三相异步电动机的用途和结构

一、电动机概述
电动机是把电能转换成机械能，并输出机械转矩的动力设备。现代各种机械广泛应用电动机来驱动。
一般电动机可分为直流电动机和交流电动机两大类。交流电动机按使用电源相数可分为单相电动机和三相电动机两种，而三相电动机又分同步式和异步式两种，异步电动机按转子结构不同又分成笼式和绕线式两种。
三相异步电动机结构简单、维修方便、运行可靠，与相同容量的其他电动机相比具有质量轻、成本低、价格便宜等优点。因此，被广泛用来做中、小型轧钢机、各种机床以及轻工机械和鼓风机的拖动部分。根据统计，国内有90％左右的电力拖动机械使用异步电动机，其中，小型异步电动机占70％以上。在电网的总负载中异步电动机的用电量占60％以上。
二、三相异步电动机的基本结构

三相笼式异步电动机主要是由定子和转子两部分组成，如图4—10所示。


三相异步电动机的定子部分包括机座、定子铁心和定子绕组。机座用铸铁或铸钢制成。它支承着定子铁心。定子铁心由互相绝缘的硅钢片叠制而成，内圆有槽孔，定子绕组嵌在槽内，如图4—11所示。


定子绕组是定子的电路部分，由三相对称绕组组成。三相绕组的各相彼此独立，按互差120的电角度嵌放在定子槽内，并与定子铁心绝缘。定子绕组的首端分别用U1，V1，W1表示，而绕组的末端分别用U2，V2，W2表示。
转子由转子铁心、转子绕组和转轴等部分组成。转子铁心是由外圆有槽孔的硅钢片叠制而成，槽内放置铜条(或铸铝)。铁心两端分别用导电的端环将槽内的铜条连接起来，形成短接回路；如果去掉转子铁心，转子的结构与笼子相似，如图4—12所示。

绕线式异步电动机只是转子结构不同，它的转子是由绕组组成的，与定子绕组一样也是三相的。
三相异步电动机的转动原理
为子说明三相异步电动机的转子是怎样旋转起来的，先做二个演示实验。
如图4—13所示中有一个装有手柄的马蹄形磁铁，在磁极中间放置一个可以自由转动的导电的鼠笼转子，转子与磁极之间没有机械联系。当摇动手柄使马蹄形磁铁旋转时，就会看到鼠笼转子跟着磁铁旋转。手柄摇得越快，转子转得越快，若是改变磁铁的旋转方向，鼠笼转子的旋转方向也跟着改变。
由上述实验可知，转子转动的首要条件是要有一个旋转磁场。
二、定子旋转磁场的产生
实际的笼式异步电动机中，旋转磁场是由定子绕组中的三相交流电产生的。
如果三相异步电动机的定子铁心中放有三相对称绕组U1一U2，V1一V2，W1一W2，并呈星形(Y)联结，接人三相对称电源时，三相对称绕组中有电流通过，即：

三相对称电流的波形图如图4—14所示。规定交流电正半周时，电流从绕组首端流人，尾端流出；负半周时，电流从绕组末端流入，首端流出。流人以符号表示，流出以符号 表示；当交流电流过三相绕组时，每相绕组都将产生一个按正弦规律变化的磁场，三相绕组的合成磁场随着时间的推移而不断改变方向形成旋转磁场，如图4—15所示。

公式(4—3)表明旋转磁场的转速随磁极对数增加而降低。表4—2是电源频率为50 Hz时，相对应磁极对数的旋转磁场转速。
表4—2  电源频率为50 Hz时磁极对数与旋转磁场转速的关系
磁极对数
1
2
3
4
5
6
旋转磁场转速(r/min)
3 000
1 500
1 000
750
600
500
三、旋转磁场对转子的作用
定子中产生的旋转磁场将切割转子铜条，此时可以把磁场看成不动，而认为：转子相对于磁场运动。假设旋转磁场是顺时针方向旋转，那么转子相对于磁场，可看成是作逆时针方向转动，如图4一17所示。在转子铜条中产生感应电动势和感应电流，可用右手定则确定其方向。在转子上半部的铜条中，感应电流的方向指向读者，在转子下半部铜条中感应电流的方向背离读者。
转子中载有感应电流的铜条与旋转磁场作用，产生电磁力。根据左手定则判定：转子上顶部铜条所受的力是指向右方，下底部铜条所受的力是指向左方。这两个力大小相等，方向相反，构成电磁转矩，于是转子就跟随旋转磁场转动起来，这就是三相笼式异步电动机的转动原理。转子转速必定小于同步转速。如果，，则转子与旋转磁场之间没有相对运动，转子上的镉条不能切割磁感应线，就不会产生感应电动势和感应电流，也就不能形成电磁转矩，所以转子不能以同步转速运行。实际上，转子转速总是小于同步转速，即。也就是说，转子转速与旋转磁场的转速不同步，而是异步的，这就是异步电动机名称的由来。
正常运行时，转子的转速称为至相异步电动机的额定转速。比如有一种一对磁极的三相异步电动机，同步转速为3 000 r/min，正常运行时的额定转速为2 906 r/min。
转子的转动方向与旋转磁场的旋转方向是一致的。如果把按顺时针方向旋转叫做电动机的正转，那么就把按逆时针方向旋转叫做电动机的反转。旋转磁场的转向与通人定子绕组的三相交流电流的相序有关。如果把三相电源接到定子绕组首端的三根导线中的任意两相对调位置，旋转磁场则反转，电动机也就跟着改变转动方向。