異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、效率較高，缺點(diǎn)是調(diào)速性能較差，功率因數(shù)較低。

一、異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

異步電動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，定、轉(zhuǎn)子中間是空氣隙。此外，還有端蓋、軸承、機(jī)座等部件。如下圖：

1、定子

定子是異步電動(dòng)機(jī)固定不動(dòng)的部分，由機(jī)座、定子鐵芯和定子繞組構(gòu)成。

1）機(jī)座

是電動(dòng)機(jī)的外殼，起著支撐電機(jī)的作用，通常用鑄鐵鑄成，也有用鋁合金鑄成的。大型電機(jī)機(jī)座多采用鋼板拼焊而成。

2）定子鐵芯

定子鐵芯是磁路的一部分，用0.5mm厚的硅鋼片疊壓成整體的中空?qǐng)A柱形后裝入機(jī)座內(nèi)，外壁與機(jī)座配合，內(nèi)壁開槽，槽內(nèi)嵌置定子繞組。為了減小渦流損耗，疊片間需經(jīng)絕緣處理，一般小容量電機(jī)的硅鋼片表面由氧化膜絕緣，大容量電機(jī)硅鋼片間涂有絕緣漆。

3）定子繞組

是電機(jī)的電路部分，小型電機(jī)的定子繞組用高強(qiáng)度漆包圓銅線或鋁線繞制而成；大型電機(jī)導(dǎo)線截面較大，采用矩形截面的銅或鋁線制成線圈嵌置在定子槽內(nèi)。繞組與槽壁間用絕緣材料隔開。

2、氣隙

異步電機(jī)的氣隙比同容量直流電機(jī)的氣隙要小得多，一般為0.2～2.0mm。這是因?yàn)楫惒诫姍C(jī)的勵(lì)磁電流是由電網(wǎng)供給的，氣隙大時(shí)，勵(lì)磁電流就大，會(huì)降低了電機(jī)的功率因數(shù)。為了提高功率因數(shù)，應(yīng)盡量把氣隙做得小些。但是氣隙過小時(shí)，將造成裝配困難，運(yùn)行不可靠，高次諧波磁場增強(qiáng)，從而使附加損耗增加。

3、轉(zhuǎn)子

是由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成的。

1）轉(zhuǎn)軸

轉(zhuǎn)軸一般由中碳鋼做材料，起到支撐、固定轉(zhuǎn)子鐵芯和傳遞功率的作用。

2）轉(zhuǎn)子鐵芯

轉(zhuǎn)子鐵芯也是電機(jī)磁路的一部分，用0.5mm厚的硅鋼片疊壓成整體的圓柱形套裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)子鐵芯外圓的槽內(nèi)嵌置轉(zhuǎn)子繞組。

3）轉(zhuǎn)子繞組

異步電動(dòng)機(jī)有鼠籠式和繞線式兩類，其區(qū)別在于轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)不同，繞線式電機(jī)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，一般用于對(duì)啟動(dòng)和調(diào)速性能要求較高的場合。

（1）鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組

鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組沒有鐵芯時(shí)，整個(gè)繞組的外形就像一個(gè)鼠籠。在轉(zhuǎn)子鐵芯上也有槽，各槽里都有一根銅或鋁制導(dǎo)條作轉(zhuǎn)子導(dǎo)體。在導(dǎo)條的兩端用短路環(huán)短接，形成閉合回路。大中型電機(jī)導(dǎo)條是銅的，制造時(shí)把裸銅條插入轉(zhuǎn)子鐵芯槽中，再用銅環(huán)套在兩端銅條的頭上，并焊接在一起；多數(shù)小型電機(jī)的導(dǎo)條是鋁制的，制造時(shí)把疊好的轉(zhuǎn)子鐵芯放在鑄鋁的模具內(nèi)，把鼠籠和端部的內(nèi)風(fēng)扇一次鑄成。

（2）繞線式轉(zhuǎn)子繞組

繞線式轉(zhuǎn)子繞組和定子三相對(duì)稱繞組類似，嵌置在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)。三相繞組尾端在內(nèi)部接成星形，首端由轉(zhuǎn)子軸中心引出接到滑環(huán)，滑環(huán)經(jīng)電刷再串入外接電阻，可以改善電機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速性能。有的繞線式電機(jī)還裝設(shè)有提刷裝置，在串入的外接電阻啟動(dòng)完畢后，把電刷提起，三相滑環(huán)直接短路，減小運(yùn)行中的損耗。

二、異步電動(dòng)機(jī)的基本原理

1、工作原理

上圖是異步電動(dòng)機(jī)的工作原理圖，它由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，二者之間有一個(gè)很小的空氣隙。

1）定子對(duì)稱三相繞組通入對(duì)稱三相交流電流，建立定子三相合成旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。圖中虛線表示某一瞬間定子旋轉(zhuǎn)磁場的磁通，它以同步轉(zhuǎn)速n1順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向可用右手定則確定，電動(dòng)勢(shì)在閉路的轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生電流。

2）載流的轉(zhuǎn)子繞組在旋轉(zhuǎn)磁場中受到電磁力的作用，用左手定則可確定此時(shí)轉(zhuǎn)子繞組受到一個(gè)順時(shí)針方向電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩的作用，使轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n隨著定子旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)。

3）異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不能等于定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1，因?yàn)槿绻鹡=n1，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場之間就沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子繞組中就沒有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，就不能產(chǎn)生推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)矩，所以異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n和定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1之間存在差異，n總是小于n1，“異步”之名，由此而來。

2、轉(zhuǎn)差率

異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1之間存在著轉(zhuǎn)速差，此轉(zhuǎn)速差是定子旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度，它的大小決定著轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)及其頻率的大小，直接影響到異步電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。轉(zhuǎn)速差可用轉(zhuǎn)差率s這一重要物理量表示：s=（n1-n）/n1

當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速 n1開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子因機(jī)械慣性尚未轉(zhuǎn)動(dòng)， 轉(zhuǎn)子的瞬間轉(zhuǎn)速 n=0，這時(shí)轉(zhuǎn)差率 s=1。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來之后， n>0，（n1-n）差值減小，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率 s<1。如果轉(zhuǎn)軸上的阻轉(zhuǎn)矩加大，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n降低，即異步程度加大，才能產(chǎn)生足夠大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流， 產(chǎn)生足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩， 這時(shí)轉(zhuǎn)差率s增大。異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)0

3、異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)

1）電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)

0

2）發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)

-∞n1，轉(zhuǎn)差率s變?yōu)樨?fù)值，定子旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的方向與電動(dòng)機(jī)相反，定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子電流相互作用，將產(chǎn)生制動(dòng)性質(zhì)的電磁力f和電磁轉(zhuǎn)矩，若要維持轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n>n1，必須向異步電機(jī)輸入機(jī)械功率，克服電磁轉(zhuǎn)矩做功，機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率輸送給電力系統(tǒng)。

3）電磁制動(dòng)狀態(tài)

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