理论教育 三相异步电动机的结构和工作原理详解

三相异步电动机的结构和工作原理详解

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:三相异步电动机的结构如图1-34所示。图1-39 联结盒连接方法图1-40 定子三相绕组的星形()联结和三角形(△)联结2.工作原理三相异步电动机的工作原理实际上就是电磁感应原理。所以说,三相异步电动机转子电流对定子绕组电流有着直接的影响。三相异步电动机旋转磁场的旋转方向又与绕组中电流的相序有关。

三相异步电动机的结构和工作原理详解

三相异步电动机的种类很多,但不同类型的三相异步电动机的结构基本相同,其外形如图1-33所示。

1.基本结构

三相异步电动机主要由定子和转子两部分组成,它们之间由0.2~2mm的气隙分开。此外,还有端盖、风扇、转子轴、接线盒等其他部件。三相异步电动机的结构如图1-34所示。

(1)定子

定子是用来产生磁场的部件,由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成,绕组安放在铁心上。如图1-35所示。当接入三相电源时,便产生旋转磁场。

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图1-33 三相异步电动机外形

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图1-34 三相异步电动机结构

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图1-35 定子结构

(2)转子

三相异步电动机的转子有笼型转子和绕线转子两种:

①笼型转子。笼型转子主要由转子硅钢片、转子绕组、转子铁心、转轴等组成。笼型转子的槽内放置有绝缘的裸铜条,铜条的两端用短路环焊起来形成一个笼型。小型笼型电动机一般都采用在转子槽中浇铸铝铸成笼型,同时在端环上装有风扇叶片,作为冷却风扇。笼型转子的结构如图1-36所示。

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图1-36 笼型转子

②绕线转子。绕线转子的结构与定子相似,也是一个对称的三相绕组,其外形结构如图1-37所示。

绕线转子的三相绕组一般成星形联结,三个出线头接到转轴的集电环上,再通过电刷与外电路连接,其联结方式如图1-38所示。

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图1-37 绕线转子

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图1-38 绕线转子的三相绕组星形联结

(3)绝缘方式

三相异步电动机的绝缘项目主要有对地绝缘、相间绝缘、匝间绝缘。采用的绝缘材料有绝缘漆、绝缘纸、绝缘导管(黄蜡管)等。(www.daowen.com)

(4)联结方式

1)联结盒连接方法。三相异步电动机接线盒采用三角形(△)联结,如图1-39所示。

2)定子三相绕组联结方式。三相异步电动机定子三相绕组的联结方式有星形(978-7-111-30265-0-Chapter01-38.jpg)联结和三角形(△)联结两种。如图1-40所示。

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图1-39 联结盒连接方法

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图1-40 定子三相绕组的星形(978-7-111-30265-0-Chapter01-41.jpg)联结和三角形(△)联结

2.工作原理

三相异步电动机的工作原理实际上就是电磁感应原理。当电动机的定子绕组通以三相交流电时,便在转子与定子的气隙中产生旋转磁场。假设旋转磁场以n1的速度顺时针方向旋转,就会使静止的转子绕组因旋转磁场产生相对运动,从而在转子导体中产生感应电动势,这个过程通常称为转子导体切割磁力线,并产生感应电动势。其方向可根据右手定则判断(假定磁场不动,导体以相反的方向切割磁力线)。如图1-41所示,可以确定出上半部导体的感应电动势垂直于纸面向外,下半部导体的感应电动势垂直于纸面向里。由于转子电路为闭合电路,在感应电动势的作用下,就产生了感应电流。因为载流导体在磁场中要受到力的作用,因此可以用左手定则确定转子导体所受电磁力的方向。这些电磁力对转轴形成一种电磁转矩,其作用方向与旋转磁场的旋转方向一致。这样,转子便以一定的速度(n2)沿转子磁场的旋转方向转动起来。电动机的旋转原理就是通过电磁线圈产生的电磁场使转子受力并不停地转动。

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图1-41 三相异步电动机的工作原理

(1)产生电磁转矩的条件

三相异步电动机的电磁转矩产生必须具备两个条件:一是气隙中有旋转磁场;二是转子导体中有感应电流。这两个条件是缺一不可的。对于一台正常的三相异步电动机,在三相对称的定子绕组中通以三相对称的电流就能产生旋转磁场,而处于静止状态的转子绕组在感应电动势的作用下能够形成感应电流,从而产生电磁力矩。如果旋转磁场反转,则转子的旋转方向也随之改变;如果电动机不带负载(也称空载),则称为空载转矩,空载转矩是由轴与轴承之间的摩擦阻力造成的,其值很小。这时电动机的电磁转矩也很小,但其转速n0(空载转速)很高,接近于同步转速;如果电动机的负载增大,则转子电流增大,在外加电压不变时,定子绕组电流也增大,从而抵消转子磁通势对旋转磁通的影响。所以说,三相异步电动机转子电流对定子绕组电流有着直接的影响。

(2)旋转磁场产生的过程

三相异步电动机要旋转起来的先决条件是定子绕组能够产生旋转磁场,但由于电源相与相之间的电压在相位上是相差120°的,因此三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也相差120°。这样,当定子绕组通入三相电源时,定子绕组就会产生一个旋转磁场,其产生的过程如图1-42所示。从图中可以看出,电流每变化一个周期,旋转磁场在空间旋转一周,即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为

n=60f/p

式中,f为电源频率;p为磁场的磁极对数n为转速。

由上式可知,电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关。通过改变磁极或改变频率(变频法)即可改变电动机转速。

三相异步电动机旋转磁场的旋转方向又与绕组中电流的相序有关。当相序A、B、C顺时针排列时,磁场顺时针方向旋转,如果将A、B、C三相任意两根线对调,例如将B相电流通入C相绕组中,C相电流通入B相绕组中,则相序变为C、B、A,则磁场必然逆时针方向旋转。在实际使用中,利用这一特性就可以很方便地改变三相电动机的旋转方向。

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图1-42 三相异步电动机旋转磁场产生的过程

注:Ia为绕组A-X的电流,Ib为绕组B-Y的电流,Ic为绕组C-Z的电流。

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