【正文】 旋轉(zhuǎn)時(shí)，若轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為 n，便以（ n1n）的 相對(duì)轉(zhuǎn)速 切割轉(zhuǎn)子三相繞組，于是在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生三相對(duì)稱的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，其頻率為 （ 93） 轉(zhuǎn)子三相對(duì)稱電流也會(huì)產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) Fr，其合成基波磁動(dòng)勢(shì)的幅值為 （ 94） 第 9章 交流異步電機(jī) 11p111p2 6060)( sfnnnnnnnnf ?????2Wp2rm knINF r?19 由于轉(zhuǎn)子本身相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速為 n，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì) Fr相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速為 轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì) Fr相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為 第 9章 交流異步電機(jī) 1p1p226060 snnsfnfn ??? （ 95） 112 nnsnnn ???? （ 96） 這表明 定子磁動(dòng)勢(shì) Fs 和 轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì) Fr 相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速都是同步轉(zhuǎn)速 n1，并且是同向旋轉(zhuǎn)的。 正常運(yùn)行的異步電動(dòng)機(jī)， 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 接近同步轉(zhuǎn)速 n1 ， 轉(zhuǎn)差率 s很小，一般 s = ～ 。 通常把同步轉(zhuǎn)速 n1和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n二者之差與同步轉(zhuǎn)速 n1的比值稱為 轉(zhuǎn)差率 （也叫 轉(zhuǎn)差 或者 滑差 ），用 s 表示，即 11nnns ?? （ 91） 第 9章 交流異步電機(jī) 14 雖然 s是一個(gè)沒(méi)有單位的量，但它的大小能反映電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。 可見(jiàn)，異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n 總是與同步轉(zhuǎn)速 n1不相等。 異步電動(dòng)機(jī)由電磁感應(yīng)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以又稱為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)同方向， 轉(zhuǎn)子便在該方向上旋轉(zhuǎn)起來(lái)。 第 9章 交流異步電機(jī) 12 異步電機(jī)的運(yùn)行方式 為了便于分析，下面先以異步電動(dòng)機(jī)為例說(shuō)明異步電機(jī)的工作原理，并建立異步運(yùn)行與轉(zhuǎn)差的概念，然后再討論異步電機(jī)的運(yùn)行方式。 但也不應(yīng)太小，否則，定、轉(zhuǎn)子有可能發(fā)生摩擦與碰撞。若要使氣隙中的磁通達(dá)到一定的要求，則相應(yīng)的勵(lì)磁電流也就大了，從而影響電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。 異步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流是由定子電源供給的。 第 9章 交流異步電機(jī) 圖 9 – 7 籠 型 轉(zhuǎn) 子a ） 銅 條 繞 組 b ） 鑄 鋁 繞 組a ) b ) 11 3. 氣隙 異步電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙簡(jiǎn)稱為氣隙， 它比同容量直流電動(dòng)機(jī)的氣隙要小得多。 在轉(zhuǎn)子的每個(gè)槽里放上一根導(dǎo)體 ，每根導(dǎo)體都比鐵心長(zhǎng) ， 在鐵心的兩端用兩個(gè)端環(huán)把所有的導(dǎo)條都短路起來(lái) ， 形成一個(gè)自己短路的繞組 。轉(zhuǎn)子繞組的三條引線分別接到三個(gè)滑環(huán)上， 用一套電刷裝置引出來(lái)，如圖 96所示。 第 9章 交流異步電機(jī) 圖 9 – 5 轉(zhuǎn) 子 槽 形a ） 單 籠 型 b ） 雙 籠 型 c ） 深 槽 型c ) b ) 上 層 導(dǎo) 條下 層 導(dǎo) 條長(zhǎng) 導(dǎo) 條a ) 圓 導(dǎo) 條9 圖 9 – 6 繞 線 轉(zhuǎn) 子 異 步 電 動(dòng) 機(jī) 定 、 轉(zhuǎn) 子 繞 組 接 線 方 式ABCabc定 子 繞 組轉(zhuǎn) 子 繞 組 (2) 轉(zhuǎn)子繞組： 如果是繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，則轉(zhuǎn)子繞組也是按一定規(guī)律分布的三相對(duì)稱繞組，它可以聯(lián)接成 Y形或 Δ形。 (1) 轉(zhuǎn)子鐵心： 轉(zhuǎn)子鐵心也是電動(dòng)機(jī)主磁通磁路的一部分，它用 ～ 。 (3) 機(jī)座： 機(jī)座的作用主要是為了固定與支撐定子鐵心。 第 9章 交流異步電機(jī) 圖 9 2 定 子 鐵 心a） b） c） 圖 9 3 定 子 槽 形a ) 開(kāi) 口 槽 b ) 半 開(kāi) 口 槽 c ) 半 閉 口 槽7 (2) 定子繞組： 高壓大、中型容量的異步電動(dòng)機(jī)三相定子繞組通常采用 Y接法，只有三根引出線，如圖 94a所示。 由于電機(jī)內(nèi)部的磁場(chǎng)是交變的磁場(chǎng) 。 從其它角度看， 還有高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩異步電動(dòng)機(jī)，高轉(zhuǎn)差率異步電動(dòng)機(jī)，高轉(zhuǎn)速異步電動(dòng)機(jī)等。 按有無(wú)換向器分有： 無(wú)換向器異步電動(dòng)機(jī)；換向器異步電動(dòng)機(jī)。 按定子相數(shù)分有： 單相異步電動(dòng)機(jī)；三相異步電動(dòng)機(jī)。 由于電網(wǎng)的功率因數(shù)可以用其它方法進(jìn)行補(bǔ)償，所以這并不妨礙異步電動(dòng)機(jī)的廣泛使用。 異步電動(dòng)機(jī)的 優(yōu)點(diǎn) 是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行效率較高和具有適用的工作特性。即在某一種條件下異步電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，而在另一種條件下卻作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。 最后簡(jiǎn)要介紹單相異步電動(dòng)機(jī)的基本原理與應(yīng)用 。1 第 9章 交流異步電機(jī) 電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ) 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式 異步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系 異步電動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)矩 異步電動(dòng)機(jī)的工作特性 單相異步電動(dòng)機(jī) * 2 引 言 本章在介紹異步電動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)與工作原理的基礎(chǔ)上 ， 從基本電磁關(guān)系出發(fā) ， 對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系及轉(zhuǎn)矩關(guān)系進(jìn)行分析 。 采用與分析變壓器相類似的方法 ， 先通過(guò)電磁關(guān)系建立異步電動(dòng)機(jī)的基本方程 ， 并導(dǎo)出等效電路和相量圖 ， 然后分析異步電動(dòng)機(jī)的功率 、 轉(zhuǎn)矩和工作特性 。 第 9章 交流異步電機(jī) 3 異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式 異步電動(dòng)機(jī)的用途與分類 1. 異步電動(dòng)機(jī)的用途 與直流電機(jī)一樣，異步電機(jī)也滿足電機(jī)的可逆原理。但是由于異步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行性能較差，因而 異步電機(jī)主要用于作電動(dòng)機(jī)去拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械 。 缺點(diǎn) 是功率因數(shù)較差，異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，必須從電網(wǎng)里吸收滯后性的無(wú)功功率， 它的功率因數(shù)總是小于 1。 第 9章 交流異步電機(jī) 4 2. 異步電動(dòng)機(jī)的分類 異步電動(dòng)機(jī)的種類很多，從不同的角度考慮，有不同的分類方法。 按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分有： 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)；籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，其中又包括單籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)、雙籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)、深槽式異步電動(dòng)機(jī)。此外， 根據(jù)電機(jī)定子繞組上所加電壓大小， 電動(dòng)機(jī)又可分為高壓異步電動(dòng)機(jī)、低壓異步電動(dòng)機(jī)。 第 9章 交流異步電機(jī) 5 第 9章 交流異步電機(jī) 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 圖 9 1 籠 型 轉(zhuǎn) 子 三 相 異 步 電 動(dòng) 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 圖1 轉(zhuǎn) 子 繞 組 2 端 蓋 3 軸 承 4 定 子 繞 組 5 轉(zhuǎn) 子 6 定 子 7 集 電 環(huán) 8 出 線 盒76 1. 定子 (1) 定子鐵心： 定子鐵心是異步電動(dòng)機(jī)主磁通磁路的一部分 ，裝在機(jī)座里 。 為了降低定子鐵心里的鐵損耗 ， 定子鐵心采用 ～ 疊壓而成，在硅鋼片的兩面還應(yīng)涂上絕緣漆。對(duì)中、小容量的低壓異步電動(dòng)機(jī)， 通常把定子三相繞組的六根出線頭都引出來(lái)，根據(jù)需要可接成 Y形或 Δ形，如圖 94b所示。 第 9章 交流異步電機(jī) 圖 9 4 三 相 異 步 電 動(dòng) 機(jī) 定 子 繞 組 的 聯(lián) 結(jié)L 1L 2L 3L 1L 2L 3a ） Y 形 聯(lián) 結(jié) b ） △ 形 聯(lián) 結(jié)a )b )8 2. 轉(zhuǎn)子 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子主要是由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸三部分組成的。圖 95是轉(zhuǎn)子槽形圖。一般小容量電動(dòng)機(jī)聯(lián)接成 Δ形，大、中容量電動(dòng)機(jī)聯(lián)接成 Y形。 第 9章 交流異步電機(jī) 10 如果是籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī) ， 則轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組大不相同 ， 它是一個(gè)自己短路的繞組 。 如果把轉(zhuǎn)子鐵心拿掉 ， 則可看出 ， 剩下來(lái)的繞組形狀象一個(gè)籠子 ， 如圖 97所示 。 在中、小型異步電動(dòng)機(jī)中，氣隙一般為 ～ 。氣隙較大時(shí)，磁路的磁阻較大。 為了提高功率因數(shù)，盡量讓氣隙小些。如果從減少附加損耗以及減少高次諧波磁動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生磁通的角度來(lái)看，又希望氣隙大一點(diǎn)，所以設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)應(yīng)全盤考慮。 1. 異步電動(dòng)機(jī)的工作原理 如前所述，三相異步電動(dòng)機(jī)定子接三相電源后，電機(jī)內(nèi)便形成圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)及圓形旋轉(zhuǎn)磁密，由此產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e和電磁轉(zhuǎn)矩 Te 。 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后， 轉(zhuǎn)速為 n， 只要轉(zhuǎn)速小于旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)同步轉(zhuǎn)速（ n n1），轉(zhuǎn)子與磁場(chǎng)仍有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，電磁轉(zhuǎn)矩 Te使轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，穩(wěn)定運(yùn)行在 Te = TL 情況下。 第 9章 交流異步電機(jī) 13 2. 轉(zhuǎn)差率 三相異步電動(dòng)機(jī)只有在 n ≠ n1 時(shí)， 轉(zhuǎn)子繞組與氣隙旋轉(zhuǎn)磁密之間才有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，才能在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流， 產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。 異步的名稱就是由此而來(lái)的。例如： n = 0 時(shí)， s =1； n = n1 時(shí)， s = 0； n n1 時(shí)， s 0 。 第 9章 交流異步電機(jī) 例 91 15 3. 異步電機(jī)的運(yùn)行方式 第 9章 交流異步電機(jī) N n1 Tm Te n S 0 1 a ) s 0 b ) 0 s 1 c ) s 1 N n1 TL Te n S N n1 Tm Te n S 圖 9 8 異 步 電 機(jī) 的 三 種 運(yùn) 行 方 式a ) 發(fā) 電 機(jī) 方 式 b ) 電 動(dòng) 機(jī) 方 式 c ) 電 磁 制 動(dòng) 方 式16 異步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系 先對(duì) 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī) 進(jìn)行討論， 然后再將結(jié)果推廣到籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī) 。 20 3. 定、轉(zhuǎn)子合成磁動(dòng)勢(shì) 由于定子磁動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)都以同步轉(zhuǎn)速同向旋轉(zhuǎn)，可以把它們按照矢量求和的方法加起來(lái)，得到一個(gè)總的合成磁動(dòng)勢(shì)，如圖 910所示。它們的合成磁動(dòng)勢(shì)將在氣隙中建立 圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) ，與基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)應(yīng)的磁通稱為