第7章异步电动机7.1三相异步电动机的结构和工作原理图7-1三相异步电动机结构示意图(a)外形图；(b)内部结构图1.定子定子由定子铁心、定子绕组、机座和端盖等组成。机座的主要作用是用来支撑电机各部件，因此应有足够的机械强度和刚度，通常用铸铁制成。为了减少涡流和磁滞损耗，定子铁心用0.5mm厚涂有绝缘漆的硅钢片叠成，铁心内圆周上有许多均匀分布的槽，槽内嵌放定子绕组，如图7-2所示。定子绕组分布在定子铁心的槽内，小型电动机的定子绕组通常用漆包线绕制，三相绕组在定子内圆周空间彼此相隔120°，共有六个出线端，分别引至电动机接线盒的接线柱上。三相定子绕组可以连接成星形或三角形，如图7-3所示。其接法根据电动机的额定电压和三相电源电压而定，通常三个绕组的首端分别用U1、V1、W1表示，末端分别用U2、V2、W2表示。图7-2三相异步电动机的定子图7-3三相定子绕组的接法(a)星形连接；(b)三角形连接2.转子转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等组成。转子铁心也用0.5mm厚硅钢片冲成转子冲片叠成圆柱形，压装在转轴上。其外围表面冲有凹槽，用以安放转子绕组。异步电动机按转子绕组形式不同，可分为绕线式和鼠笼式两种。绕线式转子的绕组和定子绕组一样，也是三相绕组，绕组的三个末端接在一起（Y型），三个首端分别接在转轴上三个彼此绝缘的铜制滑环上，再通过滑环上的电刷与外电路的变阻器相接，以便调节转速或改变电动机的起动性能，如图7-4所示。图7-4绕线式转子(a)转子；(b)等效电路图7-5鼠笼式转子(a)铜条转子；(b)铸铝转子绕线式异步电动机由于其结构复杂，价位较高，所以通常用于起动性能或调速要求高的场合。鼠笼式转子绕组是在转子铁心槽内插入铜条，两端再用两个铜环焊接而成的。若把铁心拿出来，整个转子绕组外形很像一个鼠笼，故称鼠笼式转子。对于中小功率的电机，目前常用铸铝工艺把鼠笼式绕组及冷却用的风扇叶片铸在一起，如图7-5所示。虽然绕线式异步电动机与鼠笼式异步电动机的结构不同，但它们的工作原理是相同的。7.1.2工作原理三相异步电动机通入三相交流电流之后，在定子绕组中将产生旋转磁场，此旋转磁场将在闭合的转子绕组中感应出电流，从而使转子转动起来。因此，在研究三相异步电动机的原理之前，应首先介绍旋转磁场的产生及特点。图7-6三相定子绕组的分布1.旋转磁场的产生三相异步电动机定子绕组是空间对称的三相绕组，即U1-U2、V1-V2和W1-W2，空间位置相隔120°。若将它们作星形连接，如图7-6所示，将U2、V2、W2连在一起，U1、V1、W1分别接三相对称电源的U、V、W三个端子，就有三相对称电流流入对应的定子绕组，即iU=ImsinωtiV=Imsin(ωt-120°)iW=Imsin(ωt+120°)其波形如图7-7所示。图7-7一对磁极的旋转磁场及对应波形(a)ωt=0;(b)ωt=120°；(c)ωt=240°；(d)ωt=360°由波形图可看出，在ωt=0时刻，iU=0;iV为负值，说明iV的实际电流方向与参考方向相反，即从V2流入(用表示），从V1流出（用⊙表示）；iW为正值，说明实际电流方向与iW的参考方向相同，即从W1流入(用表示)，从W2流出（用⊙表示）。根据右手螺旋法则，可判断出转子铁心中磁力线的方向是自上而下，相当于定子内部是N极在上，S极在下的一对磁极在工作，如图7-7（a）所示。当ωt=120°时，iU为正值，电流从U1流入(用表示)，从U2流出（用⊙表示）；iV=0；iW为负值，电流从W2流入(用表示)，从W1流出（用⊙表示）。合成磁场如图7-7（b)所示，从图可以看出，合成磁场在空间上沿顺时针方向转过了120°当ωt=240°时，同理，合成磁场如图7-7（c)所示，从图可以看出，它又沿顺时针方向转过了120°。ωt=360°时的磁场与ωt=0时刻相同，合成磁场沿顺时针方向又转过了120°，N、S磁极回到ωt=0时刻的位置，如图7-7（d)所示。图7-8四极电动机定子绕组的结构分布接线图综上所述，当三相交流电变化一周时，合成磁场在空间上正好转过一周。若三相交流电不断变化，则产生的合成磁场在空间不断转动，形成旋转磁场。前面讲的三相异步电动机定子绕组每相只有一个线圈，定子铁心有6个槽。则在定子铁心内相当于有一对N、S磁极在旋转。若把定子铁心的槽数增加为12个，即每相绕组由两个串联的线圈构成，相当于把图7-6中的空间360°分布6槽的三相绕组压缩在180°的空间中，显然每个线圈在空间中相隔不再是120°，而是60°，如图7-8所示。若在U1、V1、W1三端通三相交流电，同理，在定子铁心内可形成两对磁极的旋转磁场，如图7-9所示。从图7-9可以看出，在两对磁极的旋转磁场中，电流每交