第10章三相異步電動機概述10.1電動機的分類10.2三相異步電動機的工作原理10.3三相異步電動機的結(jié)構(gòu)10.4三相異步電動機的接線10.5三相異步電動機銘牌識讀

10.1電動機的分類

交流電動機是實現(xiàn)機械能與交流電能之間互相轉(zhuǎn)換的一種裝置，其可以分為以下幾類：

(1)按其使用電源不同，交流電動機可分為直流電動機和交流電動機兩大類。三相交流電動機中，由于產(chǎn)生磁場和力矩都是由定子電壓完成的，互相很難解耦，又不能獨立控制，所以，交流傳動比直流傳動更加復(fù)雜。但是交流電動機制造簡單，維護(hù)簡易，耐用而且成本低，得到了廣泛的應(yīng)用。電力系統(tǒng)中的電動機大部分是交流電動機。

(2)按其原理不同，交流電動機可分為同步電動機和異步電動機兩大類。同步電動機的旋轉(zhuǎn)速度與交流電源的頻率有嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，在運行中轉(zhuǎn)速嚴(yán)格保持恒定不變；異步電動機的定子磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步，轉(zhuǎn)速隨著負(fù)載的變化稍有變化。

(3)按其所需交流電源相數(shù)的不同，交流電動機可分為單相和三相兩大類。目前使用最廣泛的是三相異步電動機，這是由于三相異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、堅固耐用、使用維護(hù)方便等優(yōu)點。在沒有三相電源的場合及一些功率較小的電動機則廣泛使用單相異步電動機。

(4)按其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，交流電動機可分為鼠籠式和繞線式兩大類。其中鼠籠式應(yīng)用最為廣泛。

10.2三相異步電動機的工作原理

1.磁鐵旋轉(zhuǎn)對導(dǎo)體的作用圖10-1(b)是與圖10-1(a)對應(yīng)的原理簡化圖。當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時，閉合線圈的上、下兩段導(dǎo)線會切割磁鐵產(chǎn)生的磁場，兩段導(dǎo)線都會產(chǎn)生感應(yīng)電流。由于磁鐵沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，假設(shè)磁鐵不動，那么線圈就被認(rèn)為沿順時針方向運動。

線圈產(chǎn)生的電流方向判斷：從圖10-1(b)中可以看出，磁場方向由上往下穿過導(dǎo)線，上段導(dǎo)線的運動方向可以看成向右，下段導(dǎo)線則可以看成向左，根據(jù)右手定則可以判斷出線圈的上段導(dǎo)線的電流方向由外往內(nèi)，下段導(dǎo)線的電流方向則由內(nèi)往外。圖10-1單匝閉合線圈旋轉(zhuǎn)原理

如果將圖10-1中的單匝閉合導(dǎo)體轉(zhuǎn)子換成圖10-2(a)所示的鼠籠式轉(zhuǎn)子，然后旋轉(zhuǎn)磁鐵，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鼠籠式轉(zhuǎn)子也會隨磁鐵一起轉(zhuǎn)動。圖中鼠籠式轉(zhuǎn)子的兩端是金屬環(huán)，金屬環(huán)中間安插多根金屬條，每兩根相對應(yīng)的金屬條通過兩端的金屬環(huán)構(gòu)成一組閉合的線圈，所以鼠籠式轉(zhuǎn)子可以看成是多組閉合線圈的組合。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁鐵時，鼠籠式轉(zhuǎn)子上的金屬條會切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，有電流通過的金屬條受磁場的作用力而運動。根據(jù)圖10-2(b)可分析出，各金屬條的受力方向都是逆時針方向，所以鼠籠式轉(zhuǎn)子沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)起來。圖10-2鼠籠式轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)原理

綜上所述，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁鐵時，磁鐵產(chǎn)生的磁場也隨之旋轉(zhuǎn)，處于磁場中的閉合導(dǎo)體會因此切割磁感線而產(chǎn)生感應(yīng)電流，而有感應(yīng)電流通過的導(dǎo)體在磁場中又會受到磁場力，在磁場力的作用下導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)起來。

2.異步電動機的工作原理

采用旋轉(zhuǎn)磁鐵產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場讓轉(zhuǎn)子運動，并沒有實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換成機械能。實踐和理論都證明，如果在轉(zhuǎn)子的圓周空間放置互差120°的3組繞組，如圖10-3所示，然后將這3組繞組按星形或三角形接法接好(圖10-4是按星形接法接好的3組繞組)，將3組繞組與三相交流電壓接好，有三相交流電流流進(jìn)3組繞組，這3組繞組會產(chǎn)生類似圖10-2所示的磁鐵產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場，處于此旋轉(zhuǎn)磁場中的轉(zhuǎn)子上的各閉合導(dǎo)體有感應(yīng)電流產(chǎn)生，磁場對有電流流過的導(dǎo)體產(chǎn)生作用力，推動各導(dǎo)體按一定的方向運動，轉(zhuǎn)子也就運轉(zhuǎn)起來了。圖10-3三相電動機互差120°三繞組圖圖10-43組繞組與三相電源星形(Y形)連接圖

圖10-3實際上是三相異步電動機的結(jié)構(gòu)示意圖。繞組繞在鐵芯支架上，由于繞組和鐵芯都固定不動，因此稱為定子，定子中間是鼠籠式的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的運轉(zhuǎn)可以看成是由繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場推動的，旋轉(zhuǎn)磁場有一定的轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速(又稱同步轉(zhuǎn)速)n、三相交流電的頻率f和磁極對數(shù)p(一對磁極有兩個相異的磁極)有以下關(guān)系：

例如，一臺三相異步電動機定子繞組的交流電壓頻率f?=?50Hz，定子繞組的磁極對數(shù)p?=?3，那么旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)數(shù)n=60?×?50/3=1000(r/min)。

電動機在運轉(zhuǎn)時，其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場方向是相同的，轉(zhuǎn)子是由旋轉(zhuǎn)磁場作用轉(zhuǎn)動的，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速要小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，并且要滯后于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，也就是說，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速是不同步的。這種轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速不同步的電動機稱為異步電動機。

10.3三相異步電動機的結(jié)構(gòu)

三相異步電動機主要由定子和轉(zhuǎn)子兩個部分組成，如圖10-5所示。圖10-5三相異步電動機的組成

1.定子部分

定子部分包括機座、定子鐵芯和定子繞組。機座通常用鑄鐵或鑄鋼制成，鐵芯用硅鋼片疊成圓筒形，鐵芯的內(nèi)圓上有若干分布均勻的平行槽，槽內(nèi)安裝定子繞組。

定子繞組通常由涂有絕緣漆的銅線繞制而成，再將繞制好的銅線按一定的規(guī)律嵌入定子鐵芯的小槽內(nèi)，具體見圖10-5局部放大部分。繞組嵌入小槽后，按一定的方法將槽內(nèi)的繞組連接起來，使整個鐵芯內(nèi)的繞組構(gòu)成U、V、W三相繞組，再將三相繞組的首、末端引出來，接到接線盒的U1、U2、V1、V2、W1、W2接線柱上。接線盒各接線柱與電動機內(nèi)部繞組的連接關(guān)系如圖10-6所示。圖10-6接線盒各接線端與內(nèi)部繞組的連接關(guān)系

2.轉(zhuǎn)子部分

轉(zhuǎn)子部分由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸等部分組成。轉(zhuǎn)子鐵芯也由硅鋼片疊成，并固定在轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)子的外圓周上也有若干分布均勻的平行槽，用于安置轉(zhuǎn)子繞組。

轉(zhuǎn)子繞組根據(jù)其結(jié)構(gòu)可分為鼠籠式和繞線式兩種

1)鼠籠式轉(zhuǎn)子

鼠籠式轉(zhuǎn)子是在轉(zhuǎn)子鐵芯的每一條槽內(nèi)插入一根裸導(dǎo)條，在鐵芯兩端分別用兩處短路環(huán)把導(dǎo)條連接成一個整體，形成一個自身閉合的短路繞組。如去掉鐵芯，整個繞組就像一個鼠籠，所以稱為鼠籠式電動機。中小型電動機的鼠籠式轉(zhuǎn)子一般采用鑄鋁，大型電動機則采用銅導(dǎo)條，如圖10-7所示。圖10-7鼠籠式轉(zhuǎn)子示意圖

2)繞線式轉(zhuǎn)子

繞線式轉(zhuǎn)子外形如圖10-8所示，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖10-9所示。繞線式轉(zhuǎn)子繞組是在平行槽內(nèi)嵌入對稱的三相繞組，并把它接成星形，其末端接在一起，首端分別接在轉(zhuǎn)軸上的三個彼此絕緣的滑環(huán)上，經(jīng)電刷與變阻器連接，這樣轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生的電流通過集電環(huán)、電刷、變阻器構(gòu)成回路(如圖10-10所示)。調(diào)節(jié)變阻器可以改變轉(zhuǎn)子繞組回路的電阻，以此來改變繞組的電流，從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。這種電動機稱為繞線式電動機。圖10-8繞線式轉(zhuǎn)子圖10-9線繞式轉(zhuǎn)子繞組圖10-10按星形連接的轉(zhuǎn)子繞組

3.三相異步電動機的其他附件

(1)端蓋：起支撐作用。

(2)軸承：連接轉(zhuǎn)動部分與不動部分。

(3)軸承端蓋：保護(hù)軸承。

(4)風(fēng)扇：冷卻電動機。

10.4三相異步電動機的接線

1.接線盒

三相異步電動機的定子繞組由U、V、W三相繞組組成，這三相繞組有6個接線端，它們與接線盒的6個接線柱連接。三相繞組的6個接線柱排成上下兩排，并規(guī)定上排三個接線柱自左至右排列的編號為1(U1)、2(V1)、3(W1)，下排三個接線柱自左至右排列的編號為6(W2)、4(U2)、5(V2)，凡制造和維修時均應(yīng)按這個序號排列。接線盒如圖10-11所示。圖10-11電動機接線盒內(nèi)有六個接線端

2.星形接線

要將定子繞組接成星形，可按圖10-12(a)所示的方法接線。接線時，用短路線把接線盒中的W2、U2、V2接線柱短接起來，這樣就將電動機內(nèi)部的繞組接成了星形，如圖10-12(b)所示。圖10-12定子繞組按星形接法接線

3.三角形接線

要將電動機內(nèi)部的三相繞組接成三角形，可用短路線將接線盒中的U1和W2、V1和U2、W1和V2接線柱按圖10-13所示連接起來，然后從U1、V1、W1接線柱分別引出導(dǎo)線，與三相交流電源的3根相線連接。圖10-13定子繞組按三角形接法接線

10.5三相異步電動機銘牌識讀

三相異步電動機一般會在外殼上安裝一個銘牌，銘牌就相當(dāng)于簡單的說明書，它標(biāo)注了電動機的型號、主要技術(shù)參數(shù)等信息。電動機銘牌對交流調(diào)速系統(tǒng)的控制非常重要，尤其是電動機額定電壓、額定頻率。下面以圖10-14所示的銘牌為例來說明銘牌上各項內(nèi)容的含義。圖10-14三相異步電動機的銘牌

(1)型號(Y112M-4)。型號通常由字母和數(shù)字組成，其含義說明如圖10-15所示。圖10-15型號含義

(2)額定功率(功率4.0kW)。額定功率是在額定狀態(tài)工作時電動機所輸出的機械功率。

(3)額定電流(電流8.8A)。額定電流是在額定狀態(tài)工作時流入電動機定子繞組的電流。

(4)額定電壓(電壓380V)。額定電壓是在額定狀態(tài)工作時加到定子繞組的線電壓。

(5)額定轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)速1440r/min)。額定轉(zhuǎn)速是在額定工作狀態(tài)時電動機轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速。

(6)噪聲等級(LW82dB)。噪聲等級通常用LW值表示，LW值的單位是dB(分貝)。LW值越小，表示電動機運轉(zhuǎn)時噪聲越小。

(7)連接方式(△連接)。連接方式是指在額定電壓下定子繞組采用的連接方式，連接方式有三角形(△形)連接方式和星形(Y形)連接方式兩種。

(8)防護(hù)等級(IP44)。防護(hù)等級表示電動機外殼采用的防護(hù)方式。IP11是開啟式，IP22、IP33是防護(hù)式，而IP44是封閉式。

(9)工作頻率(50Hz)。工作頻率表示電動機所接交流電源的頻率。

(10)工作制(S1)。工作制是指電動機的運行方式，一般有3種：S1(連續(xù)運行)、S2(短時運行)和S3(斷續(xù)運行)。連續(xù)運行是指電動機在額定條件下(即銘牌要求的條件下)可長時間連續(xù)運行；短時運行是指在額定條件下只能在規(guī)定的短時間內(nèi)運行，運行時間通常有10