三 交流异步电动机

一、三相异步电动机的基本结构

1.三相异步电动机的组成

1）定子部分

三相异步电动机的定子部分包含定子铁心、定子绕组、机座、接线盒、前后端盖、风罩。转动部分包含转子铁心、转子绕组（鼠笼式由金属条构成）、转轴、风扇、轴承。

2）转子部分

（1）转子铁心。（2）转子绕组。

3）气隙

异步电动机定子与转子之间的空气间隙称为气隙，在中、小型异步电动机中，气隙一般为0.2～1.5 mm。异步电动机的励磁电流是由电网供给的。气隙的变化通常会使励磁电流变化，从而影响电动机的功率因数。一般情况下，异步电动机的气隙大小往往为机械条件允许的最小数值。

2.三相异步电动机铭牌数据

1）型号2）额定电压3）额定电流4）额定转速5）额定频率6）额定效率7）额定功率

二、三相异步电动机的工作原理

1.旋转磁场的产生

定子绕组通入对称的三相电流时，便会产生旋转磁场。所谓旋转磁场是指极性与大小不变，且沿着一定方向以一定速度旋转的磁场。

2.旋转磁场的方向

三相异步电动机的相序不同，产生的旋转磁场方向也不同，所以要改变电动机的旋转方向，必须先改变旋转磁场的旋转方向，也就是需要改变其相序。

改变三相异步电动机的相序很简单，只要任意交换两组电源，就可以改变其相序。例如，U—V—W为正相序，那么U—W—V、W—V—U就为反相序。

3.基本工作原理

当三相异步电动机的定子绕组通入三相对称的电流时，便在定子、转子之间的气隙中产生旋转磁场。设旋转磁场以n1的速度逆时针旋转，转子铁心顺时针方向切割磁感线，产生感应电动势。

4.转差率

通常把同步转速n1和电动机转子转速n两者之差与同步转速n1的比值称为转差率，又称为转差或滑差，用s来表示。

转差率是一个没有单位的物理量，它的大小反映了电动机的各种运动情况。

三、三相异步电动机的转矩特性与机械特性

1.转矩特性

当电源电压、频率和转子参数一定时，转矩T随着转差率s变化的情况可用T=f(s)曲线来表示，该曲线称为异步电动机的转矩特性曲线。

2.机械特性

为了更直接地表示电磁转矩T和转速n之间的关系，可根据转速n与转差率s的关系，将曲线T=f(s)变换为曲线n=f(T)，称为异步电动机的机械特性曲线。

四、三相异步电动机的典型控制

1.三相异步电动机的直接起动

对三相异步电动机能否直接起动有着一定的限制条件。

（1）机械设备是否允许电机直接起动，这是先决条件。

（2）直接起动时，不允许电动机的容量大于10％～15％主变压器的容量。

（3）起动过程中电压降ΔU不大于15％UN。

2.三相异步电动机的减压起动

1）定子绕阻串联电阻起动

三相异步电动机定子绕组与外加电源之间串联电阻，使三相异步电动机在起动过程中定子线圈上得不到全电压（电源电压被电阻分压了一部分），从而减小了定子线圈上的起动电压和起动电流。待电动机起动完成后，切除所串联的电阻将电源电压全部加在三相异步电动机的定子线圈上，电动机实施全压运行。

2）Y-△起动

三相异步电动机Y-△起动只适用于电动机正常运行且定子绕组为三角形联结的情况。电动机在起动过程中，定子线圈先被连接成星形，线圈上的电压为交流220 V；随着起动过程的完成（利用时间继电器的延时），再将定子线圈连接成三角形，线圈上的电压为交流380 V，起动过程中电动机处于减压运行。

3）自耦变压器起动

电动机起动时，三相交流电源加在自耦变压器上，其输出端（某个抽头）给三相异步电动机定子绕组供电，此时定子绕组得到的电压为电源电压的一部分，三相异步电动机实施减压起动。随着起动过程的完成（利用时间继电器的延时），控制电路将自耦变压器从供电电路中摘除，将三相交流电源电压全部加在电动机的定子绕组上，电动机进入全压运行。

4）延边三角形起动

三相异步电动机采用延边三角形起动时，既可提高起动转矩，又可减小起动电流。

5）转子绕组串联电阻起动

三相绕线式异步电动机起动时通常采用在转子回路中增加阻抗，如串联电阻起动，以减小起动电流。随着起动过程的进行，分级摘除起动电阻，最终将转子绕组短路，进入正常运行。

6）频敏变阻器起动

相绕线式异步电动机刚开始起动时，电动机转速很低，转子频率很大，铁心中的损耗很大，即等效阻抗很大，所以限制了起动电流，增大了起动转矩。随着转速的增加，转子电流频率下降，等效阻抗减小，使起动电流和转矩保持一定数值。频敏变阻器实际上利用转子频率的平滑变化达到使转子回路总电阻平滑减小的目的。起动结束后，转子绕组短接，把频敏变阻器从电路中摘除。

3.三相异步电动机的制动

1）机械制动

其控制原理是利用机械装置产生的摩擦力来强迫电动机迅速停车。最常用的机械制动装置是电磁制动器。

2）能耗制动

三相异步电动机能耗制动是在电动机断开三相交流电源后，在定子任意两相绕组线圈中通入直流电压，使其产生励磁电流，定子绕组产生一个恒定的磁场。此时，电动机转子由于惯性还在旋转并切割该恒定磁场，根据右手定则，转子导体中便产生感应电动势和感应电流，再根据左手定则，电动机转子导体中的感应电流与恒定磁场作用后产生反向制动转矩。当电动机转速接近零时，定子绕组与直流电源断开。这种制动方法实际是在电动机停止后将存储在电动机转子中的机械能转换为电能，再将这些电能消耗在转子的制动上，故称为能耗制动。

3）反接制动

电动机需要反接制动时，可将电动机电源线任意两相对调，电动机的旋转磁场立即改变方向，但电动机转子由于惯性依然保持原来的转向，转子的惯性转向与反向的电磁转矩形成制动，使电动机迅速停止。在电动机转速低于100 r/min时，利用电动机轴所接的速度继电器常开触头断开，反向电源停止向电动机供电，从而避免电动机被拉入反转运行。

4.三相异步电动机的变速

1）△-YY双速控制

2）Y-YY双速控制

〖补充知识〗

单相异步电动机

1．单相异步电动机的分类

单相异步电动机具有结构简单、成本低廉、运行可靠及维修方便等优点，其不足之处是运行性能较差、效率较低。单相异步电动机的容量一般不是很大，通常在0.6 kW以下。

2.单相异步电动机的工作原理

1）分相起动式单相异步电动机的工作原理

（1)电阻分相起动。

（2)电容分相起动。

2）罩极起动式单相电动机的工作原理