2.2 三相异步电动机 |
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三相交流异步电动机,又称为三相交流感应电动机。由于三相异步电动机具有结构简单、制造容易、工作可靠、维护方便、价格低廉等优点,现已成为工农业生产中应用最广泛的一种电动机。例如,在工业方面,它被广泛用于拖动各种机床、风机、水泵、压缩机、搅拌机、起重机等生产机械;在农业方面,它被广泛用于拖动排灌机械及脱粒机、碾米机、榨油机、粉碎机等各种农副产品加工机械。
为了适应各种机械设备的配套要求,异步电动机的系列、品种、规格繁多,其分类方法也很多。三相异步电动机的主要分类见表2-2。
表2-2 三相异步电动机分类
三相异步电动机有多种类型,其外形和局部结构各异,但其主要结构部件却基本相同。
三相异步电动机由两个基本部分组成:固定部分称为定子,主要由机座、定子铁芯、定子绕组等组成;旋转的部分称为转子,主要由转子铁芯、转子绕组和转轴等组成。转子装在定子腔内,为了保证转子能在定子内自由转动,定、转子之间必须有一定间隙,称为气隙。此外,在电动机中还有一些其他零部件,如端盖、轴承、轴承盖、风扇、风罩等,在绕线式转子三相异步电动机中还有集电环(又称滑环)及电刷装置等。普通的笼型三相异步电动机的基本结构如图2-1所示,绕线式转子三相异步电动机的基本结构如图2-2所示。
图2-1 笼型三相异步电动机的基本结构
1—紧固件;2—接线盒;3—轴承外盖;4—轴承;5—轴承内盖;6—端盖;7—机座; 8—定子铁芯;9—转子;10—风罩;11—外风扇;12—键;13—轴用挡圈
图2-2 绕线式转子三相异步电动机的基本结构
1—机座;2—端盖;3—轴承;4—轴承外盖;5—轴承内盖;6—转轴;7—转子绕组;8—接线盒; 9—定子铁芯;10—转子铁芯;11—吊环;12—定子绕组;13—端盖;14—轴承; 15—电刷装置;16—集电环;17—转子绕组引出线
三相异步电动机工作原理的示意图如图2-3所示。在一个可旋转的马蹄形磁铁中,放置一个可以自由转动的笼型绕组,如图2-3(a)所示。当转动马蹄形磁铁时,笼型绕组就会跟着它向相同的方向旋转。这是因为磁铁转动时,它的磁场与笼型绕组中的导体(即导条)之间产生相对运动,磁场逆时针方向旋转,相当于转子导体顺时针方向切割磁力线,根据右手定则可以确定导体中感应电动势的方向,如图2-3(b)所示。由于导体两端被金属端环短路,因此在感应电动势的作用下,导体中就有感应电流流过,如果不考虑导体中电流与电动势的相位差,则导体中感应电流的方向与感应电动势的方向相同。这些通有感应电流的导体在磁场中会受到电磁力 f 的作用,导体受力方向可根据左手定则确定。因此,在图2-3(b)中,N极范围内的导体受力方向向左,而S极范围内的导体的受力方向向右,这是一对大小相等、方向相反的力,因此就形成了电磁转矩 T e ,使笼型绕组(转子)朝着磁场旋转的方向转动起来。这就是异步电动机的简单工作原理。
图2-3 三相异步电动机工作原理示意图
实际的三相异步电动机是利用定子三相对称绕组通入三相对称电流而产生旋转磁场的,这个旋转磁场的转速 n s 又称为同步转速。三相异步电动机转子的转速 n 不可能达到定子旋转磁场的转速,即电动机的转速 n 不可能达到同步转速 n s 。因为,如果达到同步转速,则转子导体与旋转磁场之间就没有相对运动,因而在转子导体中就不能产生感应电动势和感应电流,也就不能产生推动转子旋转的电磁力 f 和电磁转矩 T e ,所以,异步电动机的转速总是低于同步转速,即两种转速之间总是存在差异,异步电动机因此而得名。由于转子电流由感应产生,故这种电动机又称感应电动机。
国产三相异步电动机的型号一律采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字来表示。三相异步电动机的型号一般由三部分组成,排列顺序及含义如下:
注:大型异步电动机的规格代号由功率(kW)极数定子铁芯外径(mm)三部分组成。
表2-3 常用异步电动机的特点代号
表2-4 特殊环境代号
三相异步电动机的型号示例:
Y-100L2-4——表示三相异步电动机,中心高为100mm、长机座、2号铁芯长、4极。
Y2-132S-6——表示三相异步电动机,第二次系列设计、中心高为132mm、短机座、6极。
YZR630-10/1180——表示大型起重冶金用绕线型异步电动机,功率为630kW、10极、定子铁芯外径为1180mm。
J2-61-2——表示防护式三相异步电动机,第二次系列设计、6号机座、1号铁芯长、2极。
JO2-32-4——表示封闭式三相异步电动机,第二次系列设计、3号机座、2号铁芯长、4极。
三相异步电动机的接法是指电动机在额定电压下,三相定子绕组6个首末端头的连接方法,有星形(Y)和三角形(△)两种。
三相定子绕组每相都有两个引出线头,一个称为首端,另一个称为末端。按国家标准规定,第一相绕组的首端用U 1 表示,末端用U 2 表示;第二相绕组的首端和末端分别用V 1 和V 2 表示;第三相绕组的首端和末端分别用W 1 和W 2 表示。这6个引出线头引入接线盒的接线上,接线柱标出对应的符号,如图2-4所示。
图2-4 接线盒的接线方法
三相定子绕组的6根端头可将三相定子绕组接成星形(Y)或三角形(△)。星形连接是将三相绕组的末端连接在一起,即将U 2 、V 2 、W 2 接线柱用铜片连接在一起,而将三相绕组的首端U 1 、V 1 、W 1 分别接三相电源,如图2-4(b)所示。三角形连接是将第一相绕组的首端U 1 与第三相绕组的末端W 2 连接在一起,再接入一相电源;将第二相绕组的首端V 1 与第一相绕组的末端U 2 连接在一起,再接入第二相电源;将第三相绕组的首端W 1 与第二相绕组的末端V 2 连接在一起,再接入第三相电源。即在接线板上将接线柱U 1 和W 2 、V 1 和U 2 、W 1 和V 2 分别用铜片连接起来,再分别接入三相电源,如图2-4(c)所示。一台电动机是接成星形或是接成三角形,应视生产厂家的规定而进行,可从铭牌上查得。
三相定子绕组的首末端是生产厂家事先预定好的,绝不能任意颠倒,但可以将三相绕组的首末端一起颠倒,例如将U 2 、V 2 、W 2 作为首端,而将U 1 、V 1 、W 1 作为末端。但绝对不能单独将一相绕组的首末端颠倒,如将U 1 、V 2 、W 1 作为首端,将会产生接线错误。
表2-5 Y系列(IP44)三相异步电动机技术数据(380V,50Hz)
表2-6 Y系列(IP23)三相异步电动机技术数据(380V,50Hz)
表2-7 YR系列(IP44)三相异步电动机技术数据(380V,50Hz)
表2-8 YR系列(IP23)三相异步电动机技术数据(380V,50Hz)
表2-9 Y2系列(IP54)三相异步电动机技术数据(380V,50Hz)
表2-10 YX系列高效率三相异步电动机技术数据(380V,50Hz)
表2-11 YVP系列变频调速三相异步电动机技术数据(380V,50Hz)