三相异步电动机的基本结构和工作原理，看这一篇就够了
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三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机的结构主要由定子和转子两大部分组成。转子装在定子腔内，定、转子之间有一缝隙，称为气隙。图4.1为笼型异步电动机的结构。
图4.1 三相笼型异步电动机的结构
定子部分定子部分主要由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成。 定子铁芯是电动机磁路的一部分，一般由0.5mm厚的导磁性能较好的硅钢片叠成，安放在机座内，如图4.2所示。
图4.2 定子机座和铁芯冲片
定子绕组是电动机的电路部分，它嵌放在定子铁芯冲片的内圆槽内。定子绕组分单层和双层两种，一般小型异步电动机采用单层绕组，大中型异步电动机采用双层绕组。 机座的作用是固定和支撑定子铁芯及端盖，因此，机座应有较好的机械强度和刚度。中小型电动机一般用铸铁机座，大型电动机则用钢板焊接而成。 转子部分转子主要由转子铁芯、转子绕组和转轴三部分组成，整个转子靠端盖和轴承支撑着。转子的主要作用是产生感应电流，形成电磁转矩，以实现电能到机械能的能量转换。 转子铁芯是电机磁路的一部分，一般也用0.5mm厚的硅钢片叠成，转子铁芯冲片有嵌放绕组的槽，如图4.3所示。转子铁芯固定在转轴或转子支架上。
图4.3 转子铁芯冲片 根据转子绕组的结构形式，异步电动机分为笼型转子和绕线转子两种。 （1）笼型转子 在转子铁芯的每一个槽中，插入一根裸导条，在铁芯两端分别用两个短路环把导条连接成一个整体，形成一个自身闭合的多相短路绕组。如去掉转子铁芯，整个绕组犹如一个“松鼠笼子”，由此得名笼型转子，如图4.4所示。中小型电动机的笼型转子一般都是铸铝的，如图4.4（a）所示；大型电动机则采用铜导条，如图4.4（b）所示。
图4.4 笼型转子 （2）绕线转子 绕线转子的绕组与定子绕组相似，它是在绕线转子铁芯的槽内嵌有绝缘导线组成的三相绕组，一般作星形联结，三个端头分别接在与转轴绝缘的三个滑环上，再经一套电刷引出来与外电路相连，如图4.5所示。
图4.5 绕线转子 一般绕线转子电动机在转子回路中串电阻，若所串电阻仅用于启动，则为了减少电刷的摩擦损耗，还装有提刷装置，如图4.6所示，在启动过程结束后提起电刷。
图4.6 绕线转子集电环及提刷装置 转轴用强度和刚度较高的低碳钢制成。整个转子靠轴承和端盖支撑着，端盖一般用铸铁或钢板制成，它是电机外壳机座的一部分，中小型电机一般采用带轴承的端盖。 （3）气隙 异步电动机的气隙是均匀的，气隙大小对异步电动机的运行性能和参数影响较大。由于励磁电流由电网供给，气隙越大，励磁电流也就越大，而励磁电流又属无功性质，它会影响电网的功率因数。因此，异步电动机的气隙大小往往为机械条件所能允许达到的最小数值，中、小型电机一般为0.1～1mm。 三相异步电动机的工作原理 旋转磁场的产生下面用简单、形象的图解法来分析旋转磁场的形成，以加深对三相交流绕组旋转磁场的理解。 （1）用图解法分析旋转磁场的步骤
（2）过程分析 图4.7为用图解法分析旋转磁场的电机绕组结构图。图中交流电机的定子上安放着对称的三相绕组U1-U2、V1-V2、W1-W2。
图4.7 用图解法分析旋转磁场
三相对称交流电流的波形如图4.8所示。
图4.8 三相对称交流电流的波形 假定电流从绕组首端流入为正，流出为负；末端流出为正，流入为负。电流的流入端用符号表示，流出端用符号☉表示。对称三相交流电流通入对称三相绕组时，便产生一个旋转磁场。下面选取各相电流出现最大值的几个瞬间进行分析。 当ωt＝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☉，如图4.7（a）所示。由图可见，合成磁场的轴线正好位于U相绕组的轴线上。 当ωt＝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，如图4.7（b）所示。由图可见，此时合成磁场的轴线正好位于V相绕组的轴线上，磁场方向已从ωt＝0°时的位置，沿逆时针方向旋转了120°。 当ωt＝240°时 合成磁场的位置如图4.7（c）所示。 当ωt＝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沿逆时针方向旋转了360°，如图4.7（d）所示。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。旋转的方向为从U→V→W，正好和电流出现正的最大值的顺序相同，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。 （3）结论 当对称三相正弦交流电流通入对称三相绕组时，其基波合成磁通势为一幅值不变的圆形旋转磁场； 旋转磁场转速即电流频率所对应的同步转速为
对已制成的电机，磁极对数p已确定，则n1 ∝f1 ，即决定旋转磁场转速的唯一因素是电流频率f1； 旋转磁场的转向由电流相序决定；当某相电流达最大值时，旋转磁通势恰好转到该相绕组的轴线上。 （4）产生圆形旋转磁通势的条件 ①三相或多相绕组在空间上对称； ②三相或多相电流在时间上对称。 如果此两条件中有一条不满足，则产生椭圆形旋转磁通势。 三线异步电动机的工作过程 （1）基本工作原理 在异步电动机的定子铁芯里，嵌放着对称的三相绕组U1-U2、V1-V2、W1-W2。转子是一个闭合的多相绕组笼型电机。图4.9为异步电动机的工作原理图，图中定、转子上的小圆圈表示定子绕组和转子导体。
图4.9 异步电动机工作原理图 当异步电动机定子的对称三相绕组中通入对称的三相电流时，就会产生一个以同步转速n1旋转的圆形旋转磁场。 旋转磁场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，当定子绕组中通入U、V、W相序的三相电流时，定子旋转磁场为顺时针转向。 由于转子是静止的，转子与旋转磁场之间有相对运动，相当于转子导体沿旋转磁场的反方向切割定子绕组产生的磁场，转子导体因切割定子旋转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。转子绕组内的电流与转子感应电动势同相位，其方向可由“右手定则”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“左手定则”确定。 电磁力对转轴形成一个电磁转矩，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。 综上分析，三相异步电动机转动的基本工作原理是： 三相对称绕组中通入三相对称电流后产生圆形旋转磁场； 转子导体切割旋转磁场产生感应电动势和电流； 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。 （2）反转 异步电动机的旋转方向始终与旋转磁场的旋转方向一致，要改变转向，只需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。 （3）转速 异步电动机的转速恒小于旋转磁场转速n1 ，因为只有这样，转子绕组才能产生电磁转矩，使电动机旋转。如果n＝n1 ，转子绕组与定子磁场之间便无相对运动，则转子绕组中无感应电动势和感应电流产生，可见n＜n1，是异步电动机工作的必要条件。 （4）转差率
对异步电动机而言，当转子尚未转动（如启动瞬间）时，n=0，此时转差率s=1；当转子转速接近同步转速（空载运行）时，n≈n1 ，此时转差率s≈0。 异步电动机负载越大，转速就越慢，其转差率就越大；反之，负载越小，转速就越快，其转差率就越小。 故转差率直接反映了转子转速的快慢或电动机负载的大小，在正常运行范围内，转差率的数值很小，一般在0.01～0.06之间，即异步电动机的转速接近同步转速。 （5）异步电机的三种运行状态 根据转差率的大小和正负，异步电机有三种运行状态：即电动机运行状态、发电机运行状态和电磁制动运行状态。 电动机运行状态 电磁转矩为驱动转矩，其转向与旋转磁场方向相同，如图4.10（a）所示，此时电机从电网取得电功率转变成机械功率，由转轴传输给负载。电动机的转速范围为0＜n＜n1，其转差率范围为0＜s＜1。
图4.10 异步电动机的三种运行状态
发电机运行状态 异步电机定子绕组仍接至电源，用一台原动机拖动异步电机的转子以大于同步转速（n＞n1 ）并顺着旋转磁场方向旋转，如图4.10（b）所示。此时电磁转矩方向与转子转向相反，起着制动作用，为制动转矩。为克服电磁转矩的制动作用而使转子继续旋转，并保持n＞n1 ，电机必须不断从原动机吸收机械功率，把机械功率转变为输出的电功率，因此成为发电机运行状态。此时，n＞n1 ，则转差率s＜0。 电磁制动状态 异步电机定子绕组仍接至电源，如果用外力拖着电机逆着旋转磁场的旋转方向转动。此时电磁转矩与电机旋转方向相反，起制动作用，如图4.10（c）所示。电机定子仍从电网吸收电功率，同时转子从外力吸收机械功率，这两部分功率都在电动机内部以损耗的方式转化成热能消耗掉。这种运行状态称为电磁制动运行状态。此种情况下，n为负值，即n＜0，则转差率s＞1。 由此可知，区分这三种运行状态的依据是转差率s的大小： 当0＜s＜1为电动机运行状态； 当-∞＜s＜0为发电机运行状态； 当1＜s＜＋∞为电磁制动运行状态。 综上所述，异步电机可以作电动机运行，也可以作发电机运行和电磁制动运行。但它一般作电动机运行，异步发电机很少使用，电磁制动是异步电机在完成某一生产过程中出现的短时运行状态。例如，起重机下放重物时，为了安全、平稳，需限制下放速度，就使异步电动机短时处于电磁制动状态。 |
