机的铭牌数据2．主要技术参数3）额定转速额定转速是指在三相异步电动机额定运行状态下，转子的转速，符号为，单位为r/min。7.1.2三相异步电动机的铭牌数据2．主要技术参数4）额定功率额定功率是指在三相异步电动机额定运行状态下，转轴上输出的机械功率，符号为，单位为kW。三相异步电动机的额定功率

为（7-1）式中：

——在三相异步电动机额定运行状态下的效率，单位为W；

——在三相异步电动机额定运行状态下的功率因数，无单位。课堂互动三相异步电动机的功率因数低会对电力系统产生什么影响？点拨三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时功率因数为0.7～0.9，而在轻载和空载时，功率因数会更低。7.1.2三相异步电动机的铭牌数据2．主要技术参数5）额定频率额定频率是指在三相异步电动机额定运行状态下，三相交流电源的频率，符号为，单位为Hz。我国规定工业及民用电气设备采用的额定频率为50Hz。7.1.2三相异步电动机的铭牌数据3．绝缘等级绝缘等级是指三相异步电动机内部所用绝缘材料的耐热等级。三相异步电动机内部所用绝缘材料与其允许温升有关。如表所示。绝缘等级YAEBFHC最高工作温度/℃90105120130155180

180三相异步电动机的绝缘等级课堂互动三相异步电动机从常温开始运行时，其温度是如何变化的？点拨三相异步电动机由常温（其各部分温度与环境温度相同）开始运行，温度不断升高，当三相异步电动机各部分温度高出环境温度后，三相异步电动机一边继续吸收热量缓慢升温，一边向四周散热。点拨当三相异步电动机的温度不再升高时，其温度与环境温度之差称为温升。温升限度主要取决于绝缘材料的等级，同时也与温度的测量方法、被测部分的传热和散热条件等有关。7.1.2三相异步电动机的铭牌数据4．工作方式工作方式是指三相异步电动机的运转状态。三相异步电动机的工作方式主要有以下几种（1）连续工作方式：在额定条件下长时间连续运行（2）短时工作方式：在额定条件下只能在规定时间内运行（3）断续工作方式：在额定条件下以周期性间歇的方式运行7.1.2三相异步电动机的铭牌数据5．接法三相异步电动机的铭牌上标有其接线方式的图和文字说明。若铭牌上标有两个电压，如380V/220V，接法为Y/△，则表示当电源线电压为380V时应采用Y连接，当电源线电压为220V时应采用△连接。7.1.3三相异步电动机的工作原理1．旋转磁场的产生当三相异步电动机的定子绕组采用Y接法接入三相交流电源后，定子绕组、、中将空间位置分别相差2π/3

的三相对称交流电流

、、通过，如图（a）（b）所示。为了方便讨论，设定三相交流电流在正半周时，三相交流电流从定子绕组的首端流入、末端流出；在负半周时，三相交流电流从定子绕组的末端流入、首端流出。（a）定子绕组的接法（b）三相交流电流的波形7.1.3三相异步电动机的工作原理1．旋转磁场的产生三相交流电流各自产生相应的交变磁场，该磁场按一定规律分布在定子铁芯、转子铁芯和气隙之间，并随着三相交流电流的变化而绕转轴不停旋转，从而产生旋转磁场。三相异步电动机旋转磁场的产生过程7.1.3三相异步电动机的工作原理1．旋转磁场的产生三相异步电动机旋转磁场的产生过程（a）（b）（c）（d）（e）返回上一页返回57页7.1.3三相异步电动机的工作原理1．旋转磁场的产生（a）（1）当时，为零，定子绕组中无三相交流电流；

为负，三相交流电流从端流入、端流出；为正，三相交流电流从端流入、端流出。此时的合成磁场如图（a）所示。7.1.3三相异步电动机的工作原理1．旋转磁场的产生（b）（2）当时，

为正，三相交流电流从端流入、端流出；

为负，三相交流电流从端流入、端流出；

为零，定子绕组中无三相交流电流。此时的合成磁场已较时的合成磁场沿顺时针方向旋转了π/3，如图（b）所示。7.1.3三相异步电动机的工作原理1．旋转磁场的产生（3）当时，

为正，和

为负，可采用同样的方法分析得出合成磁场。此时的合成磁场已较时的合成磁场沿顺时针方向旋转了π/2，如图（c）所示。（c）7.1.3三相异步电动机的工作原理1．旋转磁场的产生（4）继续按上述方法分析，可得、时合成磁场的情况，如图（d）、图（e）所示。由上述过程可知，在向定子绕组中通入三相交流电流后，定子中将会产生一个以转轴为中心的旋转磁场。（d）（e）7.1.3三相异步电动机的工作原理2．旋转磁场的转向和转速旋转磁场的转向由通入定子绕组的三相交流电流的相序决定，并与三相交流电流的相序保持一致。若改变定子绕组中任意两相定子绕组的通电顺序，则旋转磁场将会反转。7.1.3三相异步电动机的工作原理2．旋转磁场的转向和转速由于三相异步电动机中转子的转向与旋转磁场的转向相同，因此只需要改变旋转磁场的转向来改变三相异步电动机的转向。在工程中，通常采用将三相交流电源中的两相相序对调的方法来实现对三相异步电动机的反转控制。7.1.3三相异步电动机的工作原理2．旋转磁场的转向和转速旋转磁场旋转的速度称为转速，符号为，单位为r/min。在中，定子绕组产生的旋转磁场为两极磁场，即磁极对数，三相交流电流变化一个周期，旋转磁场旋转一周。当时，三相交流电流变化一个周期，旋转磁场旋转半周。经实践证明，旋转磁场的转速

是由三相交流电源的频率

和定子绕组的磁极对数p共同决定的，则旋转磁场的转速计算表达式为（7-2）三相异步电动机旋转磁场的产生过程7.1.3三相异步电动机的工作原理2．旋转磁场的转向和转速p123456

/

300015001000750600500

由式可知，与成正比，与p成反比。对于不同的p，旋转磁场都有与之对应的，如表所示。不同磁极对数的旋转磁场转速返回上一页7.1.3三相异步电动机的工作原理3．转动原理三相异步电动机的转动原理在定子绕组、、中通入三相交流电流，将产生沿顺时针方向旋转、转速为的旋转磁场，如图所示。7.1.3三相异步电动机的工作原理3．转动原理三相异步电动机的转动原理当定子绕组开始通电时，转子是静止的，旋转磁场是运动的，两者之间产生相对运动，转子绕组将切割旋转磁场的磁感线并产生感应电压。由于转子绕组自成闭合回路，因此转子绕组中便产生感应电流。感应电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩。通过左手定则可判断，转子在电磁转矩的作用下将顺着旋转磁场的转向旋转。7.1.3三相异步电动机的工作原理3．转动原理三相异步电动机的转动原理虽然三相异步电动机转子的转向与旋转磁场的转向相同，但是转子的转速n不可能达到旋转磁场的转速。若两者相等，则转子和旋转磁场之间就不存在相对运动，转子绕组就不会切割旋转磁场的磁感线而产生感应电流，也就不会产生电磁转矩，因此转子的转速n必须小于旋转磁场的转速，两者不同步，三相异步电动机中的“异步”也由此而来。7.1.3三相异步电动机的工作原理3．转动原理三相异步电动机的转动原理旋转磁场的转速与转子的转速n之差称为转速差，用表示，即。转速差与旋转磁场的转速之比称为转差率，用s表示，则转差率的计算表达式为（7-3）7.1.3三相异步电动机的工作原理3．转动原理三相异步电动机的转动原理s是分析三相异步电动机的一个重要参数。三相异步电动机启动瞬间，，，此时s

最大；当时，，此时s最小。因此，s的变化范围在0～1之间，一般用百分数表示。7.1.3三相异步电动机的工作原理例7-1一台三相异步电动机的额定转速

，试求：和。解：由于三相异步电动机的额定转速接近且略小于旋转磁场的转速，因此由表可得，与此三相异步电动机的额定转速

接近的旋转磁场转速，与此对应的磁极对数为。额定负载时的转差率为不同磁极对数的旋转磁场转速拓展视频三相异步电动机的工作原理三相异步电动机在哪些领域有广泛应用？课堂训练三相异步电动机的工作方式有哪几种？笼式三相异步电动机主要由哪几部分组成？课堂小结三相异步电动机三相异步电动机的结构三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的工作原理7.2单相异步电动机7.2.1单相异步电动机的结构单相异步电动机的结构与三相异步电动机的相似，同样由定子和转子两大部分组成，如图所示。7.2.1单相异步电动机的结构单相异步电动机启动方法不同分相式单相异步电动机单相异步电动机课堂互动单相异步电动机除上述主要部件外，还有哪些基本部件和附加部件？点拨单相异步电动机除上述主要部件外，还有：单相异步电动机的类型不同，附加部件也不同。单相异步电动机基本部件转轴轴承……附加部件电容电阻离心开关……7.2.1单相异步电动机的结构1．分相式单相异步电动机分相式单相异步电动机可用电容、电感或电阻来分相，下面以电容分相式单相异步电动机为例进行介绍。某电容分相式单相异步电动机的电路如图所示。某电容分相式单相异步电动机的电路工作绕组（主绕组）启动绕组（副绕组）7.2.1单相异步电动机的结构工作绕组的电阻小，匝数多，电感大；启动绕组的电阻大，匝数少，电感较小，两者在空间位置相差π/2

。启动绕组上串联有一个电容器，可使两个定子绕组中的电流在相位上相差π/2，这就是分相。试验及理论证明，在空间位置相差π/2电角度的两个定子绕组，其中通有相位差为π/2的两相交流电流时，也能产生旋转磁场。1．分相式单相异步电动机某电容分相式单相异步电动机的电路7.2.1单相异步电动机的结构在旋转磁场的作用下，电容分相式单相异步电动机的转子就能旋转起来。当转子的转速接近额定转速时，即使将启动绕组断开，电容分相式单相异步电动机也能继续运行。1．分相式单相异步电动机某电容分相式单相异步电动机的电路课堂互动在电容分相式单相异步电动机中，启动绕组的主要功能是什么？从中获得哪些启发？思想启迪电容分相式单相异步电动机的定子绕组包括工作绕组和启动绕组两部分。启动绕组虽然属于辅助器件，在电动机正常运行后并不工作，但是却是电动机极其重要的组成部分。借助启动绕组，电动机可在启动时产生足够的启动转矩，完成启动过程，从而进入正常运行状态。思想启迪其实，在人生的各阶段旅程中，我们都需要这样的“启动绕组”，如送我们踏上求学之路的父母，传授我们技能、使我们顺利进入工作岗位的老师，他们激励我们迈开脚步、勇敢前行，为我们“启动”了新的人生阶段。7.2.1单相异步电动机的结构2．罩极式单相异步电动机罩极式单相异步电动机的结构如图所示，其定子多做成凸极式。又称罩极7.2.1单相异步电动机的结构2．罩极式单相异步电动机当定子绕组通入单相交流电流时，定子绕组中会产生交变磁通。在的作用下，短路铜环内会产生感应电流，同时感应电流还会产生阻碍原磁场变化的磁场，该磁场的磁通为

。7.2.1单相异步电动机的结构2．罩极式单相异步电动机这样，通过短路铜环的磁通即为与的合磁通，与之间存在相位差，且

滞后于

。从总体上看，罩极式单相异步电动机内部犹如形成了一个向短路铜环部分移动的磁场，它可使转子产生转矩而启动。7.2.1单相异步电动机的结构2．罩极式单相异步电动机罩极式单相异步电动机的结构简单，工作性能稳定，但启动转矩较小，常用于对启动转矩要求不高的电器中，如：电风扇7.2.2单相异步电动机的铭牌数据单相异步电动机的铭牌是固定在单相异步电动机机座上的标牌，铭牌上标有单相异步电动机的各类信息，如图所示。7.2.2单相异步电动机的铭牌数据1．产品型号单相异步电动机的产品型号包含了单相异步电动机的类型、机座中心高、极数、铁芯长度、机座长度等信息。例如，某电容启动单相异步电动机的产品型号为YC100L2-6，其含义如图所示。某电容启动单相异步电动机产品型号的含义7.2.2单相异步电动机的铭牌数据单相异步电动机铭牌上标示的额定数据的种类及含义与三相异步电动机的基本相同，此处不再赘述。2．主要技术参数7.2.3单相异步电动机的工作原理1．脉动磁场的产生当向单相异步电动机的单相定子绕组中通入如图（a）所示的单相交流电流后，脉动磁场的产生过程如下。（a）单相交流电流的波形（b）单相交流电流在正半周时的磁场（c）单相交流电流在负半周时的磁场7.2.3单相异步电动机的工作原理1．脉动磁场的产生（1）当单相交流电流在正半周时，单相交流电流从单相定子绕组的左侧流入、右侧流出，产生的磁场如图（b）所示。磁场的强度会随着通入单相交流电流大小的变化而变化，但磁场的方向保持不变。（2）当单相交流电流为零时，磁场消失。（b）单相交流电流在正半周时的磁场7.2.3单相异步电动机的工作原理1．脉动磁场的产生（3）当单相交流电流在负半周时，单相交流电流从单相定子绕组的右侧流入、左侧流出，产生的磁场方向发生了变化，如图（c）所示。磁场的强度仍会随着通入单相交流电流大小的变化而变化。（c）单相交流电流在负半周时的磁场7.2.3单相异步电动机的工作原理1．脉动磁场的产生由上述过程可知，在向单相异步电动机的单相定子绕组中通入单相交流电流后，定子中将会产生一个空间位置不变（轴线固定），大小和方向随单相交流电流变化的磁场，这种磁场称为脉动磁场。（a）单相交流电流的波形（b）单相交流电流在正半周时的磁场（c）单相交流电流在负半周时的磁场7.2.3单相异步电动机的工作原理脉动磁场只振动而不旋转，因此若单相异步电动机的转子静止不动，则转子绕组与脉动磁场之间没有相对运动，就无法产生感应电压和感应电流。此时，转子不会受到电磁力的作用，无启动转矩，故无法自行启动。1．脉动磁场的产生（a）单相交流电流的波形（b）单相交流电流在正半周时的磁场（c）单相交流电流在负半周时的磁场头脑风暴单相异步电动机和三相异步电动机磁场的产生原理有何异同？7.2.3单相异步电动机的工作原理在脉动磁场中，假如有外力拨动转子使转子旋转，转子会切割脉动磁场产生感应电压，从而产生启动转矩，并顺着原来外力的方向旋转起来。然后，定子磁场会与转子磁场合成旋转磁场，使转子继续旋转。2．旋转磁场的产生7.2.3单相异步电动机的工作原理因此，单相异步电动机只有解决了启动转矩的问题，才能正常运行。不同类型的单相异步电动机产生启动转矩的方法不同，要解决单相异步电动机启动转矩的问题，实际上就是解决旋转磁场产生的问题。2．旋转磁场的产生7.2.3单相异步电动机的工作原理2．旋转磁场的产生在单相异步电动机的定子上嵌放两个定子绕组和，这两个定子绕组的空间位置相差π/2，然后向这两个定子绕组中通入相位差为π/2的两相交流电流

和。如图所示。两相交流电流的波形7.2.3单相异步电动机的工作原理2．旋转磁场的产生根据三相异步电动机产生旋转磁场的分析方法对单相异步电动机进行分析，