异步电动机的工作原理与结构

于是，转子导体切割气隙旋转磁密而感应电势，它的方向如图5-1中的[图片]和⊙所示。因为转子绕组是短路的，在转子绕组中会有电流，图5-1所示瞬间，导体中电流的方向假设与感应电势同相。

根据气隙旋转磁密的极性和电流方向，利用左手定则可以看出，会产生一个与气隙旋转磁密同方向的电磁转矩作用在转子上。如果这个电磁转矩能克服加在转子上的负载转矩，转子就能旋转起来，并加速旋转。只要转子的转速低于同步转速，转子导体中的感应电势和电流方向不变，电磁转矩的方向也不变，是驱动性质的转矩。

（a）电动机；（b）发电机；（c）电磁制动

图5-1 异步电机的三种运行状态

如果转子的转速加速到等于同步转速n1时，转子绕组和气隙旋转磁密之间就没有相对运动，当然转子绕组也就不再感应电势了，电流和电磁转矩统统都等于零。这就是说，这种情况不可能维持下去。

但是，只要n＜n1，转子绕组和气隙旋转磁密之间就有相对运动，转子绕组里就会有电流，也就有电磁转矩作用在转子上。当电磁转矩等于负载转矩时，转子就以恒速运行。这种情况下，定子方面从电源吸收有功功率。这就是异步电动机简单的运行原理。可见，异步电动机转子的转速n不可能达到同步转速n1，一般总是略小于n1，异步二字就是由此而来的。

通常把同步转速、和电动机转子转速二者之差与同步转速的比值叫做转差率(也叫转差或滑差)，用s表示。转差率的定义为：

s是一个没有单位的量，它的大小能反映电动机转子的转速。例如，n=0时，s=1；n=n1时，s=0；n＞n1时，s为负；电动机转子的转向与气隙旋转磁密相反时，s＞1。

如果用另一台原动机拖动电动机，使它的转速高于同步转速n1运行，即n＞n1，这时导体中电势、电流的方向以及产生的电磁转矩的方向也反了，如图5-1(b)所示。这种情况下，电磁转矩对原动机来说，是一个制动转矩。要保持电机转子继续转动，原动机必须给电机输入机械功率。

于是，异步电机的定子方面由从电网吸收电功率，改变为向电网发出电功率，即处于发电机运行状态。

如果用其他机械拖动电机转子向着气隙旋转磁密相反的方向转动，即，s＞1，如图5-1(c)。这时转子中电势、电流的方向仍然与电动机工作状态时一样，作用在转子上的电磁转矩方向仍然与气隙旋转磁密的方向一致，但是。与转子的实际转向却相反了。可见，这时的电磁转矩与拖动机械加在电机转子上的转矩的方向相反，互相平衡，而电磁转矩为制动转矩。我们把这种情况叫做电机处于电磁制动运行状态。

电机除了吸收拖动机械的机械功率外，还从电网吸收了电功率。这两部分功率在电机内部都以损耗的方式最终转化为热能散发出来。

三、异步电动机的结构

异步电动机的主要结构是由定子和转子两部分组成，定、转子中间是空气隙。此外，还有端盖、轴承、机座等部件，图5-2是三相鼠笼式异步电动机的结构图。

图5-2 三相鼠笼式异步电动机的结构图

1.定子

定子是异步电动机固定不动的部分。由机座、定子铁芯和定子绕组组成。

机座是电动机的外壳，起着支撑电机的作用，通常用铸铁铸成。大机座也有用钢板拼焊起来的。

定子铁芯是电动机磁路的一部分，装在机座内部。它是一个中空圆柱体，外壁与机座配合，内壁开槽，槽内放定子绕组。为了减少铁芯中的损耗，定子铁芯用0.5mm厚的硅钢片叠成。

三相异步电机的定子绕组并不是都按星形接法联接，只有在大容量高电压时，才按星形接法联接。一般中、小容量低电压的异步电机，通常把三相绕组的六根线头引出来，在外面根据需要把它接成三角形或星形接法。这样，既可以使电机适用于两种不同等级的电源电压，例如星形接法用于380V电源；三角接法就可以用于220V电源上，又能满足起动的要求，即设计成在三角接法时，用于380V电源，起动时，改成星形接法，达到降压起动的目的。

定子绕组用绝缘的铜导线绕成，嵌在定子槽内，绕组与槽壁间用绝缘材料隔开。

2.气隙

异步电机的气隙比同容量直流电机的气隙要小得多，在中、小型异步电机中，一般为0.2～1.0mm。这是因为异步电机的励磁电流是由电网供给的，气隙大时，励磁电流也就大，从而降低了电机的功率因数。为了提高功率因数，应尽量把气隙做得小些。但是气隙过小时，将使装配困难，运行不可靠，高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加。

3.转子

电动机的转子是由转子铁芯、转子绕组和转轴组成的。转子铁芯也是磁路的一部分，一般由硅钢片叠成，铁芯固定在转轴上。

转子绕组如果是绕线式的，它可以联成星形或三角形。一般小容量的接成三角形；中、大容量的都接成星形。绕组的三根引出线接到三个集电环（集电环固定在转轴上），用一套电刷引出来，如图5-3所示。

这就可以把外接电阻连联到转子绕组回路里去。串电阻的目的是为了改善电动机的特性或者是为了调节转速。

鼠笼式转子绕组的结构与定子绕组大不相同，在转子铁芯上也有槽，各槽里都有一根导条。在铁芯的两端有两个瑞环，分别把所有导条伸出槽外的部分都联接起来，形成了短接的回路。如果拿掉转子铁芯，绕组的形状就像一个老鼠笼子，如图5-4(a)所示。导条的材料有用铜的，有用铝的。如果是用铜的，就是把事先做好的裸铜条插入转子铁芯槽中，再用铜环套在两端铜条的头上，并焊接在一起；如果是用铝做绕组时，是用熔化了的铝液直接浇铸在转子铁芯槽内，连同瑞环和风扇叶一次铸成，如图5-4(b)所示。

图5-3 绕线式异步电机定、转子绕组接线图

（a）铜条绕组；（b）铸铝转子

图5-4鼠笼型转子绕组

四、异步电动机的额定值

异步电动机的额定值通常会在铭牌上标出，包含下列内容：

(1)额定功率PN：指电动机在额定运行时转轴上输出的机械功率，单位是干瓦。

(2)额定电压UN：指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，单位为伏。

(3)额定电流IN：指电动机在定子绕组上加额定电压，轴上输出额定功率时，定了绕组中的线电流，单位为安。

(4)额定额率f：我国规定工业用电的频率为50赫兹。

(5)额定转速nN：指电动机定子加额定频率的额定电压，且轴上输出额定功率时电动机的转速，单位为转／分。

(6)额定功率因数cosφN：指电动机在额定负载时定子边的功率因数。

(7)绝缘等级与温升。

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来源于《电机学》，作者：潘再平

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