【文章內(nèi)容簡介】 三相異步電動機外形有開啟式、防護式、封閉式等多種形式，以適應不同的工作需要。在某些特殊場合，還有特殊的外形防護型式，如防爆式、潛水泵式等。不管外形如何電動機結構基本上是相同的?，F(xiàn)以封閉式電動機為例介紹三相異步電動機的結構。如圖 31所示是一臺封閉式三相異步電動機解體后的零部件圖。 定子部分 定子部分由機座、定子鐵心、定子繞組及端蓋、軸承等部件組成。 機座。機座用來支承定子鐵心和固定端蓋。中、小型電動機機座一般用鑄鐵澆成，大型 電動機多采用鋼板焊接而成。 定子鐵心。定子鐵心是電動機磁路的一部分。為了減小渦流和磁滯損耗，通常用 厚的硅鋼片疊壓成圓筒，硅鋼片表面的氧化層 (大型電動機要求涂絕緣漆 )作為片間絕緣，在鐵心的內(nèi)圓上均勻分布有與軸平行的槽，用以嵌放定子繞組。 3 定子繞組。定子繞組是電動機的電路部分，也是最重要的部分，一般是重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 4自動跟蹤系統(tǒng)設計 29 由絕緣銅 (或鋁 )導線繞制的繞組聯(lián)接而成。它的作用就是利用通入的三相交流電產(chǎn)生旋轉磁場。通常，繞組是用高強度絕緣漆包線繞制成各種型式的繞組，按一定的排列方式嵌入定子槽內(nèi)。槽口用槽楔 (一般為竹制 )塞 緊。槽內(nèi)繞組匝間、繞組與鐵心之間都要有良好的絕緣。如果是雙層繞組 (就是一個槽內(nèi)分上下兩層嵌放兩條繞組邊 )，還要加放層間絕緣。 軸承。軸承是電動機定、轉子銜接的部位，軸承有滾動軸承和滑動軸承兩類，滾動軸承又有滾珠軸承 (也稱為球軸承 )，目前多數(shù)電動機都采用滾動軸承。這種軸承的外部有貯存潤滑油的油箱，軸承上還裝有油環(huán)，軸轉動時帶動油環(huán)轉動，把油箱中的潤滑油帶到軸與軸承的接觸面上。為使?jié)櫥湍芊植荚谡麄€接觸面上，軸承上緊貼軸的一面一般開有油槽。 轉子部分 轉子是電動機中的旋轉部分，如圖 1 中的部件 5 一般 由轉軸、轉子鐵心、轉子繞組、風扇等組成。轉軸用碳綱制成，兩端軸頸與軸承相配合。出軸端銑有鍵槽，用以固定皮帶輪或聯(lián)軸器。轉軸是輸出轉矩、帶動負載的部件。轉子鐵心也是電動機磁路的一部分。由 厚的硅鋼片疊壓成圓柱體，并緊固在轉子軸上。轉子鐵心的外表面有均勻分布的線槽，用以嵌放轉子繞組。 三相交流異步電動機按照轉子繞組形式的不同，一般可分為籠型異步電動機和繞線型異步電動機。 籠型轉子線槽一般都是斜槽 (線槽與軸線不平行 )，目的是改善起動與調速性能。其外形如圖 31 中的第 5 部分；籠型繞組 (也稱為導條 )是在轉子 鐵心的槽里嵌放裸銅條或鋁條，然后用兩個金屬環(huán) (稱為端環(huán) )分別在裸金屬導條兩端把它們?nèi)拷油?(短接 )，即構成了轉子繞組；小型籠型電動機一般用鑄鋁轉子，這種轉子是用熔化的鋁液澆在轉子鐵心上，導條、瑞環(huán)一次澆鑄出來。如果去掉鐵心，整個繞組形似鼠籠，所以得名籠型繞組，如圖 2所示。 (a) 直條形式 (b) 斜條形式 圖 32籠型異步電動機的轉子繞組形式 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 4自動跟蹤系統(tǒng)設計 30 繞線型轉子繞組與定子繞組類似，由鑲嵌在轉子鐵心槽中的三相繞組組成。繞組一般采用星形連接，三相繞組繞 組的尾端接在一起，首瑞分別接到轉軸上的 3個銅滑環(huán)上，通過電刷把 3 根旋轉的線變成了固定線，與外部的變阻器連接，構成轉子的閉合回路，以便于控制，如圖 3 所示。有的電動機還裝有提刷短路裝置，當電動機起動后又不需要調速時，可提起電刷，同時使用 3 個滑環(huán)短路，以減少 電刷摩擦。 圖 33繞線式異步電動機的轉子 兩種轉子相比較，籠型轉子結構簡單，造價低廉，并且運行可靠，因而應用十分廣泛。繞線型轉子結構較復雜，造價也高，但是它的起動性能較好，并能利用變阻器阻值的變化，使電動機能在一定范圍內(nèi)調速；在起動頻繁、需要較大起動轉 矩的生產(chǎn)機械 (如起重機 )中常常被采用。 一般電動機轉子上還裝有風扇或風翼 (如圖 31中部件 8)，便于電動機運轉時通風散熱。鑄鋁轉子一般是將風翼和繞組 (導條 )一起澆鑄出來，如圖 33(b)所示。 氣隙 所謂氣隙就是定子與轉子之間的空隙。中小型異步電動機的氣隙一般為～ 。氣隙的大小對電動機性能影響較大，氣隙大。磁阻也大，產(chǎn)生同樣大小的磁通，所需的勵磁電流 Im 也越大，電動機的功率因數(shù)也就越低。但氣隙過小，將給裝配造成困難，運行時定、轉子容易發(fā)生摩擦，使電動機運行不可靠。 三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù) 三相異步電動機在出廠時，機座上都固定著一塊銘牌，銘牌上標注著額定數(shù)據(jù)。主要的額定數(shù)據(jù)為： 額定功率 PN(kW)：指電動機額定工作狀態(tài)時，電動機軸上輸出的機械功率。 NNNNN CO SUI3P ??? 額定電壓 UN(v)：指電動機額定工作狀態(tài)時，電源加于定子繞組上的線電壓。 額定電流 IN(A)：指電動機額定工作狀態(tài)時，電源供給定子繞組上的線電流。 額定轉速門 nN(r/min)：指 電動機額定工作狀態(tài)時，轉軸上的每分轉速。 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 4自動跟蹤系統(tǒng)設計 31 額定頻率 fN(Hz)：指電動機所接交流電源的頻率。 額定工作制：指電動機在額定狀態(tài)下工作，可以持續(xù)運轉的時間和順序，可分為額定連續(xù)工作的定額 S短時工作的定額 S斷續(xù)工作的定額 S3等 3種。 此外，銘牌上還標明繞組的相數(shù)與接法 (接成星形或三角形 )、絕緣等級及溫升等。對繞線轉子異步電動機，還應標明轉子的額定電動勢及額定電流。 三相異步電動機的工作原理 三相異步電動機的工作原理 三相異步電動機的工作原理是基于定子旋轉磁場和轉子電流的相互作用。 圖 34 假設定子只有一對磁極，轉子只有一匝繞組。在旋轉磁場的作用下，轉子導體切割磁力線（其方向與旋轉磁場的旋轉方向相反），因而在導體內(nèi)產(chǎn)生感應電動勢 e從而產(chǎn)生感應電流 i。根據(jù)安培電磁力定律，轉子電流與旋轉磁場相互作用產(chǎn)生電磁力 F（其方向用左手定則決定），這力在轉子的軸上形成電磁轉矩，且轉矩作用方向與旋轉磁場的旋轉方向相同，轉子受此轉矩的作用，按旋轉磁場的旋轉方向旋轉起來。如圖 34所示。 定子旋轉磁場 假設每相繞組只有一個線匝，分別嵌放在定子內(nèi)圓周的 6 個凹槽之中?，F(xiàn)將三相繞組的末端 U V W2 相連，首端 U V W1 接三相交流電源。且三相繞組分別叫做 U、 V、 W相繞組。如 35 所示。 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 4自動跟蹤系統(tǒng)設計 32 圖 35 假定定子繞組中電流的正方向規(guī)定為從首端流向末端，且 A 相繞組的電流作為參考正弦量，即 iU 的初相位為零，則三相繞組 U、 V、 W 的電流（相序為 U— V— W）的瞬時值為： 如圖 36所示是這些電流隨時間變化的曲線。 圖 36 t=0 時 iU=0， iV 為負，電流實際方向與正方向相反，即電流從 V2 端流到 V1端； iW 為正，電流實際方向與正方向一致，即電流從 W1 端流到 W2 端。按右手螺旋法則確定三相電流產(chǎn)生的合成磁場如圖 37（ a）箭頭所示。 t=π /2 ia 為正，電流實際方向與正方向一致，即電流從 U1 端流到 U2 端。 Iv、iw 為負，電流實際方向與正方向相反，即電流從 V W2 端流到 V W1 端；此時的合成磁場如圖 37（ b）所示，合成磁場已從 t=0 瞬間所在位置順時針方向旋轉Wm 4si n( )3i I t ????Vm 2si n( )3i I t ????Umsini I t??重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 4自動跟蹤系統(tǒng)設計 33 了 90。 圖 37 t=π iu=0， iv 為正，電流實際方向與正方向一致，即電流從 v1 端流到v2 端。 Iw為負，電流實際方向與正方向相反，即電流從 W2 端流到 W1 端；此時的合成磁場 如圖 38（ c）所示，合成磁場已從 t=0 瞬間所在位置順時針方向旋轉了 180。 t=3π /2 IU 為負 ,電流實際方向與正方向相反， Iv\iW 為正，電流實際方向與正方向一致，即電流從 V W1 端流到 V W2端。此時的合成磁場如圖 38（ d）所示，合成磁場已從 t=0 瞬間所在位置順時針方向旋轉了 3π /2 。按以上分析可以證明：當三相電流隨時間不斷變化時，合成磁場也在不斷旋轉，故稱旋轉磁場。 圖 38 旋轉磁場的旋轉方向 和速度 U 相繞組內(nèi)的電流超前 V相繞組內(nèi)的電流 2π /3，而 V相繞組內(nèi)的電流又超前W 相繞組內(nèi)的電流 2π /3，當三相交流電的 U→ V→ W，旋轉磁場的旋轉方向為從 U→ V→ W，即向順時針方向旋轉。 在交流電動機中，旋轉磁場相對定子的旋轉速度被稱為同步速度，用 n0 表示。 0 60nf? 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 4自動跟蹤系統(tǒng)設計 34 以上討論的旋轉磁場，具有一對磁極（磁極對數(shù)用 p表示）即 p=1。 從上述分析可以看出，電流變化經(jīng)過一個周期（變化 360 電角度），旋轉磁場在空間也旋轉了一轉（轉了 360 機械角度），若電流的頻率為 f， 旋轉磁場每分鐘將旋轉 60f 轉，即：如果把定子鐵心的槽數(shù)增加 1 倍（ 12 個槽），制成如圖 39所示的三相繞組。其中，每相繞組由兩個部分串聯(lián)組成，再將這三相繞組接到對稱三相電源使通過對稱三相電流，便產(chǎn)生具有兩對磁極的旋轉磁場。如圖 39 所示。 圖 39 對應于不同時刻，旋轉磁場在空間轉到不同位置，此情況下電流變化半個周期，旋轉磁場在空間只轉過了 /2，即 1/4 轉，電流變化一個周期，旋轉磁場在空間只轉了 1/2轉。由此可知，當旋轉磁場具有兩對磁極（ p=2）時，其旋轉速度僅 為一對磁極時的一半。依次類推，當有 p對磁極時，其轉速為： 0 60fn p? 所以，旋轉磁場的旋轉速度與電流的頻率成正比而與磁級對數(shù)成反比。 圖 310 為 24 槽 4極三相異步電動機旋轉磁場。 圖 310 轉差率 S 轉子的旋轉速度稱為電動機的轉速，用 n 表示。由工作原理可知：轉子的轉速 n（電動機的轉速）恒比旋轉磁場的旋轉速度 n0（同步速度）要小。因為如果兩種速度相等時，轉子和旋轉磁場沒有相對運動，轉子導體不切割磁力線，因此，不能產(chǎn)生電磁轉矩，轉子將不能繼續(xù)旋轉。因此，轉子與旋轉磁場之間的轉速差是保證轉子轉速的主要因素，也是異步電動機的由來。 定義：轉速差 (n0n)與同步轉速 n0 的比值稱為異步電動機的轉差率，用表示S，即 0 0nnS n?? 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 4自動跟蹤系統(tǒng)設計 35 轉差率 S是分析異步電動機運行特性的主要參數(shù) 異步電動機的三種運行狀態(tài) 根據(jù)轉差率的大小和正負，異步電動幾有三種運行狀態(tài)。 電動機運行狀態(tài)所對應的轉差率區(qū)間為： 10 ??s （ 01 ??nn )。特點是 n與 1n 同方向，且 1nn? ，電磁轉矩是驅動性質的，將電能變?yōu)闄C械能。 發(fā)電機運行狀態(tài)所對應的轉差率區(qū)間為： 0???? s （ 1nn??? )。特點是 n與 1n 同方向且 1nn? ，電磁轉矩是制動性質的，將機械 能變?yōu)殡娔堋? 電磁制動運行狀態(tài)所對應的轉差率區(qū)間為： ????s1 （ ????n0 ）。特點是 n與 1n 反方向；轉子導體以高于同步的速度切割旋轉磁場，電磁轉矩是制動的，定子從電網(wǎng)吸收的電能和轉子的機械能都變成電機內(nèi)部的損耗而轉換為熱能 (電源反接制動就是一個例子 )。 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 4自動跟蹤系統(tǒng)設計 36 4 電動機的控制 對三相異步電動機的控制 三相異步電動機的ㄚ △減壓起動控制 三相籠型異步電動機具有結構簡單、價格便宜、 堅固耐用、維修方便等優(yōu)點，因而獲得了廣泛的應用。它的起動控制有直接（全壓）起動和減壓起動兩種方式。對于較大容量的籠型異步電動機（大于 10KW），其起動電流較大，一般采用減壓起動的方式起動。 減壓起動是利用某些設備或者采用電動機定子繞組換接的方法，降低起動時加在電動機定子繞組上的電壓，而起動后再將電壓恢復到額定值，使之在正常電壓下運行。 三相異步電動機ㄚ △減壓起動的繼電器控制 星形 三角形減壓起動用于定子繞組在正常運行時接為三角形的電動機。在電動機起動時將定子繞組接成星形，實現(xiàn)減壓起動。正常運轉 時再換接成三角形接法。 圖 41 ㄚ △減壓起動的繼電器控制電路圖 圖 41 中主電路通過三組接觸器主觸點將電動機的定子繞組接成三角形或星重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文