农机概论4章交流异步电动机

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农业机械概论 第四章 交流电动机
由上面的分析可知， 由上面的分析可知，当定子绕组中通入三相电流 以后， 以后，它们共同产生的合成磁场是随电流的交变而在空 间不断地旋转着，即称旋转磁场 旋转磁场。 间不断地旋转着，即称旋转磁场。旋转磁场同磁极在空 间旋转作用完全相同。 间旋转作用完全相同。三 相电流产生的旋转磁场切 割转子导体， 割转子导体，在其中感应 出电动势， 出电动势，相应在闭合导 体中产生电流， 体中产生电流，转子导体 电流与旋转磁场相互作用 而产生电磁转矩， 而产生电磁转矩，使电动 机转动起来。 机转动起来。 11
27农业机械概论第四章交流电动机图中u通过一个电容c和一个开关s绕组并联于同一电源上电容的作用使v绕组回路的阻抗呈容性从而使该绕组在启动时电流超前电源电压一个相位角又由于u组阻抗为感性其启动电流落后电源电压一个相位角
第四章 交流异步电动机
异步电动机是基于气隙旋转磁场与转子绕组中感应 异步电动机是基于气隙旋转磁场与转子绕组中感应 电流相互作用产生电磁转矩， 电流相互作用产生电磁转矩，实现能量转换的一种交流 电动机。因其转速低于同步转速故称为异步， 电动机。因其转速低于同步转速故称为异步，又因转子 绕组交流是感应产生的，因此称为异步感应式电动机。 绕组交流是感应产生的，因此称为异步感应式电动机。 此类电动机由于转子绕组不需与其它电流相接， 此类电动机由于转子绕组不需与其它电流相接，而 定子电流直接取自交流电网，因此有结构简单， 定子电流直接取自交流电网，因此有结构简单，制造使 用和维护方便，运行可靠以及成本低、重量轻等优点。 用和维护方便，运行可靠以及成本低、重量轻等优点。 异步电动机有单相和三相之分。三相异步电动机广 异步电动机有单相和三相之分。三相异步电动机广 泛地应用在工农业生产中，作为风机、水泵、粉碎机、 泛地应用在工农业生产中，作为风机、水泵、粉碎机、 农副产品加工设备及其他一般机械的原动机。 农副产品加工设备及其他一般机械的原动机。
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单相异步电动机功率小，一般不超过750w 单相异步电动机功率小，一般不超过750w，多作为 功率小 750 家庭用小型作业机械的动力，如风扇、通风机、 家庭用小型作业机械的动力，如风扇、通风机、小水泵 等交流异步电动机。 等交流异步电动机。
第一节 三相异步电动机
1、三相异步电动机构造与原理 三相异步电动机由定子(固定部分) 1) 构造 三相异步电动机由定子(固定部分)和转 旋转部分)两个基本部分构成( 1)。 子(旋转部分)两个基本部分构成(图5-1)。定子是由机 座和装在机座内的圆筒形铁芯组成。 座和装在机座内的圆筒形铁芯组成。机座一般用铸铁或 铸钢制成，铁芯由相互绝缘的硅钢片叠成， 铸钢制成，铁芯由相互绝缘的硅钢片叠成，铁芯的内圆 周表面冲有槽，用以放置对称的三相绕组，共有6 周表面冲有槽，用以放置对称的三相绕组，共有6个端 头分别引到接线盒中。 头分别引到接线盒中。 2
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2、交流异步电动机技术性能 1)转矩 转矩T 是指与电动机负载转矩相平衡的电磁转 1)转矩 矩。电动机技术性能表是指电动机额定运行时的电磁转 矩称为额定电磁转矩，其单位为N 矩称为额定电磁转矩，其单位为N-m。 2)转速 转速n 是指电动机额定运行时的转子转速，它 是指电动机额定运行时的转子转速， 2)转速 略低于定子绕组内的旋转磁场转速， 略低于定子绕组内的旋转磁场转速，并随负荷变化稍有 改变。旋转磁场转速n 与电源频率f成正比 成正比， 改变。旋转磁场转速 0与电源频率 成正比，而与绕组 内形成的磁极对数P成反比。它由下式决定: 内形成的磁极对数P成反比。它由下式决定:
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4)电压 4)电压 电动机技术性能表上标明的电压值是电动 机额定运行时线端间电压， v(伏 为单位。 机额定运行时线端间电压，以v(伏)为单位。电动机的额 定电压应为下列标准值之一： 定电压应为下列标准值之一： 三相交流电动机：36、220、380V；单相交流电动机： 三相交流电动机：36、220、380V；单相交流电动机： 12、24、36、220V。 12、24、36、220V。 电动机必须按铭牌规定的额定电压运行。 电动机必须按铭牌规定的额定电压运行。如电压过 对交流电动机将使其铁耗及励磁电流增加， 高，对交流电动机将使其铁耗及励磁电流增加，电机过 热；如电压过低，仍需要辖出相同的负载转矩则电机电 如电压过低， 流过大，同样导致过热。 流过大，同样导致过热。
60 f n0 = (r / min) P
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我国采用的电源频率f为50Hz， 我国采用的电源频率 为50Hz，因此产生一对磁极 一个N极和一个s 的电动机的旋转磁场转速为3000r (一个N极和一个s极)的电动机的旋转磁场转速为3000r min。能产生两对和三对磁极的旋转磁场转速n ／min。能产生两对和三对磁极的旋转磁场转速 o分别 1500r／min和1000r／min。 为1500r／min和1000r／min。 一般电动机在空负荷(负载转矩等于零) 一般电动机在空负荷(负载转矩等于零)时，转子转 与旋转磁场转速n 速n与旋转磁场转速 o近似相等，在达到额定负荷(额定 与旋转磁场转速 近似相等，在达到额定负荷( 转矩) 转子转速n约比旋转磁场转速n 转矩)时，转子转速n约比旋转磁场转速 o低2％-8％。 是指电动机可供转子轴输出的机械功率， 3)功率N 是指电动机可供转子轴输出的机械功率， 3)功率 电动机在额定电压和额定 额定负荷运行时的转子所输出的功 电动机在额定电压和额定负荷运行时的转子所输出的功 率称为额定功率。 率称为额定功率。
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第二节 单相异步电动机
1、三相异步电动机构造与原理 单相感应电动机是用单相交流电源供电的异步电动 它也分为定子和转子两部分。定子中有两个绕组， 机。它也分为定子和转子两部分。定子中有两个绕组， 一个称为启动绕组 另一个称为工作绕组 启动绕组， 工作绕组。 一个称为启动绕组，另一个称为工作绕组。绕组由单相 交流电源供电，转子多为笼形。单相感应电动机( 交流电源供电，转子多为笼形。单相感应电动机(除罩 极电动机外)结构与三相异步电动机基本相似。 极电动机外)结构与三相异步电动机基本相似。 当单相正弦电流通过定子绕组时， 当单相正弦电流通过定子绕组时，产生交变脉动磁 这个磁场的轴线，就是定子绕组的轴线， 场。这个磁场的轴线，就是定子绕组的轴线，在空间保 持一固定位置。每瞬时空气隙中各点的磁感应强度B 持一固定位置。每瞬时空气隙中各点的磁感应强度B按 正弦规律分布，它随电流在时间上作正弦变化。 正弦规律分布，它随电流在时动机
M- 为小型笼型异步电动机、 例：Y 132 M-4为小型笼型异步电动机、定子绕组 为铜线；机座中心高度132毫米；机座长度中等； 132毫米 为铜线；机座中心高度132毫米；机座长度中等；磁极 数 4。 2.工作原理 2.工作原理 1)旋转磁场的产生 1)旋转磁场的产生 三相异步电动机的定子铁芯中 放有三个三相对称的绕组。假设将三相绕组丫联结， 放有三个三相对称的绕组。假设将三相绕组丫联结，并 接于三相电源上，绕组中便流入对称电流为： 接于三相电源上，绕组中便流入对称电流为：
φ
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7)功率因数 7)功率因数 是指电动机定子绕组输入电 路的功率因数。由于电动机绕组属电感性负载， 路的功率因数。由于电动机绕组属电感性负载， 故在运行时绕组内的电流落后于电压的变化， 故在运行时绕组内的电流落后于电压的变化， 形成电流与电压之间的相位差角φ ，它的余弦 称为功率因数，它是一个小于1的数值， cos φ 称为功率因数，它是一个小于1的数值， 并随负荷变化而变化，一般在0.7 0.9之间 0.7之间。 并随负荷变化而变化，一般在0.7-0.9之间。 当外界负荷不及其额定功率一半时， 当外界负荷不及其额定功率一半时，功率因数 下降。 下降。故在选用和使用电动机时应尽量接近额 定负荷，以保持较高的功率因数值。 定负荷，以保持较高的功率因数值。
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绕线转子异步电动机的构造如4 所示。 绕线转子异步电动机的构造如4-3所示。其转子绕 组和定子绕组一样，也是三相，并连成丫型， 组和定子绕组一样，也是三相，并连成丫型，每相始 端连在3个铜制集电环上，集电环固定在转轴上。3个 端连在3个铜制集电环上，集电环固定在转轴上。 环之间及环与转轴 间互相绝缘，在集 间互相绝缘， 电环上用弹簧压着 炭刷与外电路联结， 炭刷与外电路联结， 以便启动和调速。 以便启动和调速。
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交流异步电动机均按规定标准制成不同系列， 交流异步电动机均按规定标准制成不同系列，每种 系列又用不同型号表示。 系列又用不同型号表示。随着制造工艺的进步和材料的 更新换代，电机系列号也在更新。 更新换代，电机系列号也在更新。目前国产异步电动机 产品名称及代号如表4 产品名称及代号如表4-1。
iu = I m sin ωt
iv = I m sin(ωt − 120 0 ) iu = I m sin(ωt + 120 0 )
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其绕组连接和电流波形如图4 所示。 其绕组连接和电流波形如图4-4所示。
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将上述各相电流产生的磁场相加， 将上述各相电流产生的磁场相加，得出三相电流 产生的合成磁场，其轴线方向是自上而下，如图4 所示。 产生的合成磁场，其轴线方向是自上而下，如图4-5所示。
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三相异步电动机转子在构造上分为笼型和绕线型两 三相异步电动机转子在构造上分为笼型和绕线型两 笼型 种型式。转子铁芯是圆柱状， 种型式。转子铁芯是圆柱状，用表面冲槽型的硅钢片叠 制而成，将铁芯装在转轴上，转轴承受机械负载。 制而成，将铁芯装在转轴上，转轴承受机械负载。 目前对中小型笼型异步 电动机是在转子槽中浇铸铝 液铸成笼型导体， 液铸成笼型导体，这样做工 艺简单，也节省钢材， 艺简单，也节省钢材，以代 替铜条式笼框。如图4 所示。 替铜条式笼框。如图4-2所示。
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型号命名方法： 型号命名方法：代号 机座中心高度 机座长度代 磁极数。其中：机座长度代号为S(短机座) M(中机 S(短机座 号-磁极数。其中：机座长度代号为S(短机座)、M(中机 L(长机座 长机座) 系列为小型笼型异步电动机。 座)、L(长机座)；Y及Y-L系列为小型笼型异步电动机。 Y系列定子绕组为铜线，Y-L系列定子绕组为铝线， 系列定子绕组为铜线， 系列定子绕组为铝线， 功率大约在0.5 90kW之间 0.5之间。 功率大约在0.5-90kW之间。
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5)电流 是指流入电动机定子绕组内的电流。 5)电流 是指流入电动机定子绕组内的电流。 它随着外界负荷变化而变化， 它随着外界负荷变化而变化，以使电动机产生相 应的机械能量来平衡外界负荷的变化。 应的机械能量来平衡外界负荷的变化。技术性能 表上说明的额定电流值是指电动机达到额定功率 时流入定子绕组内的电流值。使用时， 时流入定子绕组内的电流值。使用时，不能使电 流长期超过额定值， 流长期超过额定值，否则电动机绕组的绝缘会过 热而烧毁。 热而烧毁。 6)效率 6)效率 电动机的输出功率与输入功率之比 为效率。 为效率。当电动机输出功率等于或接近于额定功 相差不超过25 30％ 25效率将达到最高。 率(相差不超过25-30％)时，效率将达到最高。 16
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2)电磁转矩的产生 由于转子被定子铁芯包围， 2)电磁转矩的产生 由于转子被定子铁芯包围， 定子产生的旋转磁场切割转子导体， 定子产生的旋转磁场切割转子导体，使导体产生感应电 动势(上页图4-6)。由于转子导体被端环接通，所以在感 动势(上页图4 6)。由于转子导体被端环接通， 应电势作用下，导体内就有感应电流流过。 应电势作用下，导体内就有感应电流流过。通有感应电 流的转子导体在与定子旋转磁场的相互作用下， 流的转子导体在与定子旋转磁场的相互作用下，产生电 磁作用力F 力的方向由左手定则确定。 左手定则确定 磁作用力F，力的方向由左手定则确定。此力在转子上形 成一电磁转矩M 使转子产生转动。 成一电磁转矩M，使转子产生转动。 由此可见，转子的旋转方向将与旋转磁场的旋转方 由此可见， 向一致。但旋转速度会低于旋转磁场速度， 向一致。但旋转速度会低于旋转磁场速度，这样才能在 转子导体内不断产生感应电动势和电磁转矩， 转子导体内不断产生感应电动势和电磁转矩，使转子连 续转动。 续转动。 12