异步电动机又称感应电动机,是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩,从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。异步电动机按照转子结构分为两种形式:有鼠笼式(鼠笼式异步电机)、绕线式异步电动机。异步电机的发展迅速,对于相同大小的异步电机,额定功率由1897年的5.5kW发展到1976年的74.6kW。异步电机是一种交流电机,其负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系。异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性,从空载到满载范围内接近恒速运行,能满足大多数工农业生产机械的传动要求。
异步电机的结构原理图解
异步电机是一种交流电机,其负载时的转速与所接电网的频率之比不是恒定关系。还随着负载的大小发生变化。负载转矩越大,转子的转速越低。异步电机包括感应电机、双馈异步电机和交流换向器电机。感应电机应用最广,在不致引起误解或混淆的情况下,一般可称感应电机为异步电机。
异步电机因转子转速小于旋转磁场的转速而得名,基本原理基于电磁感应,主要构造由定子和转子两部分组成。
1、什么是异步电机
普通异步电机的定子绕组接交流电网,转子绕组不需与其他电源连接。因此,它具有结构简单,制造、使用和维护方便,运行可靠以及质量较小,成本较低等优点。异步电机有较高的运行效率和较好的工作特性,从空载到满载范围内接近恒速运行,能满足大多数工农业生产机械的传动要求。异步电机还便于派生成各种防护型式,以适应不同环境条件的需要。异步电机运行时,必须从电网吸取无功励磁功率,使电网的功率因数变坏。因此,对驱动球磨机、压缩机等大功率、低转速的机械设备,常采用同步电机。由于异步电机的转速与其旋转磁场转速有一定的转差关系,其调速性能较差(交流换向器电动机除外)。对要求较宽广和平滑调速范围的交通运输机械、轧机、大型机床、印染及造纸机械等,采用直流电机较经济、方便。但随着大功率电子器件及交流调速系统的发展,目前适用于宽调速的异步电机的调速性能及经济性已可与直流电机的相媲美。
2、异步电机基本构造
三相异步电机的基本结构可以分为定子和转子两大部分。
(1)异步电机定子
定子由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。
定子铁心是电动机磁路的一部分,装在机座里。为了降低定子铁心里的铁损耗,定子铁心用用硅钢片叠压而成的,在硅钢片的两面还应途上绝缘漆。下图所示为定子槽,其中(a)是开口槽,用于大、中型容量的高压异步电动机中;(b)是半开口槽,用于中型500V以下的异步电动机中;(c)是半闭口槽,用于低压小型异步电动机中。
定子绕组用绝缘的铜(或铝)导线绕成,嵌在定子槽内。
机座起固定和支撑作用。
(2)异步电机转子
转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。
转子铁心是电动机磁路的一部分,它用硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上,整个转子的外表呈圆柱形。
转子绕组分为笼型和绕线型两类。
笼型绕组是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里放上一根导体,在铁心的两端用端环连接起来,形成一个短路的绕组。如果把转子铁心拿掉,则可看出,剩下来的绕组形状像个松鼠笼子,如图(a)所示,因此又叫鼠笼转子。导条的材料有用铜的,也有用铝的。
如果用的是铜料,就需要把事先做好的裸铜条插入转子铁心上的槽里,再用铜端环套在伸了两端的铜条上,最后焊在一起,如图(b)所示。如果用的是铸铝,就连同端环、风扇一次铸成,如图(c)所示。笼型转子结构简单、制造方便、是一种经济、耐用的电机,所以应用极广。
绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组,一般都联接成Y形。转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上,用一套电刷装置引出来,如图所示。这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去,以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。
与笼型转子相比较,绕线型转子结构稍复杂,价格稍贵,因此只在要求起动电流小,起动转距大,或需平滑调速的场合使用。
3、异步电机的工作原理
当三相异步电机接入三相交流电源时,三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势(定子旋转磁动势)并产生旋转磁场。
该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导体产生感应电动势并产生感应电流。
根据电磁力定律,载流的转子导体在磁场中受到电磁力作用,形成电磁转矩,驱动转子旋转,当电动机轴上带机械负载时,便向外输出机械能。
异步电机的构造和原理都非常简单,造价便宜,维护便捷,所以异步电机的应用非常广泛,在人类的日常生活、工业制造中都有举足轻重的地位。
图解三相异步电机的拆解与安装
三相异步电动机的拆装与检修。异步电动机的拆装检修是维修电工教学的重要内容,也是技工学校普遍重点关注的技能训练内容。在此提出三相笼式异步电动机的拆装方法、定子绕组首尾端判断、质量检测等技能训练要求,并做重点分析。
首先要了解异步电动机的铭牌,熟悉异步电动机基本结构,做好拆卸前准备工作是拆装异步电动机过程非常重要的一环,要做到心中有数,不盲目动手。
第二要正确掌握拆装工具及仪表的使用方法,如铁锤、紫铜棒、拉具、扳手,兆欧表、万用表等工具的正确使用方法。
第三要掌握安全操作规程,必须进行电气设备安全使用规程教育,钳工安全操作规程以及防火防爆的相关经验,确保技能训练的安全顺利完成,保证人身设备财产的安全。
第四要特别注意安装在设备上的电动机的拆装时要求:(1)应先切断电源,拆除电动机与三相电源线的连接,应做好电源线的相序标记与绝缘处理;(2)拆卸电动机与机座、皮带轮、联轴器的连接时,先做好相应定位标记,保证电动机与主体设备安全分离;(3)端盖螺钉的松动与紧固必须按对角线上下左右依次旋动;(4)吊装大型电动机的转子应对称平衡钢丝绳,地面铺好木垫,慢慢平移出转子时动作应小心,一边推送一边接引,防止擦伤定子绕组和转子绕组;(5)依次对风罩、风叶、端盖、轴承、转子的拆卸清洗、检查与更换。
对电机进行定期保养、维护和检修时,首先需要将其拆装。如果拆装方法不当,就会造成部分部件损坏,引发新的故障。因此,正确拆装电机是确保维修质量的前提。在学习维修电机时,应优先学会正确的拆装技术。
三相异步电机的拆卸
1.拆卸前的准备
(a)切断电源,拆开电机与电源连接线,并做好与电源线相对应的标记,以免恢复时搞错相序,并把电源线的线头做绝缘处理。
(b)备齐拆卸工具,特别是拉具、套筒等专用工具。
(c)熟悉被拆电机的结构特点及拆装要领。
(d)测量并记录联轴器或皮带轮与轴台间的距离。
(e)标记电源线在接线盒中的相序、电机的出轴方向及引出线在机座上的出口方向。
2.拆卸步骤
借助图1所示,简述拆卸步骤:
(a)卸皮带轮或联轴器,拆电机尾部风扇罩。
(b)卸下定位键或螺丝,并拆下风扇。
(c)旋下前后端盖紧固螺钉,并拆下前轴承外盖。
(d)用木板垫在转轴前端,将转子连同后端盖一起用锤子从止口中敲出。
(e)抽出转子。
(f)将木方伸进定子铁心顶住前端盖,再用锤子敲击木方卸下前端盖,最后拆卸前后轴承及轴承内盖。
3.主要部件的拆卸方法
(a)皮带轮(或联轴器)的拆卸:先在皮带轮(或联轴器)的轴伸端(联轴端)做好尺寸标记,然后旋松皮带轮上的固定螺丝或敲去定位销,给皮带轮(或联轴器)的内孔和转轴结合处加入煤油,稍等渗透后,使锈蚀的部分松动,再用拉具将皮带轮(或联轴器)缓慢拉出,如图2所示。若拉不出,可用喷灯急火在皮带轮外侧轴套四周加热,加热时需用石棉或湿布把轴包好,并向轴上不断浇冷水,以免使其随同外套膨胀,影响皮带轮的拉出。
注意:加热温度不能过高,时间不能过长,以防变形。
(a)皮带轮的位置标法(b)用拉具拆卸皮带轮
图2拆卸皮带轮
(b)轴承的拆卸:轴承的拆卸可采取以下三种方法。
用拉具进行拆卸拆卸时拉具钩爪一定要抓牢轴承内圈,以免损坏轴承,如图3所示。
用铜棒拆卸将铜棒对准轴承内圈,用锤子敲打铜棒,如图4所示。用此方法时要注意轮流敲打轴承内圈的相对两侧,不可敲打一边,用力也不要过猛,直到把轴承敲
出为止。
在拆卸端盖内孔轴承时,可采用如图5所示的方法,将端盖止口面向上平稳放置,在轴承外圈的下面垫上木板,但不能顶住轴承,然后用一根直径略小于轴承外沿的铜棒或其他金属管抵住轴承外圈,从上往下用锤子敲打,使轴承从下方脱出。
铁板夹住拆卸用两块厚铁板夹住轴承内圈,铁板的两端用可靠支撑物架起,使转子悬空,
如图6所示,然后在轴上端面垫上厚木板并用锤子敲打,使轴承脱出。
图6铁板架住拆卸轴承(c)抽出转子:在抽出转子之前,应在转子下面气隙和绕组端部垫上厚纸板,以免抽出转子时碰伤铁心和绕组。对于小型电机的转子可直接用手取出,一手握住转轴,把转子拉出一些,随后另一手托住转子铁心渐渐往外移,如图7所示。
在拆卸较大的电机时,可两人一起操作,每人抬住转轴的一端,渐渐地把转子往外移,若铁
图7小型电机转子的拆卸
心较长,有一端不好出力时,可在轴上套一节金属管,当作假轴,方便出力。
如图8所示。
对大型的电机必需用起重设备吊出。如图9所示。
单相异步电机的拆卸
由于单相异步电机结构较三相异步电机简单,且重量轻、体积小,通常只要会拆卸三相电机的,就会拆卸单相电机。只有带启动开关的单相电机在拆卸时,相对要复杂一些,因此在拆卸时,注意不要碰坏启动开关。