三相異步電動機基礎知識

2020-08-28 08:42

三相異步電機是交流電機的一種,又稱感應電機。它具有結構簡單、制造容易、堅固耐用,維修方便、成本較低、價格便宜等一系列優點,因此,被廣泛應用在工業、農業、國防、航天、科研、建筑、交通以及人們的日常生活中。但它的功率因數較低,在應用上受到了一定的限制。



1、三相異 步電機的結構


準備一臺待拆卸的三相異步電機,從外到里看它的結構。圖6-1是三相異步電機的外形圖和剖視圖。



從電機外部可以看到風扇罩、風扇、左右端蓋、銘牌、接線盒。打開接線盒,可以看到接線柱和引出線。拆下風扇罩、風扇、端蓋,抽出轉子,可以看到電機內部定子鐵芯、轉子鐵心、轉軸、軸承等零部件。定子鐵心裝載機座里,轉子鐵心裝在軸上。定子鐵芯上有線圈(繞組),轉子鐵心里鑄有籠形鋁條。繞線形轉子鐵心中有轉子繞組。


可見,電機的基本結構是由固定不動的部分一定子和轉動部分轉子以及其他零部件組成的,如圖6-2所示。



1.定子


異步電機的定子由定子鐵芯、定子繞組以及機座、端蓋、軸承等組成。


(1)定子鐵心定子鐵心是電機磁路的一部分, 由于異步電機中的磁場是旋轉的,鐵心中每一點 都處于反復磁化狀態,為了減少磁場在鐵心中引起的渦流損耗和磁滯損耗,硅鋼片的厚度一般在0.35~0.5 mm之間。鐵心是采用硅鋼片疊裝壓緊而成的。對于小容量電機,由于片間的渦流電壓較小,利用硅鋼片的本身氧化層電阻即可以減小渦流損耗;對于容量較大的片間渦流電壓較大,必須在硅鋼片兩面涂以絕緣漆,以減少渦流損耗。



定子鐵心內圓上均勻分布一- 定形狀的槽,槽內安放線圈( 繞組),稱定子線圈。線圈與槽之間用絕緣物隔開。常用的定子槽有3種形狀,如圖6-3所示。其中,開口槽的槽口寬度與槽寬相等,開口槽適用于大、中容量的高壓異步電機,便于高壓成型線圈的嵌線。半開口槽的槽口寬度等于或大于槽寬的一半,半開口槽適用于500 V以下的中型電機,便于嵌人扁線繞成的分為雙排的成型線圈。半閉口槽的槽口寬度小于槽寬的一半,半閉口槽適用于低壓圓銅線繞成的散嵌線圈,其優點是槽口較小,對主磁通磁阻小,可以減少勵磁電流。槽型的選擇與線圈的形式應相適應。


當定子鐵芯的外徑小于1 m時,疊片沖成整圓。當外徑大于1 m時,由于受到整張硅鋼片標準尺度的限制,而沖成扇形片,如圖6-4所示,疊裝時,每層接縫應相互錯開拼成整圓,構成定子鐵心整體。



大中型異步電機定子鐵芯沿軸線長度上每隔一定距離有一條通風溝,以利于散熱。


(2)定子繞組


定子繞組有成型硬繞組和散嵌軟繞組兩類。散嵌軟繞組多用于小容量電機,它是由高強度漆包圓銅線(或鋁線)繞制而成。繞線時,一般將一相線圈- -次連續繞成,嵌線時,將三相線圈按- -定規律依次嵌入定子槽中,即形成三相定子繞組。大、中容量電機由于電流大、電壓高,導線截面積大,絕緣強度要求高,故采用扁線繞制的成型線圈比較合適。散嵌繞組可分為單層、雙層及單雙層混合繞組3種,而成型硬繞組只采用雙層一種形式, 先繞成單個線圈,包扎對地絕緣后,熱壓或冷壓成型,然后嵌人定子槽中。所有的定子線圈按一定 的方式連接起來組成定子繞組。一般三相繞組的6個端線都引到機座側面的接線板上,在與電源相接時,可根據情況將6個端線接成三角形或接成星形。


(3)機座和端蓋


定子鐵心固定在機座內,機座起著固定定子鐵芯的作用,機座應該有足夠的強度和剛度,以承受加工、運輸及運行中的各種作用力,同時,還要滿足通風散熱的需要。異步電機的機座還作為主磁路的組成部分,當安裝的保護方式和冷卻方式不同時,機座結構也不同,小型電機般都采用鑄鐵機座,中型電機除采用鑄鐵機座外,也有采用鋼板焊接的機座,大型電機的機座都是用鋼板焊接成的。例如,封閉式異步電機的機座外殼上鑄有散熱筋,而且定子鐵心與機座緊密接觸使內部熱量易于傳出。防護式電機的機座在定子鐵芯之間留有一定的通風道,使空氣疏通,帶走機內熱量。


電機的端蓋裝載機座兩端,起著保護電機鐵芯和繞組端部的作用,在中小型電機中還與軸承一起支撐轉子。


2、轉子


異步電機的轉子主要由轉子鐵心,轉子繞組和軸承組成。其外形如圖6-5 (a)所示。



轉子鐵芯是主磁路的一部分。 在正常運行時,轉子轉速接近同步轉速。旋轉磁場相對于轉子的轉速很低,轉子中的鐵損很小,所以,原則上轉子鐵心用普通硅鋼片疊裝就可以了。但是,通常仍用定子沖片的內圓沖下來的原料做轉子疊片。小功率電機的轉子鐵心直接套壓在軸上;功率較大時,鐵心壓在轉子支架上,然后安裝在軸上。


在轉子鐵心的外圓.上也均勻分布著放線圈或導條的槽。各槽中的線圈連接起來成為轉子繞組。轉子繞組的形式有兩種,- -種 是籠形繞組,其解剖圖如圖6-5 (b)所示,另一-種是繞線型繞組,它們的結構不同,但工作原理基本相同。


(1) 籠型轉子在轉子鐵心的槽中,穿人兒根未包絕緣的銅條,在鐵心兩端槽的出口處用短路銅環把它們連接起來,這個銅環稱為端環。繞組形狀像一個籠子,故稱籠形繞組,如圖6-6所示。



籠形轉子的幾種槽形如圖6-7所示,通常采用半閉口槽,槽形的選擇主要決定于啟動性能和運行性能的要求。采用如圖6-7 (a) 所示的槽形時,轉子齒壁基本上是平行的,采用如圖6-7 (b)所示的槽形則為平行槽。相對而言,在齒的最狹.處寬度相同時,前者齒的截面積較大。此外,使用圖6-7(c)和圖6-7 (d)槽形的電機必用圖6-7 (a)和圖6-7(b)槽形的電機有較大的啟動轉矩,但是,槽形比較復雜。如需進一步提高轉矩,改善啟動性能,則需要采用雙籠形或深槽型,如圖6-7 (e)、圖6-7 (f)所示。圖6-7 (g)為閉口槽,顯然閉口槽可以減少一-些損耗,但漏磁較大,運行時功率因數較低。在大功率電機中很少采用。圖6-7 (h)為圓形槽,一般用圓銅條做導體。


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有時為了改善電機的性能,有意使轉子槽與轉軸扭斜一定角度,這種槽稱為斜槽。


(2) 繞線型轉子


繞線型轉子是用絕緣導線做成線圈,嵌入轉子槽中,再連接成三相繞組,一般都接成星形(Y)。圖6-8所示為繞線型轉子和電刷裝置。轉子的一端裝有三個滑環,稱集電環。三相繞組的首端引出線分別與3個滑環相接。每個滑環上各有一個電刷,通過電刷將轉子繞組與外部電路相連,以改善啟動性能或調節電機的轉速。



在一般工作條件下,要求轉子繞組是短路的。在大中型繞線型電機中還裝有提刷短路裝置,以使電機在啟動時將轉子繞組接通外部電阻( 或頻敏變阻器),而在啟動完畢,又不需要調速的情況下,將外部電阻等全部切除。為了消除電刷和滑環之間的機械摩擦損耗及接觸電阻損耗以提高運行的可靠性,通常利用-套機構將轉子三相出線短接后再由凸輪將電刷提起來。


3.氣隙


定子、轉子之間的間隙稱為異步電機的氣隙,氣隙的大小對于異步電機的性能影響很大。氣隙大則磁阻大,勵磁電流就大,由于異步電機的勵磁電流是取自電網的,增大氣隙將使氣隙中的磁勢增大,導致電機的功率因數降低。從這一角度來考慮,氣隙應制造的小一些,但電機帶負載運行時,轉軸有一定的撓度,氣隙太小,就可能發生定、轉子鐵心相擦的現象。


另外,從減少高次諧波磁勢產生的磁通,減少附加損耗及改善啟動性能來考慮,則氣隙應大一一些為好。因此,氣隙的大小除了考慮電性能外,還要考慮便于安裝,在運行中不發生轉子與定子相擦的現象。異步電機的氣隙具有很小的數值。對于中小型異步電機,氣隙一般在0.2 ~2.0 mm之間。

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