三相异步电机是交流电机的一种,又称感应电机。它具有结构简单、制造容易、坚固耐用,维修方便、成本较低、价格便宜等一系列优点,因此,被广泛应用在工业、农业、国防、航天、科研、建筑、交通以及人们的日常生活中。但它的功率因数较低,在应用上受到了一定的限制。
1、三相异步电机的结构
准备一台待拆卸的三相异步电机,从外到里看它的结构。图6-1是三相异步电机的外形图和剖视图。
从电机外部可以看到风扇罩、风扇、左右端盖、铭牌、接线盒。打开接线盒,可以看到接线柱和引出线。拆下风扇罩、风扇、端盖,抽出转子,可以看到电机内部定子铁芯、转子铁心、转轴、轴承等零部件。定子铁心装载机座里,转子铁心装在轴上。定子铁芯上有线圈(绕组),转子铁心里铸有笼形铝条。绕线形转子铁心中有转子绕组。
可见,电机的基本结构是由固定不动的部分一定子和转动部分转子以及其他零部件组成的,如图6-2所示。
1.定子
异步电机的定子由定子铁芯、定子绕组以及机座、端盖、轴承等组成。
(1)定子铁心定子铁心是电机磁路的一部分,由于异步电机中的磁场是旋转的,铁心中每一点都处于反复磁化状态,为了減少磁场在铁心中引起的涡流损耗和磁滞损耗,硅钢片的厚度一般在0.35~0.5mm之间。铁心是采用硅钢片叠装压紧而成的。对于小容量电机,由于片间的涡流电压较小,利用硅钢片的本身氧化层电阻即可以减小涡流损耗;对于容量较大的片间涡流电压较大,必须在硅钢片两面涂以绝缘漆,以减少涡流损耗。
定子铁心内圆上均匀分布一-定形状的槽,槽内安放线圈(绕组),称定子线圈。线圈与槽之间用绝缘物隔开。常用的定子槽有3种形状,如图6-3所示。其中,开口槽的槽口宽度与槽宽相等,开口槽适用于大、中容量的高压异步电机,便于高压成型线圈的嵌线。半开口槽的槽口宽度等于或大于槽宽的一半,半开口槽适用于V以下的中型电机,便于嵌人扁线绕成的分为双排的成型线圈。半闭口槽的槽口宽度小于槽宽的一半,半闭口槽适用于低压圆铜线绕成的散嵌线圈,其优点是槽口较小,对主磁通磁阻小,可以减少励磁电流。槽型的选择与线圈的形式应相适应。
当定子铁芯的外径小于1m时,叠片冲成整圆。当外径大于1m时,由于受到整张硅钢片标准尺度的限制,而冲成扇形片,如图6-4所示,叠装时,每层接缝应相互错开拼成整圆,构成定子铁心整体。
大中型异步电机定子铁芯沿轴线长度上每隔一定距离有一条通风沟,以利于散热。
(2)定子绕组
定子绕组有成型硬绕组和散嵌软绕组两类。散嵌软绕组多用于小容量电机,它是由高强度漆包圆铜线(或铝线)绕制而成。绕线时,一般将一相线圈--次连续绕成,嵌线时,将三相线圈按--定规律依次嵌入定子槽中,即形成三相定子绕组。大、中容量电机由于电流大、电压高,导线截面积大,绝缘强度要求高,故采用扁线绕制的成型线圈比较合适。散嵌绕组可分为单层、双层及单双层混合绕组3种,而成型硬绕组只采用双层一种形式,先绕成单个线圈,包扎对地绝缘后,热压或冷压成型,然后嵌人定子槽中。所有的定子线圈按一定的方式连接起来组成定子绕组。一般三相绕组的6个端线都引到机座侧面的接线板上,在与电源相接时,可根据情况将6个端线接成三角形或接成星形。
(3)机座和端盖
定子铁心固定在机座内,机座起着固定定子铁芯的作用,机座应该有足够的强度和刚度,以承受加工、运输及运行中的各种作用力,同时,还要满足通风散热的需要。异步电机的机座还作为主磁路的组成部分,当安装的保护方式和冷却方式不同时,机座结构也不同,小型电机般都采用铸铁机座,中型电机除采用铸铁机座外,也有采用钢板焊接的机座,大型电机的机座都是用钢板焊接成的。例如,封闭式异步电机的机座外壳上铸有散热筋,而且定子铁心与机座紧密接触使内部热量易于传出。防护式电机的机座在定子铁芯之间留有一定的通风道,使空气疏通,带走机内热量。
电机的端盖装载机座两端,起着保护电机铁芯和绕组端部的作用,在中小型电机中还与轴承一起支撑转子。
2、转子
异步电机的转子主要由转子铁心,转子绕组和轴承组成。其外形如图6-5(a)所示。
转子铁芯是主磁路的一部分。在正常运行时,转子转速接近同步转速。旋转磁场相对于转子的转速很低,转子中的铁损很小,所以,原则上转子铁心用普通硅钢片叠装就可以了。但是,通常仍用定子冲片的内圆冲下来的原料做转子叠片。小功率电机的转子铁心直接套压在轴上;功率较大时,铁心压在转子支架上,然后安装在轴上。
在转子铁心的外圆.上也均匀分布着放线圈或导条的槽。各槽中的线圈连接起来成为转子绕组。转子绕组的形式有两种,--种是笼形绕组,其解剖图如图6-5(b)所示,另一-种是绕线型绕组,它们的结构不同,但工作原理基本相同。
(1)笼型转子在转子铁心的槽中,穿人儿根未包绝缘的铜条,在铁心两端槽的出口处用短路铜环把它们连接起来,这个铜环称为端环。绕组形状像一个笼子,故称笼形绕组,如图6-6所示。
笼形转子的几种槽形如图6-7所示,通常采用半闭口槽,槽形的选择主要决定于启动性能和运行性能的要求。采用如图6-7(a)所示的槽形时,转子齿壁基本上是平行的,采用如图6-7(b)所示的槽形则为平行槽。相对而言,在齿的最狭.处宽度相同时,前者齿的截面积较大。此外,使用图6-7(c)和图6-7(d)槽形的电机必用图6-7(a)和图6-7(b)槽形的电机有较大的启动转矩,但是,槽形比较复杂。如需进一步提高转矩,改善启动性能,则需要采用双笼形或深槽型,如图6-7(e)、图6-7(f)所示。图6-7(g)为闭口槽,显然闭口槽可以减少一-些损耗,但漏磁较大,运行时功率因数较低。在大功率电机中很少采用。图6-7(h)为圆形槽,一般用圆铜条做导体。
有时为了改善电机的性能,有意使转子槽与转轴扭斜一定角度,这种槽称为斜槽。
(2)绕线型转子
绕线型转子是用绝缘导线做成线圈,嵌入转子槽中,再连接成三相绕组,一般都接成星形(Y)。图6-8所示为绕线型转子和电刷装置。转子的一端装有三个滑环,称集电环。三相绕组的首端引出线分别与3个滑环相接。每个滑环上各有一个电刷,通过电刷将转子绕组与外部电路相连,以改善启动性能或调节电机的转速。
在一般工作条件下,要求转子绕组是短路的。在大中型绕线型电机中还装有提刷短路装置,以使电机在启动时将转子绕组接通外部电阻(或频敏变阻器),而在启动完毕,又不需要调速的情况下,将外部电阻等全部切除。为了消除电刷和滑环之间的机械摩擦损耗及接触电阻损耗以提高运行的可靠性,通常利用-套机构将转子三相出线短接后再由凸轮将电刷提起来。
3.气隙
定子、转子之间的间隙称为异步电机的气隙,气隙的大小对于异步电机的性能影响很大。气隙大则磁阻大,励磁电流就大,由于异步电机的励磁电流是取自电网的,增大气隙将使气隙中的磁势增大,导致电机的功率因数降低。从这一角度来考虑,气隙应制造的小一些,但电机带负载运行时,转轴有一定的挠度,气隙太小,就可能发生定、转子铁心相擦的现象。
另外,从减少高次谐波磁势产生的磁通,减少附加损耗及改善启动性能来考虑,则气隙应大一一些为好。因此,气隙的大小除了考虑电性能外,还要考虑便于安装,在运行中不发生转子与定子相擦的现象。异步电机的气隙具有很小的数值。对于中小型异步电机,气隙一般在0.2~2.0mm之间。