三相异步电动机的结构及工作原理刘立飞.docx

1、三相异步电动机的结构及工作原理 刘立飞Anhui Vocational & Technical College of Industry & Trade毕 业 论 文 三相异步电动机的结构及工作原理Structure and working principle of three phase asynchronous motor所在系院：电气与信息工程系专业班级：11级机电一体化技术(2）班学生学号：2011350217学生姓名：刘立飞指导教师：崔 璨年 月 日Anhui Vocational & Technical College of Industry & Trade毕业设计说明书 三相异步电

2、动机的结构及工作原理Structure and working principle of three phase asynchronous motor所在系院：电气与信息工程系专业班级：11级机电一体化技术（2）班学生学号：2011350217学生姓名：刘立飞指导教师：崔 璨年 月 日安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）任务书系（院） 电气与信息工程系 专业 机电一体化技术 班级 11级(2)班 学生姓名 刘立飞 学号 2011350217 一、题 目： 三相异步电动机的结构及工作原理 二、内容与要求：三、设计（论文）起止日期：任务下达日期： 年 月 日完成日期： 年 月 日 指导教师签名：

3、年 月 日四、教研室审查意见：教研室负责人签名： 年 月 日安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）指导教师、评阅人评语专业、班级 机电一体化(2)班 学生姓名 刘立飞 完成日期 题 目： 三相异步电动机的结构及工作原理 毕业设计（论文）共 14 页，其中：图 7 幅，表 0 个指导教师评语： 建议成绩 指导教师（签名）： 年 月 日评阅人评语： 建议成绩 评阅人（签名）： 年 月 日安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）成绩评定专业、班级 机电一体化(2)班 学生姓名 刘立飞 完成日期 题 目： 三相异步电动机的结构及工作原理 毕业设计（论文）共 14 页，其中：图 7 幅，表 0 个毕业设计（论

4、文）指导小组评定意见： 毕业论文成绩的评定：指导教师审阅成绩（70%）评阅教师评阅成绩（30%）总 分系（院）负责人签名： 年 月 日三相异步电动机的结构及工作原理摘要 随着革新开放的不断深入，生产力不断发展，工、农业生产技术不断进的角色也越来越重要，可以想象如果它们集体“罢工”的话，那我们的生产、生活将乱到什么程度，比如：停水、停电、电梯停运、冷、暖气停送等等，将让我们无法想象，所以了解硕士论文它的结构及工作原理，在运行中的维护及停机保养，使我们能够在以后的工作生活中更好使用它们，让它们更好的为我们的生产、生活服务。关键词：三相异步电动机的发展 分类 旋转磁场Structure and wo

5、rking principle of three phase asynchronous motor Abstract with the deepening of the reform open, productivity development, industrial and agricultural production technology constantly into the role of also more and more important, as you can imagine if they collectively strike, that our production,

6、 the life will be to what extent, such as: water, electricity, elevators, cold, heat, stop sending, etc., will let us cant imagine, master thesis, so to understand its structure and working principle, maintenance and downtime in the operation and maintenance, enables us to use them in the later work

7、 better in life, let them better for our production and living services. Key words: the development of the three-phase asynchronous motor Classification Rotating magnetic field 目 录引 言 1第1章 电动机分类、发展现状及未来 21.1 电动机分类 21.2 技术发展现状电动机 21.3 电动机的未来 3第2章 三相异步电动机的构造 52.1 定子部分 52.2 转子部分 62.3 其他部分 7第3章 三相异步电动机的

8、工作原理 831 基本原理 83.2 旋转磁场 83.3 三相异步电动机的转动原理 10结 论 12参考文献 13致 谢 14 引 言现在社会中，电能是使用最广泛的一种能源，在电能的生产、输送和使用等方面，作为动力设备的电机是不可缺少的一部分。中小型电机行业是机械工业的重要组成部分，在国民经济中起着举足轻重的作用。发电机主要用于移动电源、风力发电、小型发电设备中；三相异步电动机在生产和交通运输中得到广泛使用，例如，在工业方面，它被广泛用于拖动各种机床。水泵、压缩机、搅拌机、起重机械等。在农业方面，他被广泛用于拖动排灌机械、脱粒机及各种农产品的加工机械。在家用电器和医疗器械和国防设施中，异步电动

9、机也应用十分广泛，作为拖动各种机械的动力设备。随着科学技术的不断创新和工农业的迅猛发展，电气化与自动化水平不断提高，国民经济各部门对异步三相异步电动机的需求量日益增加，对其性能，质量，技术经济指标也相应地提出了越来越高的要求。因此，对三相异步电动机性能提出了许多新的更新的要求，必须适时实地做出更新与发展，以适应各个新兴工业领域不同的特殊要求，特别是对需求量最大的中小型三相异步电动机，在保证其质量运行，寿命长和能满足使用要求的同时，进一步节约铜、铁等材料，提高效率和功率因数，以提高其经济技术指标与降低耗电。三相异步电动机已有近20年多年的研制开发、设计和生产史。尤其近些年来,随着研制开发技术的不

10、断创新、迅速发展和完善，如集成化技术、智能化技术、网络化技术、虚拟技术等，设计出 “更快、更精、更净”的产品第1章 电动机分类、发展现状及未来1.1 电动机分类 电动机机应用广泛 种类繁多、性能各异 分类方法也很多。 （1）根据电动机工电源的不同可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机作和三相电动机。 （2）电动机按结构及工作原理可分为异步电动机和同步电动机。 同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交

11、直流两用电动机和推斥电动机。 （3）电动机按起动与运行方式可分为电容起动式电动机、电容运转式电动机、电容起动运转式电动机和分相式电动机。 按用途分类。电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。驱动用电动机又分为电动工具用电动机、家电用电动机及其它通用小型机械设备用电动机。控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。 （4）电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机和绕线转子感应电动机。 五电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机1.2 技术发展现状电动机电动机是一种实现机、电能量转换的电磁装致。它是随着生产力的发展而发展的反过来电动机的发展也促进了社会生产力的不断提

12、高。从19世纪末期起电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机一个多世纪以来虽然电动机的基本结构变化不大但是电动机的类型增加了许多在运行性能经济指标等方面也都有了很大的改进和提高而且随着自动控制系统和计算机技术的发展在一般旋转电动机的理论基础上又发展出许多种类的控制电动机控制电动机具有高可靠性好精确度快速响应的特点已成为电动机学科的一个独立分支。电动机的功能是将电能转换成机械能它可以作为拖动各种生产机械的动力 是国民经济各部门应用最多的动力机械。在现代化工业生产过程中为了实现各种生产工艺过程需要各种各样的生产机械。拖动各种生产机械运转可以采用气动液压传动和电力拖动。由于电力拖动具有控制简单

13、、调节性能好、耗损小、经济、能实现远距离控制和自动控制等一系列优点 因此大多数生产机械都采用电力拖动。 按照电动机的种类不同 电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。纵观电力拖动的发展过程交、直流两种拖动方式并存于各个生产领域。在交流电出现以前直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式19世纪末期 由于研制出了经济实用的交流电动机致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用但随着生产技术的发展特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步对电力拖动在起动制动正反转以及调速精度与范围等静态特性和动态响应方面提出了新的更高的要求。由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求所以20世

14、纪以来在可逆可调速与高精度的拖动技术领域中相当时期内几乎都是采用直流电力拖动而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。虽然直流电动机具有调速性能优异这一突出特点但是由于它具有电刷与换向器又称整流子使得他的故障率较高 电动机的使用环境也受到了限制 如不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用其电压等级额定转速单机容量的发展也受到了限制。所以在20世纪60年代以后随着电力电子技术的发展半导体交流技术的交流技术的交流调速系统得以实现。尤其是70年代以来大规模集成电路和计算机控制技术的发展 为交流电力拖动的广泛应用创造了有利条件。诸如交流电动机的串级调速 各种类型的变频调速无换向器电动机调速等使得交流电力拖动逐步具

15、备了调速范围宽稳态精度高动态响应快以及在四象限做可逆运行等良好的技术性能在调速性能方面完全可与直流电力拖动媲美。除此之外 由于交流电力拖动具有调速性能优良维修费用低等优点 将广泛应用于各个工业电气自动化领域中并逐步取代直流电力拖动而成为电力拖动的主流经历了100多年的技术发展电动机自身的理论基本成熟。随着电工技术的发展对电能的转换、控制以及高效使用的要求越来越高。电磁材料的性能不断提高电工电子技术的广泛应用为电动机的发展注入了新的活力。未来电动机将会沿着单位功率体积更小、机电能量转换效率更高、控制更灵活的方向继续发展。一批巨无霸电机、一批光怪陆奇电机将同时展现在世人眼前。1.3 电动机的未来

16、经历了一百多年的技术发展 电动机自身的理论基本成熟。随着电工技术的发展 对电能的转换、控制以及高效使用的要求越来越高。电磁材料的性能不断提高 电工电子技术的广泛应用 为电动机的发展注入了新的活力。未来电动机将会沿着体积更小、机电能量转换效率更高、控制更灵活的方向继续发展。第2章 三相异步电动机的构造 2.1 定子部分 三相电动机外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。机座：铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是保护和固定三相电动机的定子绕组。中、小型三相电动机的机座还有两个端盖支承着转子，它是三相电动机机械结构的重要组成部分。通常，机座的外表要求散热性能好，所以一般都铸有散热片。(1) 外壳端

17、盖用铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是把转子固定在定子内腔中心，使转子能够在定子中均匀地旋转。定子是用来产生旋转磁场的。三相电动机的定子一般由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。轴承盖：也是铸铁或铸钢浇铸成型的，它的作用是固定转子，使转子不能轴向移动，另外起存放润滑油和保护轴承的作用。接线盒：一般是用铸铁浇铸，其作用是保护和固定绕组的引出线端子。吊环：一般是用铸钢制造，安装在机座的上端，用来起吊、搬抬三相电动机。 (2) 定子铁心异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35mm0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，如图2-1所示。由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交

18、变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。 （a）定 子 铁 心 （b）定 子 冲 片 图2-1 定子部分(3) 定子绕组定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。三相绕组）由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120电角度。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。中、小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为U1, V1,

19、W1 ，末端分别标为U2, V2, W2 。这六个出线端在接线盒里的排列如图2-2所示，可以接成星形或三角形（a） 星 形 连 接 （b）三 角 形 连 接 图2-2 电动机的星形连接与三角形连接2.2 转子部分(1) 转子铁心是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组。(2) 转子绕组异步电动机的转子绕组分为绕线形与笼形两种，由此分为绕线转子异步电动机与笼形异步电动机。 绕线形绕组 与定子绕组一样也是一个三相绕组，一般接成星形，三相引出线分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环上，通过电刷装置与外电路相连，这就有可能在

20、转子电路中串接电阻或电动势以改善电动机的运行性能，见图2-3。 1 集电环；2电刷；3变阻器图2-3 外加变阻器的连接笼形转子绕组 在转子铁心的每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一个铜环（称为端环）把导条连接起来，称为铜排转子。也可用铸铝的方法，把转子导条和端环风扇叶片用铝液一次浇铸而成，称为铸铝转子。100kW以下的异步电动机一般采用铸铝转子。2.3 其他部分 其他部分包括端盖、风扇等。端盖除了起防护作用外，在端盖上还装有轴承，用以支撑转子轴。风扇则用来通风冷却电动机。三相异步电动机的定子与转子之间的空气隙，一般仅为0.2mm1.5mm。气隙太大，电动机运行时的功率因数降低；气隙太小，使

21、装配困难，运行不可靠，高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加以及使启动性能变差。第3章 三相异步电动机的工作原理31 基本原理 为了说明三相异步电动机的工作原理，我们做如下演示实验，如图3-1所示。 图 3-1 三相异步电动机工作原理 (1) 演示实验 在装有手柄的蹄形磁铁的两极间放置一个闭合导体，当转动手柄带动蹄形磁铁旋转时，将发现导体也跟着旋；若改变磁铁的转向，则导体的转向也跟着改变。 (2) 现象解释 当磁铁旋转时，磁铁与闭合的导体发生相对运动，鼠笼式导体切割磁力线而在其内部产生感应电动势和感应电流。感应电流又使导体受到一个电磁力的作用，于是导体就沿磁铁的旋转方向转动起来，这就是异步电动机

22、的基本原理。 转子转动的方向和磁极旋转的方向相同。 (3) 结论 欲使异步电动机旋转，必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组。3.2 旋转磁场(1) 旋磁场的产生三相异步电动机转子之所以会旋转、实现能量转换，是因为转子气隙内有一个旋转磁场。下面来讨论旋转磁场的产生。如图3-2所示，U1U2, V1V2, W1，W2为三相定子绕组，在空间彼此相隔120，接成Y形。三相绕组的首端U1, V1, W1接在三相对称电源上，有三相对称电流通过三相绕组。设电源的相序为U, V, W, 的初相角为零，如图3-2波形图所示。 图3-2 三相交流电流波形图 图3-3 旋转磁场的形成当wt=90 时，即经过1/4周期后

23、， 由零变成正的最大值， 仍为负值，i 已变成负值，如图3-3（b）所示，这时合成磁场的方位与 wt=0 时相比，已按逆时针方向转过了90。 应用同样的方法，可得出如下结论：当wt=180时，合成磁场就转过了180，如图3-3（c）所示；当 wt=300时合成磁场方向旋转了300，如图3-3（d）所示；当 wt=360时合成磁场旋转了360，即转1周，如图3-3（a）所示。 由此可见，对称三相电流 iu iv iw 分别通入对称三相绕组U1U2, V1V2, W1W2中所形成的合成磁场，是一个随时间变化的旋转磁场。 以上分析的是电动机产生一对磁极时的情况，当定子绕组连接形成的是两对磁极时，运用

24、相同的方法可以分析出此时电流变化一个周期，磁场只转动了半圈，即转速减慢了一半。(2) 旋转磁场的方向空间120度 对称分布的三相绕组通过三相对称的交流电流时，产生的合成磁场为极对数p=1的空间旋转磁场，每电源周期旋转一周，即两个极距；某相绕组中电流达到最大值时，磁极轴线恰好旋转到该相绕组轴线上。旋转磁场的方向是由三相绕组中电流相序决定的，若想改变旋转磁场的方向，只要改变通入定子绕组的电流相序，即将三根电源线中的任意两根对调即可。这时，转子的旋转方向也跟着改变。3.3 三相异步电动机的转动原理三相交流电通入定子绕组后，便形成了一个旋转磁场，旋转磁场的磁力线被转子导体切割，根据电磁感应原理，转子导

25、体产生感应电动势。转子绕组是闭合的，则转子导体有电流流过。设旋转磁场按顺时针方向旋转，且 某时刻为上为北极N下为南极S，如图3-4所示。根据右手定则，在上半部转子导体的电动势和电流方向由里向外，用表示；在下半部则由外向里，用表示 图3-4 三相电动机的转动原理原理：定子旋转磁场以速度n0切割转子导体感生电动势（发电机右手定则），在转子导体中形成电流，使导体受电磁力作用形成电磁转矩，推动转子以转速n顺n0方向旋转（电动机左手定则），并从轴上输出一定大小的机械功率。(n不能等于n0)特点：电动机内必须有一个以n0旋转的磁场。实现能量转换的前提；电动运行时n恒不等于n0（异步）必要条件nn0； 建立

26、转矩的电流由感应产生。感应名称的来源流过电流的转子导体在磁场中要受到电磁力作用，力F的方向可用左手定则确定，电磁力作用于转子导体上，对转轴形成电磁转矩，使转子按照旋转磁场的方向旋转起来，转速为n。三相电动机的转子转速n始终不会加速到旋转磁场的转速n1。因为只有这样，转绕组与旋转磁场之间才会有相对运动而切割磁力线，转子绕组导体中才能产生感应电动势和电流，从而产生电磁转矩，“异步”的名称也由此而来。结 论1、三相异步电动机的两个基本组成部分为定子（固定部分）和转子（旋转部分）。2、欲使异步电动机旋转，必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组，并且旋转的磁场和闭合的转子绕组的转速不同，这也是“异步”二字的含

27、义；3、三相电源流过在空间互差一定角度按一定规律排列的三相绕组时，便会产生旋转磁场； 4、旋转磁场的方向是由三相绕组中电源相序决定的；5、三相异步电动机旋转磁场的转速n0与电动机磁极对数p有关，它们的关系是：6、转差率s用来表示转子转速n与磁场转速n0相差的程度的物理量。即：转差率是异步电动机的一个重要的物理量，异步电动机运行时，转速与同步转速一般很接近，转差率很小。在额定工作状态下约为0.015 0.06之间。7、三相异步电动机中的电磁关系同变压器类似，定子绕组相当于变压器的原绕组，转子绕组（一般是短接的）相当于副绕组。 实践证明，在工农业生产中，根据实际需要，科学地选用三相异步电动机可以提

28、高生产效率，收到很好的经济效益。在运行中对电动机进行科学的维护保养，使电动机长期处于非常好的技术状态，延长使用寿命，提高工农业生产的效率是非常有必要的。参考文献 1 才家刚 电动机使用与维理技术 北京：水利水电出版社，1998. 2 付家才 电机工程实践技术 北京：化学工业出版社, 2003. 3 张曾常 电机绕组接线速成 北京：机械工业出版社，1996. 4 松柏 三相电动机修理自学指导 北京：北京科学技术出版社，2001. 5 刘淑荣 工厂电气控制技术 北京：高等教育出版社，2006. 6 许晓峰 电机及拖动 北京：高等教育出版社，2007. 7 亚平 当代电动机原理 北京：中国科学文化出

29、版社，2003.致 谢时光荏苒，岁月如梭。记忆的雪花翩翩起舞，思绪定格在凤凰花开的季节。挥洒过汗水，也滴落过泪花，这里有我熟悉的一切，有我热爱的一切。恍惚中，在美丽的南强校园中，度过了人生中最为宝贵的年华。不知不觉中完成了人生中最大的一次蜕变。蜕变需要经历过磨练，磨练可以让我们更为坚强，去勇敢面对生活中所遇到的困难与磨难。 论文得以顺利完成，要感谢的人实在太多了。首先要衷心地感谢我的指导老师崔老师，您严谨的治学态度，开阔的思维，循循善诱的指导一直给我很大的帮助。当我对论文的思路感到迷茫时，您为我理清思路，指导我往一条比较清晰的思路上进行修改。在论文的不断修改中，我也努力做到及时积极地跟璀老师交

30、流，因为我觉得这样可以使得我的论文更加完善。在这里还要深深的对您说上一句抱歉，因为我的懒散和懈怠，令您费尽苦心并且几近失望。论文的最终完成，也是一波三折。在不断完善和修改的过程中，也让我更加懂得“一分耕耘才有一分收获”的道理。再次对您表示感谢，师恩伟大，无以回报。然后还要感谢所有在大学期间传授我知识的老师，每一位老师的悉心教导都是我完成这篇论文的基础。特别是班主任一直以来对我的鼓励和支持，跟我一起讨论我们共同的兴趣爱好，并在我陷入困境的时候给予我最中肯的指点，大学里有这两位恩师的存在让我少走了很多弯路。班主任，虽然学生没有能力和胆量去实践自己心中的梦想，但是您对我的寄语会一直在我的脑海里永存，有理想就有希望，有希望就能看到理想实现的那一天。人生是那么的不确定，学生绝对不会甘于平庸和妥协。