异步电动机的工作原理与结构

　　异步电机是一种交流电机，主要作为电动机用。异步电机运行时，在气隙中的旋转磁场与转子绕组之间存在相对运动，依靠电磁感应作用使转子绕组中感应电流，产生电磁转矩，从而实现机电能量的转换。由于转子的转速与旋转磁场的转速不相等，所以称它为异步电机。又因它的转子电流是靠电磁感应作用产生的，因此，异步电机也称为感应电机。

　　从电磁关系上来看，异步电机和变压器很相似。异步电机的定子绕组相当于变压器的一次绕组，转子绕组相当于变压器的二次绕组。所以在学习了变压器的基础上来学习异步电机是比较容易的。

　　一、主要用途与分类

　　异步电动机是工农业中用得最多的一种电动机，其容量从几十瓦到几千千瓦，在国民经济的各行各业应用极为广泛。

　　例如，在工业方面：中小型的轧钢设备、各种金属切割机床、轻工机械、矿山上的卷扬机和通风机等，都用异步电机来拖动。

　　在农业方面：水泵、脱粒机、粉碎机和其他农副产品加工机械，也都用异步电动机拖动。

　　此外，在人民日常生活中，异步电动机也用得很多，例如，电扇、冷冻机、多种医疗机械等等。总之，异步电动机应用范围广、需要量大，随着电气化自动化的发展，它在工农业生产和人民生活中占着很重要的地位。

　　异步电动机也可以作为发电机使用，但一般只在特殊情况下才应用。

　　异步电动机之所以用得这么普遍，主要是由于它的结构简单、制造容易、价格低廉、坚固耐用，并且还有较高的效率和适用的工作特性。

　　但是，异步电机也有其缺点，异步电机必须从电网吸收落后的无功功率，因此它的功率因数总是小于1。由于在电网的负载中，异步电机最多，它们所需要落后的无功功率对电网来说，是一个沉重的负担，既增加了输电过程的损耗，也妨碍了有功功率的输出。当负载需要的电动机单机容量较大，而电网功率因数又比较低时。最好还是采用同步电动机来拖动。

　　异步电动机按定子绕组的相数分：有单相异步电动机和三相异步电动机。在没有三相电源或者所需的功率很小时，应采用单相电动机，单相电动机的功率一般不超过3～4千瓦，在日常生活中，用得较多。在工农业生产中，绝大多数用的是三相异步电动机。

　　三相异步电动机有两种基本类型。一种是鼠笼式异步电动机，这种电动机的转子绕组形状像一个笼子。

　　在鼠笼式异步电动机中，又分为单鼠笼、双鼠笼和深槽式几种；另一种就是绕线式异步电动机，它的转子绕组和定子绕组基本上一样，也是三相绕组，可以联成星形或三角形。

　　二、基本工作原理及运行状态

　　把异步电机的定子接到三相电源时，定子中会有三相电流流过，定子电流产生一系列的气隙旋转磁密。其中起主要作用的是以同步速、顺着绕组相序旋转的基波气隙旋转磁密。同步速的大小决定子电网的频率和绕组极对数，即。

　　图5-1（a）是一台二极异步电机的示意图，n1箭头表示气隙磁密的旋转方向，最里边的那个大圆圈代表转子，其中两个小圆圈代表转子绕组的导体，先考虑转子还没有转起来的情况。气隙旋转磁密形象地用N，S极表示，在图中所示的瞬间，N极在上面，S极在下面。

　　于是，转子导体切割气隙旋转磁密而感应电势，它的方向如图5-1中的［图片］和⊙所示。因为转子绕组是短路的，在转子绕组中会有电流，图5-1所示瞬间，导体中电流的方向假设与感应电势同相。

　　根据气隙旋转磁密的极性和电流方向，利用左手定则可以看出，会产生一个与气隙旋转磁密同方向的电磁转矩作用在转子上。如果这个电磁转矩能克服加在转子上的负载转矩，转子就能旋转起来，并加速旋转。只要转子的转速低于同步转速，转子导体中的感应电势和电流方向不变，电磁转矩的方向也不变，是驱动性质的转矩。

　　（a）电动机；（b）发电机；（c）电磁制动

　　图5-1　异步电机的三种运行状态

　　如果转子的转速加速到等于同步转速n1时，转子绕组和气隙旋转磁密之间就没有相对运动，当然转子绕组也就不再感应电势了，电流和电磁转矩统统都等于零。这就是说，这种情况不可能维持下去。

　　但是，只要n＜n1，转子绕组和气隙旋转磁密之间就有相对运动，转子绕组里就会有电流，也就有电磁转矩作用在转子上。当电磁转矩等于负载转矩时，转子就以恒速运行。这种情况下，定子方面从电源吸收有功功率。这就是异步电动机简单的运行原理。可见，异步电动机转子的转速n不可能达到同步转速n1，一般总是略小于n1，异步二字就是由此而来的。

通常把同步转速、和电动机转子转速二者之差与同步转速的比值叫做转差率（也叫转差或滑差），用s表示。转差率的定义