异步电机(1)基本结构和原理

1、电机学（2）,第十五章 三相异步电机的基本结构和基本工作原理 第十六章 三相异步电动机的运行原理 第十八章 三相异步电动机的起动 第十九章 三相异步电动机的调速 第二十章 异步电机的其它运行方式 第二十一章 单相异步电动机,第三篇 异步电机,1. 了解三相异步电机的基本结构、应用和分类 2. 掌握三相异步电动机的基本工作原理 3. 掌握转差率和额定值的计算 4. 掌握异步电机的三种运行状态及其判别方法,本章基本要求,基本结构和基本工作原理,概述 异步电机的基本结构 异步电机的工作原理和三种运行状态 异步电动机的额定值,主要内容,基本结构和基本工作原理,界定：异步电机是一种与同步电机相对应的交流

2、电机。因其转子转速与定子电流所产生的磁场转速不同，而称为异步电机。又因其定、转子之间没有电的直接联系，是借助于定、转子之间的电磁感应作用实现机电能量转换的，故又称为感应电机 应用：主要用作电动机，是工业生产的主要动力。应用非常广泛。工业风机、泵、压缩机、轧机、起重机、机床、轻工及矿山机械；农业水泵、脱粒机、粉碎机和农副产品加工机械；交通电力机车和电动汽车；日用电扇、洗衣机、电冰箱和各种医疗机械（单相）。,15.1 概述,基本结构和基本工作原理,优点：结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、使用及维护方便、坚固耐用、运行效率较高和适用的工作特性。 缺点：目前还不能经济地在较大范围内实现平滑调速；

3、需要从电网吸收感性的无功功率，以建立磁场，因而功率因数较差，总小于1。,15.1 概述,基本结构和基本工作原理,15.2 异步电机的基本结构,分类：,异步电机,按 相数 分,按转子结构分,单相异步电机,三相异步电机,基本结构和基本工作原理,绕线型异步电机,鼠笼型异步电机,15.2 异步电机的基本结构,异步电机实物图：,单相异步电机,三相异步电机,基本结构和基本工作原理,15.2 异步电机的基本结构,异步电机实物图：,基本结构和基本工作原理,绕线型异步电机,鼠笼型异步电机,15.2 异步电机的基本结构,异步电机实物图：,基本结构和基本工作原理,鼠笼型异步电机剖视图,鼠笼型异步电机外部视图,15.

4、2 异步电机的基本结构,基本结构和基本工作原理,感应电机,定子绕组,定子铁心,转子,机座,转子铁心,转轴,转子绕组,定子,结构组成,气隙,鼠笼型,绕线型,15.2 异步电机的基本结构,一、定子,基本结构和基本工作原理,12,1.定子铁心 作用主磁路的一部分，放置定子绕组。 构成0.5mm厚的硅钢片叠成圆柱体；内圆冲有若干均匀分布的形状相同的槽,15.2 异步电机的基本结构,定子槽形,基本结构和基本工作原理,13,半闭口槽小型异步电机，绕组用圆导线绕成。 半开口槽低压中型异步电机，绕组是成型线圈。 开口槽高压大中型异步电机，绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。,15.2 异步电机的基本结构

5、,一、定子,基本结构和基本工作原理,2.定子绕组 作用构成电路部分，感应电动势，通过电流，建立旋转磁场，以实现 机电能量转换。 构成铜线圈。小型异步机采用单层；大、中型异步机采用双层短距。,15.2 异步电机的基本结构,基本结构和基本工作原理,定子绕组联接方式 星形（Y）接法和三角形（）接法,15.2 异步电机的基本结构,基本结构和基本工作原理,一、定子,3.机座（机壳） 作用固定和支撑定子铁心，承受运行中的各种作用力，散热。 构成铸铁或钢板焊接而成。,15.2 异步电机的基本结构,基本结构和基本工作原理,二、转子,1.转子铁心 作用主磁路的一部分，放置转子绕组。 构成0.5mm厚的硅钢片叠成

6、，外圆周冲有若干均匀分布的形状相同的槽。,15.2 异步电机的基本结构,基本结构和基本工作原理,转子槽,槽形的选择主要取决定于对运行性能和起动性能的要求。,15.2 异步电机的基本结构,基本结构和基本工作原理,二、转子,1.转子绕组 作用构成电路部分。感应电动势、流过电流和产生电磁转矩。 构成铸铝，铜条焊接，铜绕组 。 结构型式鼠笼型绕组和绕线型绕组。,鼠笼型转子绕组：由插入每个转子槽中的导条和两侧的短路端环构成，如果去掉转子铁心，剩余的转子绕组就像一个松鼠笼子。一般为铝浇铸的，对中大型电机为减小损耗、提高效率，往往采用铜条焊接而成。,绕线型转子绕组：三个出线端子接到固定在转轴上的三滑环上，通

7、过电刷引出，与外电路接通。其特点是可以在转子绕组中串入附加电阻，来改善电机的起动性能或调节转速。,15.2 异步电机的基本结构,基本结构和基本工作原理,转子绕组实物图,鼠笼型转子绕组结构示意图,15.2 异步电机的基本结构,基本结构和基本工作原理,转子绕组实物图,绕线型转子绕组结构示意图,15.2 异步电机的基本结构,基本结构和基本工作原理,二、转子,3.转轴 作用支撑转子铁心，输出、输入机械转矩 构成钢 。,15.2 异步电机的基本结构,基本结构和基本工作原理,二、转子,15.2 异步电机的基本结构,基本结构和基本工作原理,三、气隙,定、转子之间的间隙，也是主磁路的组成部分。 气隙大小对异步

8、电机的性能影响很大。为了减小主磁路的磁阻，降低励磁电流，提高功率因数，气隙应尽可能小。异步电机气隙长度应为定、转子在运行中不发生机械摩擦所允许的最小值。 中、小型异步电机中，气隙长度一般为0.21.5mm。,15.2 异步电机的基本结构,三相异步电机主要部件拆分图,基本结构和基本工作原理,15.2 异步电机的基本结构,三相异步电机整体图,基本结构和基本工作原理,15.3 工作原理和三种运行状态,一、转动原理,基本结构和基本工作原理,原理定子接三相对称电源，绕组中流过三相对称电流，气隙中建立基波旋转磁动势，产生基波旋转磁场，转速为同步速。这个同步速的气隙磁场切割转子绕组，产生感应电动势并在转子绕

9、组中产生相应的电流；转子绕组在磁场中受到电磁力矩作用，在这个力矩驱动下，转子与磁场同方向旋转。,概述原理上类似于变压器，定子绕组相当于原绕组，转子绕组副绕组，通过电磁感应关系实现机电能量转换。所不同的是变压器的磁场为脉振磁场；异步电机气隙中的磁场为旋转磁场。,两极异步电动机示意图 （图中气隙磁场形象地 用N、S来表示）,小结异步电动机转子转速总是低于同步转速，且与旋转磁场转向相同。改变相序可以改变转子转向。,15.3 工作原理和三种运行状态,二、转差率,基本结构和基本工作原理,背景异步电动机的转子电动势和电流取决于旋转磁场转速 与转子转速 之差，因此分析异步电动机转速变化时，常不直接用转速，而

10、用转差率来表示。,定义同步速 与转子转速 之差与同步速之比值称为转差率，以 表示，即,重要数据空载转差率小于0.5%，满载转差率小于5%,其中,15.3 工作原理和三种运行状态,三、三种运行状态,基本结构和基本工作原理,异步电机的转子可以是带负载机械，也可以是由原动机驱动，在不同的转子外部条件下，异步电机将运行于不同的转速和不同的转差率，对应不同的运行状态。根据转差率的正负和大小，异步电机分别对应于电动机、发电机、电磁制动三种不同的运行状态。,基本结构和基本工作原理,1.电动机运行（ 0s0） 分析： 据相对运动方向，用右手定则确定e1,e2的方向； i2a与e2同方向，i1a与i2a相反方向

11、（磁势平衡）； 由左手定则确定f方向，TM方向； TM与转子转动方向一致，驱动转子运动，克服T2输出机械功率； 定子上：i1a与e1方向相反，电功率e1i1a为负，表示吸收电功率。,15.3 工作原理和三种运行状态,三、三种运行状态,基本结构和基本工作原理,1.电动机运行（ 0s0） 特点： 转子侧：TM与n同转向， TM为驱动转矩， TM 0，发出机械功率 定子侧：e1与i1的有功电流i1a反方向 ，e1i1an1或sn1或s0，发出电 功率 吸收机械功率发出电功率：发电机,基本结构和基本工作原理,3.电磁制动运行( n1 ) 分析： 据相对运动方向，用右手定则确定e1,e2的方向； i2a

12、与e2同方向，i1a与i2a相反方向（磁势平衡）； 由左手定则确定f方向，TM方向； TM与转子转动相反，阻止转子运动，为维持电机反转，必须输入机械功率； 定子上：i1a与e1方向相反，电功率e1i1a为负，表示吸收电功率，且变为内部的热能。,15.3 工作原理和三种运行状态,三、三种运行状态,基本结构和基本工作原理,3.电磁制动运行（ n1 ） 特点： 转子侧：TM与n反转向，TM为制动转矩，TM0，吸收机械功率 定子侧：e1与i1的有功电流i1a反方向，e1i1a0，吸收电功率 吸收电功率吸收机械功率 转子电阻热损耗：电磁制动状态,基本结构和基本工作原理,三、三种运行状态,基本结构和基本工作原理,三、三种运行状态,15.4 异步电动机的额定值,基本结构和基本工作原理,额定值,5）额定功率因数 指电动机在额定负载时定子侧的功率因数；,1）额定功率 （kW）指额定运行时转轴上的输出机械功率。,2）额定电压 （V） 指加在绕组上的线电压；,3）额定电流 （A） 指定子绕组中的线电流；,4）额定频率 （Hz） 我国工业用频率为50Hz；,6）