电子课件-《电机变压器原理与维修》-B02-1158 课题四 三相异步电动机

课题四 三相异步电动机
三相交流异步电动机的内部结构 １—风罩 ２—风叶 ３—吊环 ４—机座 ５—定子铁心 ６—定子绕组
７—端盖 ８—轴 ９—底座 １０—转子铁心和绕组 １１—轴承
课题四 三相异步电动机
三相交流异步电动机构件分解图
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１． 定子 电动机的固定部分称为定子。 三相异步电动机的定子一般包括机座、 定子铁 心和定子绕组等部件。 （１） 机座 机座通常采用铸铁或钢板制成， 用来固定定子铁心， 利用两 个端盖支撑转子， 并散发电动机运行中产生的热量， 并对三相异步电动机的定 子绕组起到保护作用。 （２） 定子铁心 定子铁心是电动机的磁路的一部分。 在定子铁心的内圆周 表面冲有均匀分布的槽， 用于嵌放定子绕组。 机座与定子铁心如图所示。
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9．工作方式 电动机常用的工作方式有以下三种： （1）连续工作方式 （2）短时工作方式 （3）断续工作方式
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10．铭牌额定数值计算 （1）转矩和功率的关系：
（2）输入功率和额定电压、额定电流的关系：
（3）损耗： 1）铁损耗 2）铜损耗 3）机械损耗 （4）效率：
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3．额定功率 P 额定功率也称额定容量，是指在额定运行状态下，电动机转轴上输出的机械 功率，单位为 kW。 4．额定电压 U 额定电压是指电动机在正常运行时加到定子绕组上的线电压，单位为V。常 用的中小功率电动机额定电压为 380 V。 5．额定电流 I 额定电流是指电动机在额定条件下运行时，定子绕组的额定电流值，单位为 A。通常，电动机的启动电流约为额定电流的 4～7倍。
三相异步电动机的转动原理图
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二、 转差率
转子的转速应始终小于旋转磁场的转速 （ 又称为同步转速） ， 这就是异步 电动机名称的由来。 通常将旋转磁场的转速 n1 和转子转速 n 的差与旋转磁场的 转速 n1 之比称为转差率， 即：
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（1）电动机启动瞬间 n = 0（转子未动），S=1，转子中的感应电动势和电流 最大，反映在定子上，启动电流最大。
ｃ） 三相对称电流波形图 ｄ） 四极绕组的旋转磁场
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三相定子绕组四极旋转磁场的形成 ａ） 简化的三相绕组分布图 ｂ） 按星形连接的三相绕组接通三相电源
ｃ） 三相对称电流波形图 ｄ） 四极绕组的旋转磁场
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４． 三相异步电动机的转动原理
当三相异步电动机的三相定子绕组中通入
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二、 三相异步电动机的分类和用途
按照转子结构不同， 三相异步电动机分为三相笼型异步电动机和三相绕线式 异步电动机两种， 两者的比较见表。
三相异步电动机的分类和用途
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三、 三相异步电动机的铭牌参数
每台三相异步电动机的机座上都有一块铭牌， 如图所示。 现以 Y180M－ 4 型三相异步电动机为例来说明铭牌上各个数据的含义。
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三相异步电动机的绕线转子 １—风叶 ２—铁心 ３—绕组 ４—集电环 ５—轴承
三相绕线式异步电动机 的电刷装置
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绕线转子与外电阻接线图 １—电刷 ２—集电环 ３—可调电阻
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３． 其他附件 （１） 端盖 由铸铁或铝铸造而成， 起支撑转子的作用。 （２） 轴承 连接转动与不动部分， 一般采用滚动轴承。 （３） 轴承端盖 保护轴承， 不使润滑油溢出。 （４） 风扇 用铝材或塑料制成， 起冷却作用。
三相交流异步电动机的转子 １—轴 ２—轴承 ３—转子铁心和绕组
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（３） 转子绕组 转子绕组的作用是产生感应电动势和电流， 并在旋转磁 场的作用下产生电磁力矩而使转子转动。 转子绕组分为笼型转子绕组和绕线式 转子绕组两种。
三相交流异步电动机的笼型转子绕组 １—鼠笼型转子绕组 ２—转轴 ３—风扇 ４—铁心
式中 n1——旋转磁场的转速，r/min； f1——交流电源的频率 Hz； p——电动机定子绕组的磁极对数。
若电源频率为 50 Hz，电动机磁极个数与旋转磁场的转速关系见表。
磁极个数与旋转磁场转速的关系
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三相定子绕组四极旋转磁场的形成 ａ） 简化的三相绕组分布图 ｂ） 按星形连接的三相绕组接通三相电源
（2）空载运行时，n ≈ n1，S 很小，转子和定子中的感应电动势和电流最小。 （3）额定转速时， n = nN，S = SN，SN通常为 0.05 左右。 （4）电机处于电动机状态下运行时，0﹤S﹤1。 电动机的转速 n 与电源频率 f1、磁极对数 p 和转差率 S 的关系式为：
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２． 旋转磁场的方向 旋转磁场的旋转方向取决于通入三相定子绕组中三相交流电的相序， 且与相 序 U→V→W 一致。 只要调换电动机任意两相绕组所接电源的相序， 旋转磁场 即可反转。
旋转磁场转向的改变
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３． 旋转磁场的转速 具有 p 对磁极的电动机，旋转磁场的转速为：
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２． 转子 转子是电动机的旋转部分， 三相异步电动 机的转子是将旋转磁场能转化为转子导体上 的电动势能而最终转化为机械能的环节， 主 要由转轴、 转子铁心和转子绕组等部件构成。 （１） 转轴 转轴由碳钢或合金钢制成， 主要用来传递动力和支撑转子旋转， 保证定 子与转子间均匀的空气隙。 三相交流异步电 动机的转轴如图所示。
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6．额定频率 f 额定频率是指电动机使用交流电源的频率，单位为 Hz。我国工业用交流电的 频率为 50 Hz，在调速时则可以通过变频器改变电动机的电源频率。 7．额定转速 n 额定转速是指电动机在额定电压、额定频率及输出额定功率时的转速，单位 为 r/min。 8．绝缘等级 绝缘等级是指电动机定子绕组所用绝缘材料允许的最高温度等级。
三相定子绕组分别引出 6 个端子接在电动机外壳的接线盒里。 三相定子绕组 根据电源电压和绕组额定电压的大小连接成 Y （ 星） 形或△ （ 三角） 形， 三 相绕组的首端接三相交流电源， 如图所示。
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三相定子绕组
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三相交流异步电动机定子绕组的联结 ａ） 星形联结 ｂ） 三角形联结 ｃ） 星形联结接线实物 ｄ） 三角形联结接线实物
三相交流电时， 便在定子与转子空气隙中产生
旋转磁场 n1， 此时转子为静止状态。 所以转 子导体作切割磁力线的相对运动， 在闭合的转
子导体中产生感应电动势和感应电流。 通有感
应电流的转子导体在磁场中受到磁场力的作用，
电磁力 F 的方向可用左手定则判别， 电磁力
作用在转子上将产生电磁转矩， 并驱动转子沿 旋转磁场方向旋转。
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三相交流异步电动机的机座与定子铁心 ａ） 机座 ｂ） 定子铁心
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（３） 定子绕组 三相异步电动机定子绕组的作用是通入三相对称交流电流， 产生旋转磁场， 是三相异步电动机的电路部分。它有三相绕组， 即 U 相、 V 相 和 W 相。 它们对称嵌放在定子铁心槽内， 彼此在空间位置上相差 120°电角度， 如图所示。
任务引入
本任务的主要内容是通过学习， 了解三相异步电动机的工作原理， 进而根据 其各项性能指标和要求， 完成三相异步电动机的绕组直流电阻、 绝缘电阻的检 测。
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相关知识
一、 三相异步电动机的工作原理
１． 旋转磁场的产生 当电动机定子绕组通以三相交流电流时， 三相定子绕组中的电流都将产生各 自的磁场。由于电流随时间变化， 其产生的磁场也将随时间变化， 而三相电流 产生的总磁场 （ 合成磁场） 是在空间旋转的， 故称旋转磁场。
１． 固有机械特性
三相异步电动机的 固有机械特性曲线
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２． 人为机械特性
降低电源电压的人为机械特性
课题四 三相异步电动机
绕线式异步电动机转子电路 接电阻时的人为机械特性
改变电源频率时 的人为机械特性
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二、 三相异步电动机的启动
电动机的启动是指电动机加入电压开始转动到正常运转为止的过程。 1．笼型异步电动机的直接启动 电动机直接启动又称为全压启动，启动时加在电动机定子绕组上的电压为额 定电压。电动机只需要满足下述三个条件中的一个，就能直接启动： （1）容量在 7.5 kW 以下的三相异步电动机。 （2）电动机在启动瞬间造成电网电压波动小于 10%，不经常启动的电动机可 放宽到 15%。如有专用变压器，其容量 S 变压器 ≥5P 电动机，电动机允许直接频繁启 动。
课题四 三相异步电动机
三相定子绕组两极旋转磁场的形成 ａ） 简化的三相绕组分布图 ｂ） 按星形连接的三相绕组接通三相电源
ｃ） 三相对称电流波形图 ｄ） 两极绕组的旋转磁场
课题四 三相异步电动机
三相定子绕组两极旋转磁场的形成 ａ） 简化的三相绕组分布图 ｂ） 按星形连接的三相绕组接通三相电源
ｃ） 三相对称电流波形图 ｄ） 两极绕组的旋转磁场
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转子电流和功率因数与转差率的关系
任务 ３ 三相异步电动机的运行
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学习目标
¤掌握三相异步电动机的机械特性。 ¤掌握三相异步电动机的启动方法。 ¤掌握三相异步电动机的调速方法。 ¤掌握三相异步电动机的制动方法。 ¤掌握三相异步电动机的反转方法。 ¤会正确使用和维护三相异步电动机。
任务 １ 三相异步电动机的认识 任务 ２ 三相异步电动机的检测 任务 ３ 三相异步电动机的运行 任务 ４ 三相异步电动机的检修
任务 １ 三相异步电动机的认识
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学习目标
¤掌握三相异步电动机的结构。 ¤了解三相异步电动机的分类和用途。 ¤熟悉三相异步电动机的铭牌参数。 ¤掌握三相异步电动机的拆装技能。
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任务引入
本任务的主要内容是通过拆装三相笼型异步电动机， 掌握三相异步电动机的 结构及拆装操作技能， 熟悉三相异步电动机的分类、 用途、 铭牌参数等， 为电 动机的维修打下基础。
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相关知识
一、 三相异步电动机的结构
三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构基本相同， 它们都是由定子（固定部分）和转子（旋转部分）及其他附件所组成。定子和转 子之间的气隙一般为 0.25～2 mm。三相交流异步电动机的内部结构和构件分解 分别如图所示。
任务 ２ 三相异步电动机的检测
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学习目标
¤掌握三相交流异步电动机旋转磁场产生的条件。 ¤掌握三相异步电动机的工作原理。 ¤掌握三相异步电动机转差率的计算。 ¤了解三相异步电动机定子绕组和转子绕组之间的物理量关系。 ¤掌握三相异步电动机定子绕组直流电阻、 绝缘电阻的测试方法。
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Y180M－ 4 型三相异步电动机的铭牌
课题四 三相异步电动机
1．型号 型号是电动机类型、规格的代号，以型号 Y180M-4 为例，其中： Y——一般用途三相笼型异步电动机。 180——机座中心高 180 mm。 M——机座长度代号（S——短机座，M——中机座，L——长机座）。 4——磁极个数（磁极对数 p=2）。 2．接法 接法是三相定子绕组的连接方式，有星形（Y）或三角形（△）两种。
三、 三相异步电动机的各物理量之间的关系
（１） 电源电压不变时， 定子绕组中的主磁通基本不变， 即：
旋转时异步电动机的电路关系
课题四 三相异步电动机
（２） 转子中感应电流的频率与转差率成正比， 即： （３） 转子中感应电流的大小与转差率有关， 即：
（４） 转子功率因数也与转差率有关， 即： （５） 电磁转矩
课题四 三相异步电动机
任务引入
本任务的主要内容是学习三相异步电动机的机械特性， 了解三相异步电动机 的启动、 调速、 制动和反转的原理、 方法及其应用， 并通过三相异步电动机的 启动和反转实验进一步掌握三相异步电动机的应用与维护。
课题四 三相异步电动机
相关知识 一、 三相异步电动机的机械特性
三相异步电动机的机械特性是指电动机的转 速与电磁转矩之间的关系曲线。
三相交流异步电动机的转轴
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（２） 转子铁心 转子铁心一方面作为电 动机磁路的一部分， 另一方面用来嵌放定子 绕组。 转子铁心一般是由 0.5mm 厚、 表面涂 有绝缘层的薄硅钢片叠压而成。 转子铁心的 外圆周表面冲有均匀分布的槽， 用来嵌放转 子绕组。 为了改善启动和运行性能， 笼型异 步电动机一般采用斜槽结构， 如图所示。