建筑电工学第4章 交流异步电动机

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4.1.2 转子 异步电动机的转子由转轴、转子铁芯、转子绕组 以及风扇等组成。 转子铁芯是一个圆柱体，它由互相绝缘的硅钢片 叠压而成，并固定在电动机的转轴上。转子铁芯的外 表面上有均匀分布的平行线槽，用于安置转子绕组。 转子绕组按其结构可分为鼠笼式和绕线式。
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（1）鼠笼式 这种绕组的结构是在转子铁芯的槽内压入铜条， 铜条的两端分别焊接在两个铜环上，如图 4.1.4（a） 所示。由于其形状如同鼠笼，故得名鼠笼式。
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转子转速 n与旋转磁场转速 n1相差的程度，常用 转差率表示。
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（4）异步电动机带负载运行 当在异步电动机的轴上加上机械负载时，电动机 轴上所受阻力增大，电动机的转速减小，从而使旋转 磁场与转子导体之间的相对切割速度增大，使转子的 感应电动势及感应电流增大。与变压器相同，通过电 磁耦合关系使定子绕组从电源吸取的电流就相应地增 大，即电动机的输入功率变大。反之，当电动机的负 载突然减小时，电动机轴上的阻力减小，转子转速增 大，使相对切割速度减小，于是转子电流与定子绕组 从电源吸取的电流都减小，电动机输入的电功率也相 应地变小。这种关系是符合能量守恒原理的。
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（2）定子铁芯 是磁路的组成部分，为了减少铁芯中的涡流损耗， 通常用 0.5 mm 厚涂有绝缘漆的硅钢片叠成筒形，固定 在机座内，定子铁芯的内圆周上均匀分布着与电动机 转轴平行的线槽，用于安装定子绕组，如图 4.1.2所示。
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（3）定子绕组 三相异步电动机的定子绕组中每一相都有两个出 线端，将首端用 A、B、C 表示，末端用 X、Y、Z 表示 。这些端子都从电动机机座上的接线盒中引出，它们 在接线盒内端子板上的标记分别为 U1、V1、W1 和 U2 、V2、W2。为了在实际接线时联接方便，将各相绕组 的末端进行了错位引出，如图 4.1.3所示，通过联接板 可以很方便地将定子绕组接成星形（Y 形）或三角形（ △形）接法。
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（2）两对磁极的旋转磁场 上述情况，合成磁场是两个极，即极对数 P =1。 如果定子绕组的每一相是由串联的两个线圈组成，A相 绕组由AX与 A′X′组成，B 相绕组由BY与 B′Y′组成，C 相绕组由CZ与C′Z′组成。在绕组的布置上，使每相绕 组的首端与首端，或末端与末端之间在空间上相隔 60°，也使同一相绕组的两个线圈首（末）端在空间 上相隔180°，如图4.2.3所示。 当定子绕组通入三相电流之后，就产生四极的旋 转磁场，即P =2，如图 4.2.4 所示。
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②当ωt=120°时，iB=0，BY绕组无电流；此时iA 为正，电流从AX绕组的首端A流入，由末端X流出；iC 为负，电流从CZ绕组的末端Z流入，从首端C流出，其 合成磁场见图4.2.2（b）中ωt=120°，与ωt=0相比较， 其合成磁场顺时针转过了120°。
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③同理可画出 ωt=240°，ωt=360°时的合成磁 场，由图 4.2.2（ b）可见，它们又依次较前转过 120°。
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（3）旋转磁场的转速和转向
旋转磁场的转速 n1又称为同步转速。在我国，因 工频 f1=50 Hz，当 P =1时，n1=3000r/min；P=2时， n1=1500r/min；P=3时，n1=1000r/min等。
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旋转磁场的旋转方向是有规律的，它与三相电源 接入定子绕组的相序有关。从图4.2.2所示的合成磁场 是按顺时针方向旋转的，其方向是与三相电源接入定 子绕组的相序A→B→C是一致的。如果要使旋转磁场 按逆时针方向旋转（反转），只需改变通入三相绕组 中电流的相序，即对调任意两根电源进线就可实现反 转。
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4.2.2 异步电动机的转动原理 （1）转子电动势的产生
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（2）电磁转矩和转子旋转方向 转子绕组产生感应电动势后，由于转子电路是闭 合的（绕线式转子通过外部电刷实现），在此电动势 作用下将有电流产生，如不考虑转子感抗对电流滞后 的影响，则转子绕组中的电流与感应电动势同相位。 载有感应电流的转子绕组将受到电磁力的作用。电磁 力的方向可用左手定则确定。这些电磁力对电动机的 转轴形成一个转矩，称为电磁转矩，用 T表示。 电磁转矩的作用方向与旋转磁场的方向一致，即 与 F 的方向一致。见图 4.2.5，因此电动机的转子就顺 着旋转磁场的旋转方向转动起来。
4.2.1 旋转磁场的产生 （1）一对磁极的旋转磁场 三相绕组 AX、BY、CZ 在定子空间内彼此相隔 120°，若采用星形接法，即将末端 X、Y、Z 接于一 点，首端 A、B、C 接三相电源，如图 4.2.1所示。
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①当ωt=0°时，iA=0，AX绕组没有电流；iB为负 ，电流从BY绕组的末端Y流入，由首端B流出；iC为正 ，电流从CZ绕组的首端C流入，由末端Z流出。根据右 手螺旋定则，可以画出其合成磁场，磁力线自上而下 ，即上方相当于N极，下方相当于S极，见图4.2.2（b ）中ωt=0°。
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（2）绕线式 这种绕组的结构是在转子铁芯的槽内嵌放对称的 3个绕组，其末端接在一起成星形接法，首端分别接在 转轴上 3个彼此绝缘的滑环上，每个滑环上用弹簧压着 电刷，通过电刷使转动的转子绕组与外部静止的用于 启动或调速的变阻器接通组成回路，如图 4.1.5所示。
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4.2 异步电动机的工作原理
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（3）转子转速和转差率 n永远低于旋转磁场的转速n1，因为如果两者相等 ，就意味着转子与旋转磁场之间没有相对运动，转子 导体就不会切割磁力线，因而转子电流和转矩不存在 ，由于转子与轴之间有摩擦力存在，转子就无法继续 以n1的转速转动，必须慢下来，所以转子转速n总是与 旋转磁场转速n1保持一定的转速差，即保持着异步的关 系，这就是异步电动机名称的来源。
第4章 交流异步电动机
4.1 三相异步电动机的构造
异步电动机由固定部分（称放在定子里面 ，定子与转子之间隔着空气隙。转子的轴支承在两边 的端盖的轴承之中，图 4.1.1所示为三相异步电动机的 外形和内部结构。
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4.1.1 定子 异步电动机的定子主要由机座、定子铁芯和定子 绕组等组成。 （1）机座 它是电机的外壳和固定部分，通常用铸铁或铸钢 制成。