【文章內(nèi)容簡介】 第 22/59 頁 第 1 章 異步電機概念 異步電機的轉(zhuǎn)速與氣隙中基波旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速之間存在一定差異，即不同步 （或稱異步），因此被起名為異步電機 。異步電機的工作原理是通過氣隙旋轉(zhuǎn)磁 密與轉(zhuǎn)子繞組中感應電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的。由于異 步電機轉(zhuǎn)子繞組的電動勢和電流是通過感應產(chǎn)生的，所以異步電機有又稱感應電 機。 異步電機的類型、特點和用途 異步電機的系列、品牌、規(guī)格眾多，歸納起來可從定子相數(shù)、電源屏率、轉(zhuǎn) 子結構、額定功率、防護形式、絕緣等級、運行方式、尺寸和用途等不同的角度 來分類。按電源相數(shù)分為 “ 單相 ” 異步電機、 “ 雙相 ” 異步電機、 “ 三相 ” 異步 電機；按電機的尺寸或額定功率分為 “ 大型 ” 、 “ 中型 ” 、 “ 小型 ” 和 “ 小功率 ”電機； 按電機的防護形式分為 “ 開啟式 ” 、 “ 防護式 ” 、 “ 封閉式 ” ；按轉(zhuǎn)子結 構型分為籠型、繞線型和換向器電機；按運行方式分為異步發(fā)電機和異步電動機 等。 目前，我國以三相電動機的功率劃分大類，并以其電源性質(zhì)、性能、用途、 結構特性、形式等作為補充部分。例如，中小型電動機的功率范圍是 11000KW，其中 11000KW 是小型三項電動機， 1001000KW 為中型三相電動機。異步電動 機按其電源性質(zhì)和結構特征，較詳細的分類如下： 異步電動機分為：三相異步電動機和單相異步電動機兩大類；三相異步電動 機又分為：繞線型和鼠籠 型兩種；三項鼠籠式異步電動機又包括三鼠籠型、雙鼠 籠型和單鼠籠型三種；單相異步電動機又分為：交直流兩用式、罩極式、電容式 和分組式。 三相異步電動機是應用最為廣泛的一種電動機，它的主要分類見表 11： 第 23/59 頁 異步電機與直流電動機、三相同步電機不同，其轉(zhuǎn)子繞組無需與其他電源連接，因此具有結構簡單、效率高、控制方便、性能穩(wěn)定，以及制造容易，成本低廉，易于維修等優(yōu)點。 異步電機有較高的運行效率和較好的工作特性，從空載到滿載范圍內(nèi)接近恒速運行，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械的傳動 要求。異步電機還便于派生成各種防護形式，以適應不同環(huán)境條件的需要。 由于異步電機的轉(zhuǎn)速 n 與其旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速 n1有一定的轉(zhuǎn)差關系，其調(diào)速性能較差，對要求寬廣和平滑調(diào)速范圍的交通運輸機械印染及造紙機械等，采用直流電機較經(jīng)濟、方便。但近一、二十年來，以電力電子器件和微型計算機為基礎發(fā)展起來的異步電動機交流調(diào)速系統(tǒng)，使異步電動機的調(diào)速性能得以改善，因此其用途更加廣泛。 異步電機主要用作電動機，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，用來驅(qū)動各種用途的生產(chǎn)機械。例如：工業(yè)方面的各種加工中心、專用加工設備、數(shù)控機床、工業(yè)機器人、印刷機械、紡 織機械、泵和壓縮機、新型工業(yè)縫紉機等設備的控制 。機械制造工業(yè)、冶金工業(yè)、煤炭工業(yè)、石油工業(yè)、輕紡工業(yè)，化學工業(yè)及其他各工礦企業(yè)的控制；軍事和航天方面的衛(wèi)星姿態(tài)、飛船光電池對太陽跟蹤、雷達天線的控制。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面，電力排灌設備、打谷機、輾米機、榨油機、飼料粉碎機等大都由異步電動機拖動?？梢哉f各個領域都有采用它作驅(qū)動設備。 異步電機的發(fā)展趨勢 近年來我國已開始研究、設計、生產(chǎn)高效率異步電機。隨著我國加入 WTO 及機電行業(yè)產(chǎn)業(yè)結構和產(chǎn)品結構的調(diào)整，高效率異步電機將成為市場需求的主導 第 24/59 頁 產(chǎn)品。電機關鍵設備旨在衡量電機性能好壞的重要技術經(jīng)濟指標之一。隨著電機功率的增大，單位功率損耗相對減小，效率提高。普通大容量電機效率一般為95%到 98%，小容量電機一般為 80%到 92%。所謂高效電機，只有一個定性的概念，即設計制造出的電機效率較普通標準電機效率高出一 定水平。例如美國 70年代研制并推廣到歐洲和日本的高效率電動機的平均效率比普通電動 機提高了 2%到 3%，其現(xiàn)行 NEMA 高效率電動機較我國 Y 系列和 Y2 系列電機效率高 2%到 8%。 提高國內(nèi)異步電機的可靠性和經(jīng)濟性指標被列為 “ 十五 ” 計 劃基本任務的兩項重要內(nèi)容。國內(nèi)異步電機質(zhì)量和技術水平差距的其中兩個體現(xiàn)方面就可靠性差，經(jīng)濟指標落后。隨著科學技術的發(fā)展和人類環(huán)保意識的加強，人們越來越重視環(huán)境的噪聲污染問題。因此電機的噪聲成為考核產(chǎn)品競爭力的一個重要因素。為提高電機的品質(zhì)，必須采取措施消弱電磁噪聲。 第 25/59 頁 第 2 章 三相異步電動機的基本結構和工作原理 三相異步電動機的基本結構 三相異步電動機主要是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，轉(zhuǎn)子有鼠籠型及繞線型轉(zhuǎn)子兩種。定子與轉(zhuǎn)子之間有氣隙，中小 型三相異步電動機的氣隙一般為 ~2mm。 定子 異步電動機的定子是用來產(chǎn)生磁場的，它一般由定子鐵心、定子繞組和外殼組成。 （ 1）定子鐵心 定子鐵心一般由圓形鐵心沖片、齒壓板和壓圈等零件壓裝后，經(jīng)扣片或焊接緊固定成一體。鐵心沖片一般由相互絕緣的 厚的硅鋼片沖成，常用的硅鋼片有 D2 D23等型號。沖片內(nèi)圈有均勻分布的槽，用來嵌放定子繞組。定子鐵心的槽及開口三種。中小型低壓電機一般采用半閉口槽。 （ 2）定子繞組 三相異步電動機的定子繞組由對稱的三個繞組組成，每個繞組異步電動機的定子繞組由許多線 圈接一定的規(guī)律連接而成。中小型低壓電動機的線圈由高強度漆包線繞制、線圈與槽壁之間墊以槽絕緣。定子繞組在槽內(nèi)的布置分為單層繞組和雙層繞組兩種基本形式。 10kw 以下的小容器異步電動機常用單層同心式、鏈式或交叉式繞組。雙層繞組的優(yōu)點是可以靈活選擇節(jié)距以改善電動勢和磁通式波形，因此容量大的異步電動機都采用雙層短距疊繞組或波繞組。繞組嵌好后用槽楔鎖口壓緊，槽楔用竹、膠布板和環(huán)氧玻璃布板等非磁性材料組成。 （ 3）外殼 外殼包括機座、端蓋、軸承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。小型機座通常用灰鑄鐵鑄成。大、中型箱式電動機機座由鋼板 焊接而成。端蓋是支承軸并受徑向和軸向負荷的重要部件，由灰鑄鐵鑄成。有的機座的端蓋與外軸承蓋鑄成一體，具有裝配方便、節(jié)省工時等優(yōu)點。 轉(zhuǎn)子 異步電動機的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。 （ 1）轉(zhuǎn)子鐵心 轉(zhuǎn)子鐵心是用 0,5mm 厚的硅鋼片疊成的圓柱體，另一種是繞線轉(zhuǎn)子?；\型轉(zhuǎn)子是鑄鋁的或銅條焊接的籠型轉(zhuǎn)子，整個鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上，如果去掉鐵心，整個繞組的外形就像一個松籠子，所以習慣上又稱籠型轉(zhuǎn)子為鼠籠轉(zhuǎn)子。 （ 2）轉(zhuǎn)子繞組 轉(zhuǎn)子繞組分為籠型和繞線型兩種結構?；\型繞組有雙籠型及深槽型，這兩種轉(zhuǎn)子可改 善異步電動機的啟動性能，主要用于 100kw 以上的 第 26/59 頁 大中型電動機。繞線轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組一樣，也是由對稱三相繞組構成，一般接成星形聯(lián)結，三根引出線分別接到與轉(zhuǎn)軸絕緣的三個滑環(huán)（又稱集電環(huán)）上，通過電刷裝置可與外電組或其他控制器相連接，以改善電動機的啟動性能和調(diào)速性能。為了減少電刷與集電環(huán)的磨損，中等容量以上的繞線轉(zhuǎn)子電動機裝有舉刷裝置，電動機啟動后，可將電刷提起，同時將三個集電環(huán)短接。 （ 3）轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)軸一般用中碳鋼制成，轉(zhuǎn)子鐵心套在轉(zhuǎn)軸上或通過壓圈套在軸上，它支持著轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn) 子在定子內(nèi)腔均勻地旋轉(zhuǎn)，并傳導三相電動機所輸出的轉(zhuǎn)矩。 氣隙 如同其他旋轉(zhuǎn)電機一樣，異步電機的定子與轉(zhuǎn)子之間必須有一氣隙。由于氣隙是電機磁路的一部分，氣隙的大小對異步電動機的運行性能有很大影響。氣隙越大，磁阻越大，要產(chǎn)生同樣大小的旋轉(zhuǎn)磁場，就需要較大的勵磁電流，從而使異步電動機的功率因素下降。為了提高功率因素，氣隙應盡可能的小。但是的最小值常由制造工藝和運行安全可靠性等因素決定。從減少附加損耗并減少高次諧波磁通勢產(chǎn)生的磁通來看，氣隙稍大一點也有其有利的一面。但總的來說，異步電動機的氣隙比同步電機的小得多 ，在中小型異步電動機中，氣隙大約為 0,2mm~。 三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)與主要系列 每臺電動機的外殼上都應有一塊銘牌，銘牌上標出這臺電動機額定值及其他必要事項。 三相異步電動機的銘牌額定數(shù)據(jù) （ 1）型號 Y系列國產(chǎn)三相異步電動機型號是按國際電工委員會 IEC標準設計生產(chǎn)的新系列三相電動機，它是以電動機中心高為依據(jù)編制型號譜的，如：“Y180M 2” — Y：異步電動機； 180：中心高 180mm； M：中機座（ L長機座， S短機座）； 2： 2極。 （ 2）額定功率 指電動車在額定運行時，軸端輸出 的機械功率，單位為瓦（ W）或千瓦（ KW）。 （ 3）額定電壓 指電動機在額定運行時，加在定子繞組上的線電壓，單位為伏（ V）。如果銘牌上標有兩個電壓數(shù)據(jù)，如 220V/380V，表示電動機定子繞 組在兩種不同聯(lián)結時的線電壓。 （ 4）額定電流 指電動機在額定電壓下，軸端輸出額定功率時，定子繞組中的線電流，單位為安（ A）。如果銘牌上標有兩個電流數(shù)據(jù)，表示的定子繞組在兩種不同聯(lián)結時的輸入電流。 （ 5）額定頻率 指輸入交流電（即電網(wǎng)）的頻率，我國規(guī)定的電網(wǎng)頻率為 第 27/59 頁 50HZ，除出口電動機（多為 60HZ）外，國內(nèi)用的異步電動機的額定頻率都是 50HZ。 （ 6）額定轉(zhuǎn)速 指電動機在額定頻率、額定電壓下，且軸端輸出的額定功率時，轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn) /分 (r/min)。 （ 7）額定功率因數(shù) 指電動機額定運行時，定子相電壓與相電流之間的相位差。 （ 8）額定效率 指電動機在額定運行時的效率。 （ 9）絕緣等級 指電動機在額定運行時，繞組允許的溫度升高值（即繞組的溫度比周圍空氣穩(wěn)定高出的數(shù)值）。允許溫升的高低取決于電動機使用的絕緣材料。絕緣材料的耐熱等級見表 21，也有些電動機制造廠在銘牌上直接給出電動機的允 許溫升。 （ 10）標 準符號 至電動機產(chǎn)品按這個標準生產(chǎn)，技術數(shù)據(jù)能表達到這個標準的要求。 （ 11）工作制或定額 指三相電動機的運行狀態(tài)，即允許連續(xù)使用的時間，分為連續(xù)、短時、斷續(xù)周期三種。連續(xù)工作制（ S1）的電動機在銘牌規(guī)定的額定負數(shù)范圍內(nèi)允許長期連續(xù)使用。短時工作制（ S2）的電動機在銘牌規(guī)定的條件下，只能在規(guī)定的時間內(nèi)短時運行，短時運行的持續(xù)時間標準有四種： 10min、 30min、60min 及 90min，達到規(guī)定的時間后必須停機，待三相電動機完全冷卻后才可以開機運行。斷續(xù)周期工作制（ S3）的電動機在銘牌規(guī)定的額定值下只能周期 性使用，斷續(xù)運行常以負載持續(xù)率百分數(shù)表示，標準負載持續(xù)率分為四種： 15%、 25%、40%、 60%，每周期為 10min。 （ 12）聯(lián)結 指三相電動機定子繞組的六根引出線頭的接線方式，即接成 Y還是△ 。接線時必須注意電動機電壓、電流、聯(lián)結三者之間的關系。 異步電動機的主要系列 我國生產(chǎn)的異步電動機種類很多，主要系列產(chǎn)品有： Y系列為小型籠型全封閉的自冷式三相異步電動機，取代老產(chǎn)品