盧 山

安徽省亳州益源電力有限責(zé)任公司，安徽毫州 236817

異步電動(dòng)機(jī)的基本原理分析

盧 山

安徽省亳州益源電力有限責(zé)任公司，安徽毫州 236817

異步電動(dòng)機(jī)有不帶換向器和帶換向器的，但習(xí)慣上所說(shuō)的異步電動(dòng)機(jī)是指不帶換向器的異步電機(jī)。這種異步電機(jī)的定子繞組接上電源以后，由電源供給勵(lì)磁電流建立磁場(chǎng)，依靠電磁感應(yīng)作用，使轉(zhuǎn)子繞組感生電流，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換，因其轉(zhuǎn)子電流是由電磁感應(yīng)作用而產(chǎn)生的，因而也稱(chēng)感應(yīng)電機(jī)。

異步電動(dòng)機(jī)；電磁感應(yīng)；能量

1 異步電動(dòng)機(jī)

1.1 異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

在異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)中，其轉(zhuǎn)子繞組不和別的電源相連接，異步電動(dòng)機(jī)的定子電流是從交流電力系統(tǒng)中直接獲取的；如果把異步電電動(dòng)機(jī)和其他類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)相比較，異步電動(dòng)機(jī)不但具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造迅捷、使用方便、維護(hù)簡(jiǎn)便等特征，而且其運(yùn)行的可靠性比較高。我們把三相異步電動(dòng)機(jī)和相同功率、相同轉(zhuǎn)速的其他直流電動(dòng)機(jī)相比較，三相異步電動(dòng)機(jī)的重量大約只占其他直流電動(dòng)機(jī)的一半，成本也只占其成本的1/3。由于異步電動(dòng)機(jī)具有以上優(yōu)點(diǎn)，因此可以按照使用環(huán)境的不同制造出不同的產(chǎn)品。異步電動(dòng)機(jī)的速度基本接近恒速，可以滿足許多機(jī)械拖動(dòng)的需要。

1.2 異步電動(dòng)機(jī)的局限性

由于異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能不夠優(yōu)良，因此，如果在相對(duì)比較寬闊且平滑的調(diào)速范圍內(nèi)使用，就不如其他直流電動(dòng)機(jī)便宜、方便。此外,異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí),從電力系統(tǒng)吸取無(wú)功功率以勵(lì)磁，這會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)的功率因數(shù)變壞。因此，在大功率、低轉(zhuǎn)速場(chǎng)合（如拖動(dòng)球磨機(jī)、壓縮機(jī)等）不如用同步電動(dòng)機(jī)合理。 異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用：由于異步電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)量大,使用面廣,要求其必須有繁多的品種、規(guī)格與各種機(jī)械配套。因此，異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)特別要注意標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。在各類(lèi)系列產(chǎn)品中，以產(chǎn)量最大、使用最廣的三相異步電動(dòng)機(jī)系列為基本系列；此外還有若干派生系列（在基本系列基礎(chǔ)上作部分改變導(dǎo)出的系列）、專(zhuān)用系列（為特殊需要設(shè)計(jì)的具有特殊結(jié)構(gòu)的系列）。異步電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)繁多，有防爆型三相異步電動(dòng)機(jī)、ys系列三相異步電動(dòng)機(jī)、y、y2系列三相異步電動(dòng)機(jī)、YVP系列變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)等。新中國(guó)第一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)于50年代初在合肥工業(yè)大學(xué)誕生。

1.3 異步電動(dòng)機(jī)的選用

為生產(chǎn)機(jī)械選擇合適的電動(dòng)機(jī)，包括確定電動(dòng)機(jī)的額定電壓、額定轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)型式和額定容量等。主要考慮以下4個(gè)方面的問(wèn)題。根據(jù)電源電壓條件，要求所選用的電動(dòng)機(jī)的額定電壓與電源電壓相符合。 在機(jī)械特性方面，所選用的電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足被拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械提出的要求。 電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式，應(yīng)適應(yīng)周?chē)h(huán)境條件的要求。正確選擇電動(dòng)機(jī)的容量。電動(dòng)機(jī)的容量必須與生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載大小相匹配，同時(shí)要考慮生產(chǎn)機(jī)械的工作性質(zhì)與其持續(xù)、間斷的規(guī)律相適應(yīng)。選小了，不能保證生產(chǎn)機(jī)械的正常工作，對(duì)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，將使它的各部分過(guò)載、過(guò)熱，溫度上升超過(guò)允許的限度而過(guò)早損壞；選大了，則增加設(shè)備的投資費(fèi)用，電動(dòng)機(jī)容量不能充分利用，而且使效率和功率因數(shù)降低。 異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)：運(yùn)行參數(shù)，一般電動(dòng)機(jī)允許電壓波動(dòng)為額定電壓的±10%，三相電壓之差不得大于5%；允許各相電流不平衡值不得超過(guò)10%。電動(dòng)機(jī)的保護(hù)，為使電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行，必須正確配置所用的低壓斷路器、接觸器、熔斷器和熱繼電器等控制電器和保護(hù)電器，對(duì)于重要的電動(dòng)機(jī)還應(yīng)裝設(shè)缺相保護(hù)。另外，電動(dòng)機(jī)外殼應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行方式可靠地接零或接地。保養(yǎng)和維護(hù)，電動(dòng)機(jī)應(yīng)保持主體完整、零附件齊全、無(wú)損壞以及周?chē)h(huán)境的清潔。定期對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢修和保養(yǎng)，是確保電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行的重要工作。日常維修包括清除外部灰塵和油污，監(jiān)聽(tīng)有無(wú)異常雜音，并定期更換潤(rùn)滑油。換油周期一般滑動(dòng)軸承為1kh，滾動(dòng)軸承為5kh。在巡視檢查中要注意電動(dòng)機(jī)的溫升、氣味及振動(dòng)情況。正常運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，其聲音應(yīng)輕而均勻，無(wú)雜音和特殊的叫聲，無(wú)明顯振動(dòng)，轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，三相電流基本上平衡。 單相異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用：?jiǎn)蜗喈惒诫妱?dòng)機(jī)功率小，主要制成小型電機(jī)。它的應(yīng)用非常廣泛，如家用電器（洗衣機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇）、電動(dòng)工具（如手電鉆）、醫(yī)用器械、自動(dòng)化儀表等。

2 異步電動(dòng)機(jī)原理

異步電機(jī)主要分為：鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，繞線式異步電動(dòng)機(jī)和各種控制用電動(dòng)機(jī)三大類(lèi)。本章首先介紹了異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，然后對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的工作運(yùn)行原理做了一些闡述，最后在空載和堵轉(zhuǎn)條件下對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的一些參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

2.1 異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理

2.1.1異步電動(dòng)機(jī)的主要部分

1）定子定子鐵芯：一般為圓筒形疊片結(jié)構(gòu)（0.35mm或者0.5mm），內(nèi)圓有用來(lái)嵌放定子繞組的槽，槽可以設(shè)計(jì)成多種形狀。疊片疊到一定高度要留出徑向通風(fēng)溝。

定子繞組：由散嵌線圈或者成型線圈構(gòu)成，可以設(shè)計(jì)成單層繞組或者雙層繞組。繞組的各種連接方法將在之后介紹。

其他部件：機(jī)座，端蓋，風(fēng)罩，銘牌等。

2）轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子鐵心：轉(zhuǎn)子沖片，轉(zhuǎn)子槽型。

轉(zhuǎn)子繞組：繞線式，鼠籠式。

其他部件：軸，軸承，風(fēng)扇等。

3）氣隙

定轉(zhuǎn)子之間的間隙，很小，0.2mm～1mm，對(duì)電機(jī)的性能影響很大。

按結(jié)構(gòu)分類(lèi)：其中鼠籠式異步電動(dòng)機(jī),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固，成本低，運(yùn)行性能不如繞線式；繞線式異步電動(dòng)機(jī)，通過(guò)外串電阻改善電機(jī)的起動(dòng)，調(diào)速等性能。

異步電機(jī)的銘牌及額定值：銘牌：型號(hào)、額定值、繞組聯(lián)結(jié)方式及生產(chǎn)廠家等。型號(hào)舉例：Y132S-4，Y-異步電動(dòng)機(jī)；132-機(jī)座中心高度為132mm；S-短鐵心；4-極數(shù)。

額定值:正常運(yùn)行時(shí)的主要數(shù)據(jù)指標(biāo)。

繞組聯(lián)結(jié)方式：△接法或者Y接法。

主要額定值如下:額定電壓：UN（V），額定運(yùn)行時(shí)，規(guī)定加在定子繞組上的線電壓；額定電流：IN（A）,額定運(yùn)行時(shí)，規(guī)定加在定子繞組上的線電流；額定功率：PN（W；kW），額定運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸出功率；額定轉(zhuǎn)速：nN（r/min）,額定運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；額定頻率：fN（Hz），規(guī)定的電源頻率我國(guó)用50Hz；額定效率η，額定功率因數(shù)：cosφN 等。

2.1.2三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

無(wú)論是什么品牌，三相異步電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是一樣的，每個(gè)三相異步電動(dòng)機(jī)都包含定子和轉(zhuǎn)子兩部分，并且定子和轉(zhuǎn)子之間都有一定的間隙。

2.1.3三相異步電動(dòng)機(jī)定子的結(jié)構(gòu)

定子的作用是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。三相電動(dòng)機(jī)的定子一般由外殼、定子鐵心、定子繞組等部分組成。1）外殼。三相電動(dòng)機(jī)外殼包括機(jī)座、端蓋、軸承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。 機(jī)座：鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是保護(hù)和固定三相電動(dòng)機(jī)的定子繞組。中、小型三相電動(dòng)機(jī)的機(jī)座還有兩個(gè)端蓋支承著轉(zhuǎn)子，它是三相電動(dòng)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的重要組成部分。通常，機(jī)座的外表要求散熱性能好，所以一般都鑄有散熱片。 端蓋：用鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是把轉(zhuǎn)子固定在定子內(nèi)腔中心，使轉(zhuǎn)子能夠在定子中均勻地旋轉(zhuǎn)。軸承蓋：也是鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型的，它的作用是固定轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子不能軸向移動(dòng)，另外起存放潤(rùn)滑油和保護(hù)軸承的作用。接線盒：一般是用鑄鐵澆鑄，其作用是保護(hù)和固定繞組的引出線端子。吊環(huán)：一般是用鑄鋼制造，安裝在機(jī)座的上端，用來(lái)起吊、搬抬三相電動(dòng)機(jī)；2）定子鐵心。異步電動(dòng)機(jī)定子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成。由于硅鋼片較薄而且片與片之間是絕緣的，所以減少了由于交變磁通通過(guò)而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內(nèi)圓有均勻分布的槽口，用來(lái)嵌放定子繞圈；3）定子繞組。定子繞組是三相電動(dòng)機(jī)的電路部分，三相電動(dòng)機(jī)有三相繞組，通入三相對(duì)稱(chēng)電流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。三相繞組由三個(gè)彼此獨(dú)立的繞組組成，且每個(gè)繞組又由若干線圈連接而成。每個(gè)繞組即為一相，每個(gè)繞組在空間相差120°電角度。線圈由絕緣銅導(dǎo)線或絕緣鋁導(dǎo)線繞制。中、小型三相電動(dòng)機(jī)多采用圓漆包線，大、中型三相電動(dòng)機(jī)的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內(nèi)。定子三相繞組的六個(gè)出線端都引至接線盒上，首端分別標(biāo)為U1，V1，W1，末端分別標(biāo)為U2，V2，W2。

[1]顧神谷.電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007：149-165.

[2]楊維，李岐強(qiáng).粒子群算法綜述[J].中國(guó)工程科學(xué)，2004：4-5.

[3]蓋明新.異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)在線辨識(shí)的實(shí)用算法[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2009：1-3.

[4]譚國(guó)強(qiáng)，李廣超，韓飛，蒯松巖.基于DSP的異步電動(dòng)機(jī)關(guān)鍵參數(shù)辨識(shí)研究[J].工礦自動(dòng)化，2009：2-6.

[5]陳世坤.電機(jī)設(shè)計(jì)[M].2版.機(jī)械工業(yè)出版社，2000：5-35.

[6]湯蘊(yùn)繆，羅應(yīng)立，梁艷萍.電機(jī)學(xué)[M].3版.機(jī)械工業(yè)出版社，2008，5.

TP39

A

1674-6708（2011）53-0097-02