1、陕西航空职业技术学院毕业论文 1 摘 要 本文主要介绍了 三相异步电动机技术 发展及现状、工作原理、电动机的运行维护 ， 随着 科学 技术不断 发展 ，电动机及控制设备的技术性能也日益完善。 本文主要介绍了电动机技术发展及现状、工作原理、电动机的运行维护 ，其次说明了三相异步电动机的设计，及电磁路参数， 在工作中如何正确的使用和掌握其性能，还需要我们在实际工作中 不断 积累经验，判 断电动机及控制设备存在的问题与故障处理，找出故障原因并加以分析，及时采取对策，以保证电动机及传动设备的正常运行。 关键词 :三相异步电动机；设计；电磁路参数；工作性能；优化方案 陕西航空职业技术学院毕业论文 2 第
2、一章 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。 （一）根据电动机工作电源的不同，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和三相电动机。 （二）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、交直流两用电动机和推斥电动机。 （三）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
3、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。 （四）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 电动机技术发展现状 电动机是一种实现机、电能量转换的电磁装置。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，
4、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，经陕西航空职业技术学院毕业论文 3 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调节性能好耗损小
5、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，
6、所以 20世纪以来，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
7、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，将广陕西航空职业技术学院毕业论文 4 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
8、、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 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。 陕西航空职业技术学院毕业论文 5 第二章 电动机的工作原理 2.1 三相异步电动机的结构及工作原理 电机的机组结构主要由磁路部分，电路部分以及机械三部组成，如图。磁路又是由定子铁心
9、和转子铁心构成的。 定子铁心是由 0.35mm 0.5mm 厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，减少了由于交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，用来嵌放定子绕圈用的。转子铁心用 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。电路部分是由定子绕组和转子绕组构成的。定子绕组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。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。机械部分主要是机座、端子、轴和轴承等组成。 图 2-1 异步电动机根据转子的绕组的结构不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。鼠笼式异步电动机的
10、转子绕组本身自成闭合回路，整个转子形成一个坚实的整体，其结构简单牢固、运行可靠、价格便宜，应 用最为广泛，小型异步电动机绝大部分陕西航空职业技术学院毕业论文 6 属于这类。绕线式异步电动机的结构比鼠笼式复杂，但启动性能较好，需要时还可以调节电动机的转速。三相鼠笼式异步电动机的结构。 2.1.1异步电动机的 定子结构 定子是用来产生旋转磁场的，主要由定子铁心、定子绕组和机座等部分组成。鼠笼式和绕线式异步电动机的定子结构是完全一样的。 1、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，由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减
11、少了由于交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。 2、 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, W1 ，末端分别标为 U2, V2, W2 。这六个
12、出线端在接线盒里的排列如图 4.3 所示，可以接成星形或三角形。 3、机座是电动机的外壳和支架，它的作用是固定和保护定子铁心、定子绕组并支撑端盖，所以要求机座具有足够的机械强度和刚度，能承受运输和运行过程中的各种作用力。 中、小型异步电动机通常采用铸铁机座，定子铁心紧贴在机座的内壁，电动机运行时铁心和绕组产生的热量主要通过机座表面散发到空气中去，因此，为了增加散热面积，在机座表面装有散热片。 对大型异步电动机，一般采用钢板焊接机座，此时为了满足通风散热的要求，机座内表面与铁心隔开适当距离，以形成空腔，作为冷却空气的通道。 2.1.2异步电动机的 转子结构 转子是异步电动机的转动部分，它在定子绕
13、组旋转磁场的作用下获得一定的转矩而旋转，通过联轴器或皮带轮带动其他机械设备做功。转子由转子铁心、转子绕组和转轴等部分组成。 陕西航空职业技术学院毕业论文 7 （一）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。 （二）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，这就有可能在转子电路中串接电阻或电动势以改善电动机的运行性
14、能 。 笼形绕组 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，如图 3.5（ a）所示。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。 2.1.3电动机工作原理 目前较常用的主要是交流电动机，它可分为两种： 1、三相异步电动机。 2、单相交流电动机。第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。下面以三相异步电动机为例介绍其基本工作原理。 下图 2-1 所示为一台三相笼型异步电动机的示意图。在定子铁心里嵌放着对称的三相绕组 U1-U2、 V1-V2、 W1-W2
15、。转子槽内放有导条，导条两端用短路环短接起来，形成一个笼型的闭合绕组。定子三相绕组可接成星形，也可以接成三角形。 陕西航空职业技术学院毕业论文 8 图 2-2 三相笼型异步电动机的示意图 由旋 转磁场理论分析可知，如果定子对称三相绕组被施以对称的三相电压，就有对称的三相电流流过，并且会在电机的气隙中形成一个旋转的磁场，这个磁场的转速 n1 称为同步转速，它与电网的频率 f1及电机的磁极对数 p的关系为： n1=60 f1/p 转向与三相绕组的排列以及三相电流的相序有关，图中 U、 V、 W 相以顺时针方向排列，当定子绕组中通人 U、 V、 W 相序的三相电流时，定子旋转磁场为顺时针转向。由于转
16、子是静止的，转子与旋转磁场之间有相对运动，转子导体因切割定子磁场 而产生感应电动势，因转子绕组自身闭合，转子绕组内便有电流流通。陕西航空职业技术学院毕业论文 9 转子有功电流与转子感应电动势同相位，其方向可由 “右手发电机定则 “确定。载有有功分量电流的转子绕组在定子旋转磁场作用下，将产生电磁力 F，其方向由“左手电动机定则 “确定。电磁力对转轴形成一个电磁转距，其作用方向与旋转磁场方向一致，拖着转子顺着旋转磁场的旋转方向旋转，将输入的电能变成旋转的机械能。如果电动机轴上带有机械负载，则机械负载随着电动机的旋转而旋转，电动机对机械负载做了功。 对称三相交流电流通入对称三相绕组时，便产生一个旋转
17、磁场。下面选取各相 电流出现最大值的几个瞬间进行分析。 当 =0时， U 相电流达到正最大值，电流从首端 U1 流入，用 表示，从末端 U2 流出，用表示； V相和 W相电流均为负，因此电流均从绕组的末端流入，首端流出，故末端 V2和 W2 应填上 ，首端 V1 和 W1应填上，合成磁场的轴线正好位于 U 相绕组的轴线上。 当 =120时， V相电流为正的最大值，因此 V相电流从首端 V1 流入，用 表示，从末端 V2 流出，用表示。 U 相和 W 相电流均为负 ,则 U1 和 W1 端为流出电流，用表示，而 U2和 W2 为流入电流，用表示，此时合成磁场的轴线正好位于V相绕组的轴 线上，磁场
18、方向已从 =0时的位置沿逆时针方向旋转了 120。 当 =240和 =360时，合成磁场的位置。当 =360时，合成磁场的轴线正好位于 U 相绕组的轴线上，磁场方向从起始位置逆时针方向旋转了 360，即电流变化一个周期，合成磁场旋转一周。 由此可见，对称三相交流电流通入对称三相绕组所形成的磁场是一个旋转磁场。旋转的方向从 U V W，正好和电流出现正的最大值顺序相同，即由电流超前相转向电流滞后相。 如果三相绕组通入负序电流，则电流出现正的最大值的顺序是 U W V。通过图解法分析可知，旋转磁场的旋 转方向也为 U W V。 综上分析可知，三相异步电动机转动的基本工作原则是： (1)三相对称绕组
19、中通入三相对称电流产生圆形旋转磁场，其转速为异步转速（ 1）且 1= f/p 式中： 为电源频率，单位为 Hz； 为电机极对数。 陕西航空职业技术学院毕业论文 10 (2)转子导体切割旋转磁场产生感应电动势和电流。 (3)转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转矩，驱使电动机转子转动，其转速（ n）小于同步转速（ 1）。异步电动机的转速不可能达到定子旋转磁场的转速，即同步转速，因为如果到达同步转速，则转子导体与旋转磁场之间没有相对 运动，随之在转子导体中不能感应出电势和电流，也就不能产生推动转子的电磁力。因此，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
20、因此而得名。又因为异步电动机转子电流是通过电磁感应作用产生的，所以又称为感应电动机。 （ 4） 异步电动机的旋转方向始终与旋转磁场的旋转方向一致，而旋转磁场的方向又取决于异步电动机的三相电流相序，因此，三相异步电动机的转向与电流的相序一致。要改变转向，只要改变电流的相序即可，即任意对调电动机的两根电源线，便可使电动机反转。 综上分析可知，三相异步电动机转动的基本工 作原理是： （ 1） 三相对称绕组中通人三相对称电流产生圆形旋转磁场。 （ 2） 转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流； （ 3） 转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转距，驱使电动机转子转动。 2.2 三相异步电动机接线图
