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三相异步电动机结构与工作原理

2014-1-21 23:05:18  22455 电动机
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本帖最后由 MOCOOding 于 2014-1-21 23:28 编辑

三相异步电动机结构与工作原理
三相异步电动机
实现电能与机械能相互转换的电工设备总称为电机。电机是利用电磁感应原理实现电能与机械能的相互转换。把机械能转换成电能的设备称为发电机,而把电能转换成机械能的设备叫做电动机。
在生产上主要用的是交流电动机,特别三相异步电动机,因为它具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、维护方便等优点。它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。
对于各种电动机我们应该了解下列几个方面的问题:(1)基本构造;(2)工作原理;(3)表示转速与转矩之间关系的机械特性;(4)起动、调速及制动的基本原理和基本方法;(5)应用场合和如何正确使用。
三相异步电动机的结构与工作原理
1.三相异步电动机的构造
       三相异步电动机的两个基本组成部分为定子(固定部分)和转子(旋转部分)。此外还有端盖、风扇等附属部分,如图5-1所示。
1.jpg
1).定子
       三相异步电动机的定子由三部分组成:
2.jpg
2).转子

       三相异步电动机的转子由三部分组成:
3.jpg
鼠笼式电动机由于构造简单,价格低廉,工作可靠,使用方便,成为了生产上应用得最广泛的一种电动机。
为了保证转子能够自由旋转,在定子与转子之间必须留有一定的空气隙,中小型电动机的空气隙约在0.2~1.0mm之间。
2.三相异步电动机的转动原理
1).基本原理

       为了说明三相异步电动机的工作原理,我们做如下演示实验,如图5-2所示。
4.jpg
        (1).演示实验:在装有手柄的蹄形磁铁的两极间放置一个闭合导体,当转动手柄带动蹄形磁铁旋转时,将发现导体也跟着旋;若改变磁铁的转向,则导体的转向也跟着改变。
       (2).现象解释:当磁铁旋转时,磁铁与闭合的导体发生相对运动,鼠笼式导体切割磁力线而在其内部产生感应电动势和感应电流。感应电流又使导体受到一个电磁力的作用,于是导体就沿磁铁的旋转方向转动起来,这就是异步电动机的基本原理。
       转子转动的方向和磁极旋转的方向相同。
       (3).结论:欲使异步电动机旋转,必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组。
       2).旋转磁场
(1).产生

       图5-3表示最简单的三相定子绕组AX、BY、CZ,它们在空间按互差1200的规律对称排列。并接成星形与三相电源U、V、W相联。则三相定子绕组便通过三相对称电流:随着电流在定子绕组中通过,在三相定子绕组中就会产生旋转磁场(图5-4)。
5.jpg
当wt=00时,iA=0,AX绕组中无电流;iB为负,BY绕组中的电流从Y流入B1流出;iC为正,CZ绕组中的电流从C流入Z流出;由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图5-4(a)所示。
当wt=1200时,iB=0,BY绕组中无电流;iA为正,AX绕组中的电流从A流入X流出;iC为负,CZ绕组中的电流从Z流入C流出;由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图5-4(b)所示。
当wt=2400时,iC=0,CZ绕组中无电流;iA为负,AX绕组中的电流从X流入A流出;iB为正,BY绕组中的电流从B流入Y流出;由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图5-4(c)所示。      

可见,当定子绕组中的电流变化一个周期时,合成磁场也按电流的相序方向在空间旋转一周。随着定子绕组中的三相电流不断地作周期性变化,产生的合成磁场也不断地旋,因此称为旋转磁场。
6.jpg
(2).旋转磁场的方向
旋转磁场的方向是由三相绕组中电流相序决定的,若想改变旋转磁场的方向,只要改变通入定子绕组的电流相序,即将三根电源线中的任意两根对调即可。这时,转子的旋转方向也跟着改变。
3).三相异步电动机的极数与转速
(1).极数(磁极对数p)
三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数。旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关。
当每相绕组只有一个线圈,绕组的始端之间相差1200空间角时,产生的旋转磁场具有一对极,即p=1;
当每相绕组为两个线圈串联,绕组的始端之间相差600空间角时,产生的旋转磁场具有两对极,即p=2;
同理,如果要产生三对极,即p=3的旋转磁场,则每相绕组必须有均匀安排在空间的串联的三个线圈,绕组的始端之间相差400(=1200/p)空间角。
极数p与绕组的始端之间的空间角q的关系为: 11.jpg
(2).转速n

三相异步电动机旋转磁场的转速n0与电动机磁极对数p有关,它们的关系是:
22.jpg                        (5-1)
由(5-1)可知,旋转磁场的转速n0决定于电流频率f1和磁场的极数p。对某一异步电动机而言,f1p通常是一定的,所以磁场转速n0是个常数。

在我国,工频f1=50Hz,因此对应于不同极对数p的旋转磁场转速n0,见表5-1
7.jpg
(3).转差率s
电动机转子转动方向与磁场旋转的方向相同,但转子的转速n不可能达到与旋转磁场的转速n0相等,否则转子与旋转磁场之间就没有相对运动,因而磁力线就不切割转子导体,转子电动势、转子电流以及转矩也就都不存在。也就是说旋转磁场与转子之间存在转速差,因此我们把这种电动机称为异步电动机,又因为这种电动机的转动原理是建立在电磁感应基础上的,故又称为感应电动机。
旋转磁场的转速n0常称为同步转速。
转差率s——用来表示转子转速n与磁场转速n0相差的程度的物理量。即:
                                                                              33.jpg                             (5-2)
转差率是异步电动机的一个重要的物理量。
当旋转磁场以同步转速n0开始旋转时,转子则因机械惯性尚未转动,转子的瞬间转速n=0,这时转差率S=1。转子转动起来之后,n>0,(n0-n)差值减小,电动机的转差率S<1。如果转轴上的阻转矩加大,则转子转速n降低,即异步程度加大,才能产生足够大的感受电动势和电流,产生足够大的电磁转矩,这时的转差率S增大。反之,S减小。异步电动机运行时,转速与同步转速一般很接近,转差率很小。在额定工作状态下约为0.015~0.06之间。
根据式(4-2),可以得到电动机的转速常用公式
                                                                                          44.jpg                        (5-3)

例  有一台三相异步电动机,其额定转速 n=975r/min,电源频率f=50Hz,求电动机的极数和额定负载时的转差率S
       解:由于电动机的额定转速接近而略小于同步转速,而同步转速对应于不同的极对数有一系列固定的数值。显然,与975r/min最相近的同步转速n0=1000r/min,与此相应的磁极对数p=3。因此,额定负载时的转差率为:
55.jpg
(4).三相异步电动机的定子电路与转子电路
三相异步电动机中的电磁关系同变压器类似,定子绕组相当于变压器的原绕组,转子绕组(一般是短接的)相当于副绕组。给定子绕组接上三相电源电压,则定子中就有三相电流通过,此三相电流产生旋转磁场,其磁力线通过定子和转子铁心而闭合,这个磁场在转子和定子的每相绕组中都要感应出电动势。


总结:
1、三相异步电动机的两个基本组成部分为定子(固定部分)和转子(旋转部分)。
2、欲使异步电动机旋转,必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组,并且旋转的磁场和闭合的转子绕组的转速不同,这也是“异步”二字的含义;
3、三相电源流过在空间互差一定角度按一定规律排列的三相绕组时,便会产生旋转磁场;
4、旋转磁场的方向是由三相绕组中电源相序决定的;
5、三相异步电动机旋转磁场的转速n0与电动机磁极对数p有关,它们的关系是:
66.jpg
6、转差率s——用来表示转子转速n与磁场转速n0相差的程度的物理量。即:
77.jpg

转差率是异步电动机的一个重要的物理量,异步电动机运行时,转速与同步转速一般很接近,转差率很小。在额定工作状态下约为0.015~0.06之间。
7、三相异步电动机中的电磁关系同变压器类似,定子绕组相当于变压器的原绕组,转子绕组(一般是短接的)相当于副绕组。





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· 2014-1-24 21:35:51
dddddddddddddddddddddddddd
· 2014-2-12 19:34:50
很帅气!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
· 2014-4-10 08:47:19
{:1:}
· 2014-4-15 21:24:28
挺详细的,复习了一下
· 2014-5-17 09:30:16
好东西,值得分享。
· 2014-6-20 17:00:12
{:1:}
· 2014-6-30 12:47:18
说的挺好!顶一个!!!!!!!!
· 2014-7-21 20:53:16
赞!!!!!!!!!!!!!!!!!
· 2015-1-18 11:05:49
楼主威武霸气。。。
· 2015-3-22 18:49:18
很好謝謝分享學習了
· 2015-3-25 17:41:35
很好謝謝分享學習了
· 2015-9-16 22:21:10
三相异步电动机结构与工作原理
· 2015-9-17 20:47:31

三相异步电动机结构与工作原理
· 2015-9-20 20:32:57
多谢楼主分享啊
· 2015-9-21 21:42:07
谢谢。正在学习。
· 2015-9-22 14:13:38
Take a look................
· 2015-9-23 12:06:11
多谢分享,继续学习。
· 2016-12-29 19:51:42
好东西
· 2017-1-7 22:35:01
好东西,很详细,感谢分享!

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