第九章异步电动机的基本结构和运行分析 异步电动机也称感应电动机,是工农业生产中应用最为广泛的一种电机。例 如,中小型轧钢设备、矿山机械、机床、起重机、鼓风机、水泵、以及脱粒、磨 粉等农副产品用的加工机械,大多采用异步电动机拖动。与其他电动机相比,异 步电动机具有结构简单、坚固耐用、使用方便、运行可靠、效率高、易于制造和 维修、价格低廉等许多优点。但是,异步电动机的应用也有一定的限制,这主要 是由其调速性能差、功率因数低而引起的。 异步电动机是一种交流电机,它可以是单相的,也可以是三相的。但它的转 速和电网频率没有同步电机那样严格不变的关系。本章将分别介绍三相异步电动 机的基本结构、工作原理、运行特性以及单相异步电动机的基本结构和工作原理 第一节异步电动机的基本结构、分类及铭牌 三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机由固定的定子和旋转的转子两个基本部分组成,转子装在定 子内腔里,借助轴承被支撑在两个端盖上。为了保证转子能在定子内自由转动, 定子和转子之间必须有一间隙,称为气隙。电机的气隙是一个非常重要的参数, 其大小及对称性等对电机的性能有很大影响。图9-1所示为三相鼠笼式异步电动 机的组成部件。 定子绕组 接线盒 轴 机座 图91三相鼠笼式异步电动机的组成部件 定子 定子由定子三相绕组、定于铁心和机座组成
第九章 异步电动机的基本结构和运行分析 异步电动机也称感应电动机，是工农业生产中应用最为广泛的一种电机。例 如，中小型轧钢设备、矿山机械、机床、起重机、鼓风机、水泵、以及脱粒、磨 粉等农副产品用的加工机械，大多采用异步电动机拖动。与其他电动机相比，异 步电动机具有结构简单、坚固耐用、使用方便、运行可靠、效率高、易于制造和 维修、价格低廉等许多优点。但是，异步电动机的应用也有一定的限制，这主要 是由其调速性能差、功率因数低而引起的。 异步电动机是一种交流电机，它可以是单相的，也可以是三相的。但它的转 速和电网频率没有同步电机那样严格不变的关系。本章将分别介绍三相异步电动 机的基本结构、工作原理、运行特性以及单相异步电动机的基本结构和工作原理 等。 第一节 异步电动机的基本结构、分类及铭牌 一、三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机由固定的定子和旋转的转子两个基本部分组成，转子装在定 子内腔里，借助轴承被支撑在两个端盖上。为了保证转子能在定子内自由转动， 定子和转子之间必须有一间隙，称为气隙。电机的气隙是一个非常重要的参数， 其大小及对称性等对电机的性能有很大影响。图 9-1 所示为三相鼠笼式异步电动 机的组成部件。 图 9-1 三相鼠笼式异步电动机的组成部件 1．定子 定子由定子三相绕组、定于铁心和机座组成
定子三相绕组是异步电动机的电路部分,在异步电动机的运行中起着很重要 的作用,是把电能转换为机械能的关键部件。定子三相绕组的结构是对称的, 般有六个出线端U1、U2、V、V2、W、W2。置于机座外侧的接线盒内,根据 需要接成星形(Y)或三角形(△),如图9一2所示,定子三相绕组的构成 连接规律及其作用将在第二节专门介绍 U理块画 接线盒内接线圈 图9-2三相鼠笼式异步电动机出线端 定子铁心是异步电动机磁路的一部分,由于主磁场以同步转速相对定子旋 转,为减小在铁心中引起的损耗,铁心采用0.5mm厚的高导磁电工钢片叠成 电工钢片两面涂有绝缘漆以减小铁心的涡流损耗。中小型异步电机定子铁心一般 采用整圆的冲片叠成,大型异步电机的定子铁心一般采用肩型冲片拼成。在每个 冲片内圆均匀地开槽,使叠装后的定子铁心内圆均匀地形成许多形状相同的槽, 用以嵌放定子绕组。槽的形状由电机的容量、电压及绕组的型式而定。绕组的嵌 放过程在电机制造厂中称为下线。完成下线并进行浸漆处理后的铁心与绕组成为 个整体一同固定在机座内 机座又称机壳,它的主要作用是支撑定子铁心,同时也承受整个电机负载运 行时产生的反作用力,运行时由于内部损耗所产生的热量也是通过机座向外散 发。中、小型电机的机座一般采用铸铁制成。大型电机因机身较大浇注不便,常 用钢板焊接成型。 2.转子 异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组及转轴组成。 转子铁心也是电机磁路的一部分,也是用电工钢片叠成。与定子铁心冲片不 同的是,转子铁心冲片是在冲片的外圆上开槽,叠装后的转子铁心外圆柱面上均
定子三相绕组是异步电动机的电路部分，在异步电动机的运行中起着很重要 的作用，是把电能转换为机械能的关键部件。定子三相绕组的结构是对称的，一 般有六个出线端 U1 、U2、V1 、V2 、W1、W2 。置于机座外侧的接线盒内，根据 需要接成星形（ ）或三角形（ ），如图 9 一 2 所示，定子三相绕组的构成、 连接规律及其作用将在第二节专门介绍。 图 9 一 2 三相鼠笼式异步电动机出线端 定子铁心是异步电动机磁路的一部分，由于主磁场以同步转速相对定子旋 转，为减小在铁心中引起的损耗，铁心采用 0.5mm 厚的高导磁电工钢片叠成， 电工钢片两面涂有绝缘漆以减小铁心的涡流损耗。中小型异步电机定子铁心一般 采用整圆的冲片叠成，大型异步电机的定子铁心一般采用肩型冲片拼成。在每个 冲片内圆均匀地开槽，使叠装后的定子铁心内圆均匀地形成许多形状相同的槽， 用以嵌放定子绕组。槽的形状由电机的容量、电压及绕组的型式而定。绕组的嵌 放过程在电机制造厂中称为下线。完成下线并进行浸漆处理后的铁心与绕组成为 一个整体一同固定在机座内。 机座又称机壳，它的主要作用是支撑定子铁心，同时也承受整个电机负载运 行时产生的反作用力，运行时由于内部损耗所产生的热量也是通过机座向外散 发。中、小型电机的机座一般采用铸铁制成。大型电机因机身较大浇注不便，常 用钢板焊接成型。 2．转子 异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组及转轴组成。 转子铁心也是电机磁路的一部分，也是用电工钢片叠成。与定子铁心冲片不 同的是，转子铁心冲片是在冲片的外圆上开槽，叠装后的转子铁心外圆柱面上均
匀地形成许多形状相同的槽,用以放置转子绕组 转子绕组是异步电动机电路的另一部分,其作用为切割定子磁场,产生感应 电势和电流,并在磁场作用下受力而使转子转动。其结构可分为鼠笼式转子绕组 和绕线式转子绕组两种类型。这两种转子各自的主要特点是,鼠笼式转子:结构 简单,制造方便,经济耐用;绕线式转子:结构复杂,价格贵,但转子回路可引 人外加电阻来改善起动和调速性能。 鼠笼式转子绕组由置于转子槽中的导条和两端的端环构成。为节约用钢和提 高生产率,小功率异步电机的导条和端环一般都是融化的铝液一次浇铸出来的 对于大功率的电机,由于铸铝质量不易保证,常用铜条插入转子铁心槽中,再在 两端焊上端环。鼠笼式转子绕组自行闭合,不必由外界电源供电,其外形象一个 鼠笼,故称鼠笼式转子,如图9-3所示。 铝条 端环。风叶 风叶 端环 铝导条 转子铁心 (b) 图9-3铸铝转子结构 (a)铸铝转子绕组:(b)铸铝转子 鼠笼式转子绕组的各相均由单根导条组成,其感应电势不大,加上导条和铁 心叠片之间的接触电阻较大,所示无需专门把导条和铁心用绝缘材料分开 绕线式转子绕组是用绝缘导线组成,嵌放在转子铁心槽内的三相对称绕组。 三相一般为星型接法,三根引出线分别接到固定在转轴上并互相绝缘的三个集电 环上,再通过安装在端盖上的电刷装置与集电环接触把电流引出来。这种转子的 特点是可以通过集电环和电刷在转子回路中接入附加电阻,用以改善电动机的起 动性能,或调节电动机的转速。有的绕线转子异步电动机还装有一种举刷短路装 置,当电动机起动完毕而又不需要调节转速时,移动手柄使电刷被举起而与集电 环脱离接触,同时使三只集电环彼此短接起来,这样可以减少电刷与集电环间的 磨损和摩擦损耗,提髙运行可靠性。与鼠笼式转子比较,绕线转子的缺点是结构
匀地形成许多形状相同的槽，用以放置转子绕组。 转子绕组是异步电动机电路的另一部分，其作用为切割定子磁场，产生感应 电势和电流，并在磁场作用下受力而使转子转动。其结构可分为鼠笼式转子绕组 和绕线式转子绕组两种类型。这两种转子各自的主要特点是，鼠笼式转子：结构 简单，制造方便，经济耐用；绕线式转子：结构复杂，价格贵，但转子回路可引 人外加电阻来改善起动和调速性能。 鼠笼式转子绕组由置于转子槽中的导条和两端的端环构成。为节约用钢和提 高生产率，小功率异步电机的导条和端环一般都是融化的铝液一次浇铸出来的； 对于大功率的电机，由于铸铝质量不易保证，常用铜条插入转子铁心槽中，再在 两端焊上端环。鼠笼式转子绕组自行闭合，不必由外界电源供电，其外形象一个 鼠笼，故称鼠笼式转子，如图 9-3 所示。 图 9-3 铸铝转子结构 （a）铸铝转子绕组；（b）铸铝转子 鼠笼式转子绕组的各相均由单根导条组成，其感应电势不大，加上导条和铁 心叠片之间的接触电阻较大，所示无需专门把导条和铁心用绝缘材料分开。 绕线式转子绕组是用绝缘导线组成，嵌放在转子铁心槽内的三相对称绕组。 三相一般为星型接法，三根引出线分别接到固定在转轴上并互相绝缘的三个集电 环上，再通过安装在端盖上的电刷装置与集电环接触把电流引出来。这种转子的 特点是可以通过集电环和电刷在转子回路中接入附加电阻，用以改善电动机的起 动性能，或调节电动机的转速。有的绕线转子异步电动机还装有一种举刷短路装 置，当电动机起动完毕而又不需要调节转速时，移动手柄使电刷被举起而与集电 环脱离接触，同时使三只集电环彼此短接起来，这样可以减少电刷与集电环间的 磨损和摩擦损耗，提高运行可靠性。与鼠笼式转子比较，绕线转子的缺点是结构
复杂,价格较贵,运行的可靠性也较差。因此,绕线转子异步电动机只用在要求 起动电流小、起动转矩大,或需要调节转速的场合,例如,用来拖动频繁起动的 起重设备。 转轴是整个转子部件的安装基础,又是力和机槭功率的传输部件,整个转子 靠轴和轴承被支撑在定子铁心内腔中。转轴一般由中碳钢或合金钢制成 3.气隙 异步电机的气隙是很小的,中小型电机一般为0.2~2mm。气隙越大,磁阻 越大,要产生同样大小的磁场,就需要较大的励磁电流。由于气隙的存在,异步 电机的磁路磁阻远比变压器为大,因而异步电机的励磁电流也比变压器的大得 多。变压器的励磁电流约为额定电流的3%,异步电机的励磁电流约为额定电流 的30%。励磁电流是无功电流,因而励磁电流越大, 功率因数越低。为提高异步电机的功率因数,必须减少它的励磁电流,最有 效的方法是尽可能缩短气隙长度。但是汽隙过小会使装配困难,还有可能使定、 转子在运行时发生摩擦或碰撞,因此,气隙的最小值由制造工艺以及运行安全可 靠等因素来决定。 4.其他部件 端盖:安装在机座的两端,它的材料加工方法与机座相冋,一般为铸铁件。 端盖上的轴承室里安装了轴承来支撑转子,以使定子和转子得到较好的同心度, 保证转子在定子内膛里正常运转。端盖除了起支撑作用外,还起着保护定、转子 绕组的作用。 轴承:连接转动部分与不动部分,目前都采用滚动轴承以减少摩擦。 轴承端盖:保护轴承,使轴承内的润滑油不致溢出 风扇:冷却电动机。 、异步电动机的分类 异步电动机按定子相数可分为三相、单相和两相异步电动机3类。除约 200W以下的电动机多做成单相异步电动机外,现代动力用电动机大多数都为三 相异步电动机。两相异步电机主要用于微型控制电机。 按照转子型式,异步电机可分为鼠笼型转子和绕线型转子两大类。鼠笼转子 又分为普通鼠笼转子、深槽型鼠笼转子和双鼠笼转子3种。三相绕线式异步电动
复杂，价格较贵，运行的可靠性也较差。因此，绕线转子异步电动机只用在要求 起动电流小、起动转矩大，或需要调节转速的场合，例如，用来拖动频繁起动的 起重设备。 转轴是整个转子部件的安装基础，又是力和机械功率的传输部件，整个转子 靠轴和轴承被支撑在定子铁心内腔中。转轴一般由中碳钢或合金钢制成。 3．气隙 异步电机的气隙是很小的，中小型电机一般为 0.2～2mm。气隙越大，磁阻 越大，要产生同样大小的磁场，就需要较大的励磁电流。由于气隙的存在，异步 电机的磁路磁阻远比变压器为大，因而异步电机的励磁电流也比变压器的大得 多。变压器的励磁电流约为额定电流的 3%，异步电机的励磁电流约为额定电流 的 30%。励磁电流是无功电流，因而励磁电流越大， 功率因数越低。为提高异步电机的功率因数，必须减少它的励磁电流，最有 效的方法是尽可能缩短气隙长度。但是汽隙过小会使装配困难，还有可能使定、 转子在运行时发生摩擦或碰撞，因此，气隙的最小值由制造工艺以及运行安全可 靠等因素来决定。 4．其他部件 端盖：安装在机座的两端，它的材料加工方法与机座相同，一般为铸铁件。 端盖上的轴承室里安装了轴承来支撑转子，以使定子和转子得到较好的同心度， 保证转子在定子内膛里正常运转。端盖除了起支撑作用外，还起着保护定、转子 绕组的作用。 轴承：连接转动部分与不动部分，目前都采用滚动轴承以减少摩擦。 轴承端盖：保护轴承，使轴承内的润滑油不致溢出。 风扇：冷却电动机。 二、异步电动机的分类 异步电动机按定子相数可分为三相、单相和两相异步电动机 3 类。除约 200W 以下的电动机多做成单相异步电动机外，现代动力用电动机大多数都为三 相异步电动机。两相异步电机主要用于微型控制电机。 按照转子型式，异步电机可分为鼠笼型转子和绕线型转子两大类。鼠笼转子 又分为普通鼠笼转子、深槽型鼠笼转子和双鼠笼转子 3 种。三相绕线式异步电动
机外形示意图94所示,三相鼠笼式异步电动机外形示意图如图95所示。 图9-4三相绕线式异步电动机外形 根据机壳不同的保护方式,异步电动机可分为开启式、防护式、封闭式和防 爆式等。 防护式异步电动机具有防止外界杂物落入电机内的防护装置,一般在转轴上 装有风扇,冷却空气进人电机内部冷却定于绕组端部及定子铁心后将热量带出 来。丿Z系列电动机就是鼠笼式转子防护式异步电动机JR系列电动机是绕线转子 防护式异步电动机。 封闭式异步电动机的内部和外部的空气是隔开的。它的冷却是依靠装在机壳 外面转轴上的风扇吹风,借机座上的散热片将电机内部发散出来的热量带走。这 种电机主要用于尘埃较多的场所,例如机床上使用的电机。JOR系列及Y系列电 机就属于这种类型。 防爆式异步电动机为全封闭式,它将内部与外界的易燃、易爆性气体隔离 这种电机多用于有汽油、酒精、天然气、煤气等气体较多的地方,如矿井或某些 化工厂等处。 (a) (b) 图95三相鼠笼式异步电动机外形 (a)开启式;(b)防护式:(c)封闭式
机外形示意图 9-4 所示，三相鼠笼式异步电动机外形示意图如图 9-5 所示。 图 9-4 三相绕线式异步电动机外形 根据机壳不同的保护方式，异步电动机可分为开启式、防护式、封闭式和防 爆式等。 防护式异步电动机具有防止外界杂物落入电机内的防护装置，一般在转轴上 装有风扇，冷却空气进人电机内部冷却定于绕组端部及定子铁心后将热量带出 来。JZ 系列电动机就是鼠笼式转子防护式异步电动机 JR 系列电动机是绕线转子 防护式异步电动机。 封闭式异步电动机的内部和外部的空气是隔开的。它的冷却是依靠装在机壳 外面转轴上的风扇吹风，借机座上的散热片将电机内部发散出来的热量带走。这 种电机主要用于尘埃较多的场所，例如机床上使用的电机。JOR 系列及Ｙ系列电 机就属于这种类型。 防爆式异步电动机为全封闭式，它将内部与外界的易燃、易爆性气体隔离。 这种电机多用于有汽油、酒精、天然气、煤气等气体较多的地方，如矿井或某些 化工厂等处。 图 9-5 三相鼠笼式异步电动机外形 （a）开启式；（b）防护式；（c）封闭式