三相异步电动机

三相异步电动机的结构

　

　

三相异步电动机的分解图

　　(一)定子（静止部分）

　　1.定子铁心: 定子铁心的作用是作为电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。

　　2.定子绕组:定子绕组的是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。

　　主要绝缘项目有以下三种：

　　（1）对地绝缘

　　（2）相间绝缘

　　（3）匝间绝缘

　　接线盒(△接法)

　　定子三相绕组的接线方式

　　（1）星形接法(Y接)

　　（2）三角形接法(△接)

　　3.机座

　　（二）转子（旋转部分）

　　转子是电动机的旋转部分，包括转子铁心、转子绕组和转轴等部件。

　　1.转子铁心

　　作用:电机磁路的一部分，并放置转子绕组。一般用0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。

　　2.转子绕组

　　作用是切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。根据构造的不同分为鼠笼式转子和绕线式转子。

　　（1）鼠笼式转子：若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。

　　（2）绕线式转子：绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三相绕组，一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集电环（滑环）上，再通过电刷与外电路联接.

　　3. 转轴

　　用以传递转矩及支撑转子的重量，一般由中碳钢或合金钢制成。

　　（三）其它附件

　　端盖、轴承、轴承端盖、风扇

三相异步电动机的工作原理

　　当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。

　　当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。

三相异步电动机的启动

　　异步电动机启动时的要求：

　　1、电动机有足够大的启动转矩。

　　2、一定大小启动转矩前提下，启动电流越小越好。

　　3、启动所需设备简单，操作方便。

　　4、启动过程中功率损耗越小越好。

　　一、鼠笼式异步电动机的启动

　　1、直接启动

　　即启动时加在电动机定子绕组上的电压为额定电压。三相异步电动机直接启动的条件（满足一条即可）

　　1、容量在7.5KW以下的电动机均可采用。

　　2、电动机在启动瞬间造成的电网电压降不大于电源电压正常值的10%，对于不常启动的电动机可放宽到15%。

　　3、可用经验公式粗估电动机是否可直接启动

　　优点：所需启动设备简单，启动时间短，启动方式简 单、可靠，所需成本低。

　　缺点：对电动机及电网有一定冲击

　　2、降压启动

　　在电动机启动时降低定子绕组上的电压，启动结束时加额定电压的启动方式。降压启动能起到降低电动机启动电流目的，但由于转矩与电压的平方成正比，因此降压启动时电动机的转矩减小较多，故只适用于空载或轻载启动。

　　A、自耦变压器（亦称补偿器）降压启动

　　（1）接线：自耦变压器的高压边投入电网，低压边接至电动机，有几个不同电压比的分接头供选择。

　　（2）特点：设自耦变压器的变比为K，原边电压为U1，副边电压U2= U1/K，副边电流I2（即通过电动机定子绕组的线电流）也按正比减小，又因为I1= I2/K，则电源供给电动机的启动电流为直接启动时1/K2倍。因电压降低了1/K倍，转矩降为1/K2倍。

　　自耦变压器副边有2~3组抽头，如二次电压分别为原边电压的80 %、60%、40%。

　　优点：可按允许的启动电流和所需的启动转矩来选择自耦变压器的不同抽头实现降压启动，定子绕组采用Y或Δ。

　　缺点：设备体积大，投资较贵。

　　B、星—三角（Y—Δ ）降压启动

　　（1）接线：启动时先将定子接成星形，启动完再接成Δ。

　　（2）特点：启动电流、电源电流和启动转矩只有直接启动时1/3。

　　优点：设备简单，价格低。

　　缺点：只用于正常运行时为Δ 接法，降压比固定，有时不能满足启动要求。

　　C、延边三角形启动

　　即启动时将电动机一部分定子绕组接成Y形，另一部分接Δ形。

　　特点：启动是，每相绕组所承受的电压，比接成全星形接法时大，启动转矩较大，但绕组结构较复杂，应用受限制。

　　D、串电阻（或电抗）降压启动

　　对鼠笼异步电动机可采用在启动时给定子电路中串联降压电阻（或电抗器）的办法来启动电动机，待电动机启动结束时再将电阻（或电抗器）短接，这种启动方法简单，但定子串电阻起动耗能多，主要用于低压小功率电动机；定子串电抗启动投资大，主要用于高压大功率电动机。由于电阻上有热能损耗，用电抗器则体积、成本较大，此法很少用。

　　二、绕线式异步电动机的启动

　　1、转子串电阻启动

　　绕线转子异步电动机转子串入合适的三相对称电阻。既能提高起动转矩，又能减小起动电流。如要求起动转矩等于最大转矩，则Sm=1。为缩短起动时间，增大整个起动过程的加速转矩，使起动过程平滑些，把串接的起动电阻逐步切除。

　　优点：减少启动电流，启动转矩保持较大范围，需重载启动的设备如桥式起重机、卷扬机等。

　　缺点：启动设备较多，一部分能量消耗在启动电阻且启动级数较少。

　　2、频敏变阻器启动

　　频敏变阻器是一种有独特结构的新型无触点元件。其外部结构与三相电抗器想似，即有三个铁芯柱和三个绕组组成，三个绕组接成星形，并通过滑环和电刷与绕线式电动机三相转子绕组相接。

　　当绕线式电动机刚开始启动时，电动机转速很低，故转子频率f2很大（接近f1），铁心中的损耗很大，即等值电阻Rm很大，故限制了启动电流，增大了启动转矩。随着n的增加，转子电流频率下降（ f2=s f1), Rm减小，使启动电流及转矩保持一定数值。频敏变阻器实际上利用转子频率f2的平滑变化达到使转子回路总电阻平滑减小的目的。启动结束后，转子绕组短接，把频敏变阻器从电路中切除。由于频敏变阻器的等值电阻Rm和电抗Xm随转子电流频率而变，反应灵敏，故叫频敏变阻器。

　　优点：结构较简单，成本较低，维护方便，平滑启动。

　　缺点：电感存在，cosΦ较低，启动转矩并不很大，适于绕线式电动机轻载启动。

三相异步电动机的制动

　　1、能耗制动

　　在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距（制动转距），使转子迅速停止转动。

　　2、反接制动

　　停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。

　　3、发电反馈制动

　　当电动机的n > n0时，旋转磁场产生的电磁转矩作用方向发生变化，由驱动转矩变为制动转矩。电动机进入制动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。

三相异步电动机的分类

　　三相异步电动一般为系列产品，其系列、品种、规格繁多，因而分类也较繁多。

　　1、 按电动机尺寸大小分类

　　大型电动机：定子铁心外径D＞1000mm或机座中心高H＞630mm。

　　中型电动机：D=500~1000mm或H=355~630mm。

　　大型电动机：D=120~500mm或H=80~315mm。

　　2、 按电动机外壳防护结构分类

　　3、 按电动机冷方式分类

　　电动机按冷却方式可分为自冷式、自扇冷式、他扇冷式等。可参见国家标准GB/T1993-93《旋转电机冷却方式》。

　　4、 按电动机的安装形式分类

　　IMB3：卧式，机座带底脚，端盖上无凸缘。

　　IMB5：卧式，机座不带底脚，端盖上有凸缘。

　　IMB35：卧式，机座带底脚，端盖上有凸缘。

　　5、 按电动机运行工作制分类

　　S1；连续工作制

　　S2：短时工作制

　　S3~S8：周期性工作制

　　6、 按转子结构形式分类

　　三相笼型异步电动机

　　三相绕线型异步电动机