三相异步电动机的结构分析

【学习任务】（1）正确说出三相异步电动机的基本结构。

（2）正确认识三相异步电动机的基本类别。

（3）正确认识三相异步电动机的功能及应用场合。

任务手册5：异步电动机的选用

微课5.1：三相异步电动机的结构

异步电机是交流电机的一种，有单相和三相之分，主要用作电动机，用来拖动各种生产机械，其结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，在国民经济各行业应用极广。据统计，90%的电力拖动电动机是异步电动机，异步电动机用电量占电网总负荷的50%以上。三相异步电动机可以用来拖动机床、水泵、鼓风机、压缩机、起重卷扬设备，在水电站和发电厂中，水轮机、锅炉、汽轮机的附属设备如调速器、球磨机、水泵、风机等也大多由异步电动机驱动。单相异步电动机功率较小，主要用于家用电器和自动装置中。

异步电动机虽然有诸多优点，应用广泛，但因调速性能较差、功率因数较低，故还不能在生产中完全取代直流电动机和同步电动机。

三相异步电动机在结构上主要由两大部分组成，即静止部分和转动部分。静止部分称为定子，转动部分称为转子。定子、转子之间留有很小的气隙，一般为0.2～2 mm。此外，还有机座、端盖、轴承、接线盒、风扇等其他部分。异步电动机根据转子绕组的不同结构形式，可分为笼型（鼠笼型）和绕线型两种。图5－1所示为笼型异步电动机的结构。

图5－1　笼型异步电动机的结构

1—转子；2—轴承；3—轴承盖；4—定子绕组；5—定子铁芯；6—端盖；7—定子；
8—风扇；9—风扇罩

图5－2　绕线型异步电动机的结构和接线原理

（a）结构；（b）接线原理
1—定子；2—定子绕组；3—转子；4—转子绕组；5—滑环风扇；6—出线盒；
7—轴承；8—轴承盒；9—端盖；10—内盖；11—外盖

下面分别对定子、转子主要部件的结构和作用进行介绍。

1.定子

定子主要由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成。

（1）定子铁芯：是电动机磁路的一部分，为减少铁芯损耗，一般由0.5 mm厚的导磁性能较好的硅钢片叠压成整体后，安放在机座内，叠片间经过绝缘处理。中小型电动机的定子铁芯和转子铁芯都采用整圆冲片，如图5－3所示。大中型电动机常将扇形冲片拼成一个圆。

图5－3　异步电动机定子与定子铁芯

（a）定子机座；（b）定子铁芯冲片

（2）定子绕组：是电动机的电路部分，其作用是通入三相交流电后产生旋转磁场。小型异步电动机的定子绕组是用高强度漆包圆铜线或铝线绕制而成，大型异步电动机的导线截面较大，采用矩形截面的铜线或铝线制成线圈，再嵌入定子铁芯槽内。三相异步电动机的定子绕组通常有六根出线头，根据电动机的容量和需要可选择星形连接或三角形连接。

（3）机座：其作用是固定和支承定子铁芯及端盖，因此，机座应有较好的机械强度和刚度。中小型电动机一般用铸铁机座，大型电动机的机座则用钢板焊接而成。

2.转子

转子主要由转子铁芯、转子绕组和转轴三部分组成，整个转子靠端盖和轴承支承。

转子铁芯是电动机磁路的一部分，一般也用0.5 mm厚的硅钢片叠压成整体的圆柱形套装在转轴上。转子铁芯叠片冲有嵌放转子绕组的槽，如图5－4所示。异步电动机的转子绕组分为笼型转子和绕线型转子两种。

图5－4　转子铁芯冲片

1）笼型转子

笼型转子绕组如图5－5和图5－6所示，在转子铁芯的每一个槽中插入一根裸导条，在铁芯两端分别用两个短路环把导条连接成一个整体，形成一个自身闭合的多相短路绕组。如果去掉铁芯，绕组的外形就像一个“鼠笼”，所以称为笼型转子，其构成的电动机称为笼型异步电动机。中、小型异步电动机的笼型转子一般都采用铸铝材料，如图5－6所示，制造时，把叠好的转子铁芯放在铸铝的模具内，把“鼠笼”和端部的内风扇一次铸成。大型异步电动机转子绕组则采用铜导条，如图5－5所示。

图5－5　大型异步电动机笼型转子（铜导条）

图5－6　中、小型异步电动机笼型转子（铸铝导条）

1—铝导条；2—端环；3—风叶

笼型转子绕组的相数、极数、绕组系数和转子磁动势与普通对称三相绕组差别很大，现分述如下。

（1）笼型转子绕组的相数m2和匝数N2。

笼型绕组各导条电动势间通过端环并联，并非互相串联。可见，笼型转子绕组每一根导条就是一相，即每一对极下的导条数等于相数，笼型转子绕组的相数为

式中　Z2——转子槽数

p——磁极对数

由于绕组各导条中电流是对称的，故为对称多相绕组。由于每相只有一根导条，相当于半匝，所以每相匝数。

（2）笼型转子绕组的极数。

笼型转子的磁极数等于定子绕组的磁极数，若磁极对数为p，则磁极数即为2p。

（3）笼型转子绕组的绕组系数KW2。

绕组系数KW2实质上是一相绕组中各导体电动势串联叠加成一相电动势时应打的折扣，这是由绕组的分布和短距引起的。对于笼型转子来说，一根导条即为一相，各导条电动势是并联的，不存在串联叠加的问题，也不需要打折扣，故KW2＝1。

2）绕线型转子

绕线式转子绕组是与定子绕组相似的三相对称绕组，三相绕组尾端在内部接成星形，三相首端由转子轴中心引出接到滑环上，再经一套电刷引出来与外电路相连，如果跟外电阻相接，还可以改善电动机的起动和调速性能，其接线示意图如图5－7所示。(www.xing528.com)

图5－7　绕线型转子结构图

（a）绕线型转子结构图；（b）绕线型转子回路示意图
1—转轴；2—转子铁芯；3—转子绕组；4—电刷引线；5—刷架；6—电风扇；7—转子绕组；8—滑环

3）转轴

转子铁芯套在转轴上，它起着支承、固定转子和传递功率的作用。转轴一般用中碳钢制作。

3.气隙

异步电动机的气隙是均匀的。气隙大小对异步电动机的运行性能和参数影响较大，励磁电流由电网供给，气隙越大，励磁电流也就越大，而励磁电流又属于无功性质，它会影响电网的功率因数。气隙过小，则将引起装配困难，并导致运行不稳定。因此，异步电动机的气隙大小往往为机械条件所能允许达到的最小数值，中、小型电动机一般为0.1～1 mm。

自测题

答案5.1

一、填空题

1.异步电机是交流电机的一种，有单相和三相之分，主要用作________。

2.异步电动机虽然有诸多优点，应用广泛，但其功率因数________，还不能在生产中完全取代直流电动机和同步电动机。

3.三相异步电动机在结构上主要由两大部分组成，即________和________。

4.异步电动机定子、转子之间留有很小的气隙，一般为______________。

5.笼型转子绕组的相数为______________。

6.异步电动机根据转子结构的不同可分为________式和________式两大类。________式电动机调速性能较差，________式电动机调速性能较好。

7.三相异步电动机的定子铁芯是用薄的硅钢片叠装而成，它是定子的________的一部分，其内表面冲有槽孔，用来嵌放________。

8.三相异步电动机的三相定子绕组通以____________，则会产生________。

二、选择题

1.一台三相交流异步电机，其定子槽数为24，极对数为2，则其电角度应该是（　　）。

A.15°　B.30°　C.40°　D.50°

2.三相绕组在空间位置应互相间隔（　　）。

A.180°　B.120°　C.90°　D.360°

3.绕线式异步电动机的转子三相绕组通常接成______，与定子绕组磁极对数________。（　　）

A.三角形/不同　B.星形/可能相同也可能不同

C.三角形/相同　D.星形/相同

4.双笼型异步电动机，为了确保电动机启动和运行都能有较大的转矩，双笼安排在（　　）。

A.定子　B.励磁一侧

C.转子　D.根据定子、转子或励磁一侧的具体情况而定

三、判断题

1.通常三相笼型异步电动机定子绕组和转子绕组的相数不相等，而三相绕线转子异步电动机的定、转子相数则相等。（　　）

2.笼型异步电机转子的相数一般都和定子的相数一样。（　　）

3.某交流电动机的定子30槽，是一个4极电动机，则电角度是10°。（　　）

4.目前我国功率在4 kW以上的Y系列三相异步电动机均采用星形连接。（　　）

5.双笼型异步电动机，转子上有上笼、下笼两套笼型绕组。（　　）

四、简答题

1.异步电动机的转子有哪两种类型？各有何特点？

2.异步电动机的气隙比同步电动机的气隙大还是小？为什么？

3.绕线型异步电动机转子绕组的相数、极对数总是设计得与定子相同，鼠笼型异步电动机的转子相数、极对数又是如何确定的呢？与鼠笼条的数量有关吗？

4.异步电动机的定子和转子分别起什么作用？