交流异步电机原理与结构(钟幼康).doc

交流异步电机原理及结构 北车集团永济电机厂 钟幼康 第一节：交流电机概术 交流异步电机是交流旋转电机的一种，另一种为交流同步电机。 按电机转子结构形式的不同，交流异步电机分为鼠笼式、绕线式和整流子式。交流同步电机分为凸极式和隐极式。 交流异步电机既可作为电动机使用也可作为发电机和电磁制动器使用。与同步电机不同，交流异步电机的定子磁场旋转速度与转子旋转的速度不同。 当电动机运行时，电机转子旋转速度小于定子旋转磁场的速度，即术语转差率为正； 当发电机运行时则相反，转子旋转速度大于定子磁场旋转速度，即转差率为负； 当制动机运行时，转子旋转方向与定子磁场旋转方向相反，即转差率大于1。 当异步电机定子旋转磁场的速度与转子旋转速度相等时，即转差率为0时，由于转子感应不出电势将不产生力矩，也就不产生功率。 正因为这种电机在有功率产生时定子旋转磁场速度与转子旋转速度始终不一，故称其为异步电机。 第二节：交流电机的基本原理 一、同步电机的基本工作原理 以发电机为例来说明。交流电机和直流电机相同，也由定子和转子两部分组成，定、转子之间由气隙。如图所示］ 定子上有A、B、C三相绕组（绝大多数交流电机为三相，故我们的讲座均以定子为三相且相间在空间上彼此相差120°电角度来说）,每相绕组的匝数认为相同。转子磁极上装有通入直流电的励磁绕组，通电的励磁绕组产生磁通（根据电流流向不同，产生N极、S极）。在电机中，磁通从转子N极流出，经过气隙、定子铁芯、气隙，进入转子S极而构成闭合回路。当用原动机拖动发电机的转子恒速旋转时，根据电磁感应原理，旋转的磁力线将切割定子绕组中的导体，从而在定子导体中就会感应出交变电势（交变是因为磁力线是由N最大→0→S最大→0→N最大交变），故感应的电势也就随着磁力线的强弱而出现高低变化。设磁极磁场的气隙磁密沿圆周按正弦规律分布，则导体感应的电势也就随着时间按正弦规律变化，即： 感应电势 e＝Ba·l·v=Bm·l·v·Sinωt=Em·Sinωt 式中： Em=Bm·l·v 是导体电势的最大值； Ba 为导体所在处的磁密； Bm 为正弦波磁密的最大值； l 为被磁力线切割的导体长度； v 为磁力线切割导体的线速度，即转子旋转速度； ω=2πf 为感应的电势的交变角频率，其中：f为感应的电势频率(单位Hz)，f＝p·n/60。p：转子磁极对数；n：转子旋转速度 r/min。 前面所述，三相电机三相绕组在空间互差120°，则在磁力线切割时，三相绕组中感应的电势其幅值Em，角频率ω均相等，只是在初始时间相位上，顺差120°。前面的图感应电势的顺序为A、B、C。 设A相初始相位角为0，则三相电势表达式为： EA＝EmSinωt EB＝EmSin(ωt-120°) EC＝EmSin(ωt-240°) 将三相电势画在同一图上，见图。 从电势图看，任何一个瞬间，三相电势叠加值为0，现我们分析计算式： EA+EB+EC=EmSinωt+Em(SinωtCos120°－CosωtSin120°)+Em(SinωtCos240°－Cosωt Sin240°) =EmSinωt+Em(-1/2*Sinωt－/2*Cosωt )+Em(-1/2* Sinωt+/2* Cosωt ) ＝0 所以，当三相电机采用Y型（或称星型）连接时从中心点引出的中心线上电位为0，中心线上没有电流流过。二、异步电机的基本工作原理 异步电机定子与同步电机一样，在圆周均布嵌放定子绕组，但转子结构不同。同步电机转子必须通电，且是直流电，异步电机就不同。 在鼠笼式异步电机中，转子槽内有导体，导体两端用短路环连接起来，形成一个闭合的绕组。这种转子无需（也无法）通入电流，转子中的电流是靠定子感应到转子上的电势，在闭合的导体回路中形成的。 在工程中，鼠笼式转子的闭合回路有两种形式，一种是传统的，也是一般民用电机所常用的，槽内导体与两端端环用铝铸为一体，由于铝的导电率低，而且耐热能力也差，所以不适用于要求结构紧凑，转子电流大的场合；另一种是槽内导体和两端端环均为铜或铜合金，两者之间用焊接方式将他们连在一起。 在绕线式异步电机中，转子绕组与定子绕组相似，也是嵌线式的。嵌线后联成三相，再根据需要联成Y或△。