異步電動機的基本原理分析

盧 山

安徽省亳州益源電力有限責(zé)任公司，安徽毫州 236817

異步電動機的基本原理分析

盧 山

安徽省亳州益源電力有限責(zé)任公司，安徽毫州 236817

異步電動機有不帶換向器和帶換向器的，但習(xí)慣上所說的異步電動機是指不帶換向器的異步電機。這種異步電機的定子繞組接上電源以后，由電源供給勵磁電流建立磁場，依靠電磁感應(yīng)作用，使轉(zhuǎn)子繞組感生電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，以實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換，因其轉(zhuǎn)子電流是由電磁感應(yīng)作用而產(chǎn)生的，因而也稱感應(yīng)電機。

異步電動機；電磁感應(yīng)；能量

1 異步電動機

1.1 異步電動機的優(yōu)點

在異步電動機的結(jié)構(gòu)中，其轉(zhuǎn)子繞組不和別的電源相連接，異步電動機的定子電流是從交流電力系統(tǒng)中直接獲取的；如果把異步電電動機和其他類型的電動機相比較，異步電動機不但具有結(jié)構(gòu)簡單、制造迅捷、使用方便、維護簡便等特征，而且其運行的可靠性比較高。我們把三相異步電動機和相同功率、相同轉(zhuǎn)速的其他直流電動機相比較，三相異步電動機的重量大約只占其他直流電動機的一半，成本也只占其成本的1/3。由于異步電動機具有以上優(yōu)點，因此可以按照使用環(huán)境的不同制造出不同的產(chǎn)品。異步電動機的速度基本接近恒速，可以滿足許多機械拖動的需要。

1.2 異步電動機的局限性

由于異步電動機的調(diào)速性能不夠優(yōu)良，因此，如果在相對比較寬闊且平滑的調(diào)速范圍內(nèi)使用，就不如其他直流電動機便宜、方便。此外,異步電動機運行時,從電力系統(tǒng)吸取無功功率以勵磁，這會導(dǎo)致電力系統(tǒng)的功率因數(shù)變壞。因此，在大功率、低轉(zhuǎn)速場合（如拖動球磨機、壓縮機等）不如用同步電動機合理。 異步電動機的應(yīng)用：由于異步電動機生產(chǎn)量大,使用面廣,要求其必須有繁多的品種、規(guī)格與各種機械配套。因此，異步電動機的設(shè)計、生產(chǎn)特別要注意標準化、系列化、通用化。在各類系列產(chǎn)品中，以產(chǎn)量最大、使用最廣的三相異步電動機系列為基本系列；此外還有若干派生系列（在基本系列基礎(chǔ)上作部分改變導(dǎo)出的系列）、專用系列（為特殊需要設(shè)計的具有特殊結(jié)構(gòu)的系列）。異步電動機的種類繁多，有防爆型三相異步電動機、ys系列三相異步電動機、y、y2系列三相異步電動機、YVP系列變頻調(diào)速電動機等。新中國第一臺異步電動機于50年代初在合肥工業(yè)大學(xué)誕生。

1.3 異步電動機的選用

為生產(chǎn)機械選擇合適的電動機，包括確定電動機的額定電壓、額定轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)型式和額定容量等。主要考慮以下4個方面的問題。根據(jù)電源電壓條件，要求所選用的電動機的額定電壓與電源電壓相符合。 在機械特性方面，所選用的電動機應(yīng)滿足被拖動生產(chǎn)機械提出的要求。 電動機的結(jié)構(gòu)型式，應(yīng)適應(yīng)周圍環(huán)境條件的要求。正確選擇電動機的容量。電動機的容量必須與生產(chǎn)機械的負載大小相匹配，同時要考慮生產(chǎn)機械的工作性質(zhì)與其持續(xù)、間斷的規(guī)律相適應(yīng)。選小了，不能保證生產(chǎn)機械的正常工作，對電動機來說，將使它的各部分過載、過熱，溫度上升超過允許的限度而過早損壞；選大了，則增加設(shè)備的投資費用，電動機容量不能充分利用，而且使效率和功率因數(shù)降低。 異步電動機的運行特點：運行參數(shù)，一般電動機允許電壓波動為額定電壓的±10%，三相電壓之差不得大于5%；允許各相電流不平衡值不得超過10%。電動機的保護，為使電動機安全運行，必須正確配置所用的低壓斷路器、接觸器、熔斷器和熱繼電器等控制電器和保護電器，對于重要的電動機還應(yīng)裝設(shè)缺相保護。另外，電動機外殼應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)的運行方式可靠地接零或接地。保養(yǎng)和維護，電動機應(yīng)保持主體完整、零附件齊全、無損壞以及周圍環(huán)境的清潔。定期對電動機進行檢修和保養(yǎng)，是確保電動機安全運行的重要工作。日常維修包括清除外部灰塵和油污，監(jiān)聽有無異常雜音，并定期更換潤滑油。換油周期一般滑動軸承為1kh，滾動軸承為5kh。在巡視檢查中要注意電動機的溫升、氣味及振動情況。正常運行的電動機，其聲音應(yīng)輕而均勻，無雜音和特殊的叫聲，無明顯振動，轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速，三相電流基本上平衡。 單相異步電動機的應(yīng)用：單相異步電動機功率小，主要制成小型電機。它的應(yīng)用非常廣泛，如家用電器（洗衣機、電冰箱、電風(fēng)扇）、電動工具（如手電鉆）、醫(yī)用器械、自動化儀表等。

2 異步電動機原理

異步電機主要分為：鼠籠式異步電動機，繞線式異步電動機和各種控制用電動機三大類。本章首先介紹了異步電動機的結(jié)構(gòu)，然后對三相異步電動機的工作運行原理做了一些闡述，最后在空載和堵轉(zhuǎn)條件下對三相異步電動機的一些參數(shù)進行計算。

2.1 異步電動機結(jié)構(gòu)原理

2.1.1異步電動機的主要部分

1）定子定子鐵芯：一般為圓筒形疊片結(jié)構(gòu)（0.35mm或者0.5mm），內(nèi)圓有用來嵌放定子繞組的槽，槽可以設(shè)計成多種形狀。疊片疊到一定高度要留出徑向通風(fēng)溝。

定子繞組：由散嵌線圈或者成型線圈構(gòu)成，可以設(shè)計成單層繞組或者雙層繞組。繞組的各種連接方法將在之后介紹。

其他部件：機座，端蓋，風(fēng)罩，銘牌等。

2）轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子鐵心：轉(zhuǎn)子沖片，轉(zhuǎn)子槽型。

轉(zhuǎn)子繞組：繞線式，鼠籠式。

其他部件：軸，軸承，風(fēng)扇等。

3）氣隙

定轉(zhuǎn)子之間的間隙，很小，0.2mm～1mm，對電機的性能影響很大。

按結(jié)構(gòu)分類：其中鼠籠式異步電動機,結(jié)構(gòu)簡單，堅固，成本低，運行性能不如繞線式；繞線式異步電動機，通過外串電阻改善電機的起動，調(diào)速等性能。

異步電機的銘牌及額定值：銘牌：型號、額定值、繞組聯(lián)結(jié)方式及生產(chǎn)廠家等。型號舉例：Y132S-4，Y-異步電動機；132-機座中心高度為132mm；S-短鐵心；4-極數(shù)。

額定值:正常運行時的主要數(shù)據(jù)指標。

繞組聯(lián)結(jié)方式：△接法或者Y接法。

主要額定值如下:額定電壓：UN（V），額定運行時，規(guī)定加在定子繞組上的線電壓；額定電流：IN（A）,額定運行時，規(guī)定加在定子繞組上的線電流；額定功率：PN（W；kW），額定運行時，電動機的輸出功率；額定轉(zhuǎn)速：nN（r/min）,額定運行時，電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；額定頻率：fN（Hz），規(guī)定的電源頻率我國用50Hz；額定效率η，額定功率因數(shù)：cosφN 等。

2.1.2三相異步電動機的結(jié)構(gòu)特點

無論是什么品牌，三相異步電動機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是一樣的，每個三相異步電動機都包含定子和轉(zhuǎn)子兩部分，并且定子和轉(zhuǎn)子之間都有一定的間隙。

2.1.3三相異步電動機定子的結(jié)構(gòu)

定子的作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。三相電動機的定子一般由外殼、定子鐵心、定子繞組等部分組成。1）外殼。三相電動機外殼包括機座、端蓋、軸承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。 機座：鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是保護和固定三相電動機的定子繞組。中、小型三相電動機的機座還有兩個端蓋支承著轉(zhuǎn)子，它是三相電動機機械結(jié)構(gòu)的重要組成部分。通常，機座的外表要求散熱性能好，所以一般都鑄有散熱片。 端蓋：用鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是把轉(zhuǎn)子固定在定子內(nèi)腔中心，使轉(zhuǎn)子能夠在定子中均勻地旋轉(zhuǎn)。軸承蓋：也是鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型的，它的作用是固定轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子不能軸向移動，另外起存放潤滑油和保護軸承的作用。接線盒：一般是用鑄鐵澆鑄，其作用是保護和固定繞組的引出線端子。吊環(huán)：一般是用鑄鋼制造，安裝在機座的上端，用來起吊、搬抬三相電動機；2）定子鐵心。異步電動機定子鐵心是電動機磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成。由于硅鋼片較薄而且片與片之間是絕緣的，所以減少了由于交變磁通通過而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內(nèi)圓有均勻分布的槽口，用來嵌放定子繞圈；3）定子繞組。定子繞組是三相電動機的電路部分，三相電動機有三相繞組，通入三相對稱電流時，就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。三相繞組由三個彼此獨立的繞組組成，且每個繞組又由若干線圈連接而成。每個繞組即為一相，每個繞組在空間相差120°電角度。線圈由絕緣銅導(dǎo)線或絕緣鋁導(dǎo)線繞制。中、小型三相電動機多采用圓漆包線，大、中型三相電動機的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內(nèi)。定子三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，首端分別標為U1，V1，W1，末端分別標為U2，V2，W2。

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1674-6708（2011）53-0097-02