异步电动机的结构和原理图(异步电动机的结构和原理)

导语：异步电动机的结构和原理

异步电动机的优点是结构简单、运行可靠、维护方便、效率较高，缺点是调速性能较差，功率因数较低。

一、异步电动机的基本结构

异步电动机的主要结构是由定子和转子两部分组成，定、转子中间是空气隙。此外，还有端盖、轴承、机座等部件。如下图：

1、定子

定子是异步电动机固定不动的部分，由机座、定子铁芯和定子绕组构成。

1）机座

是电动机的外壳，起着支撑电机的作用，通常用铸铁铸成，也有用铝合金铸成的。大型电机机座多采用钢板拼焊而成。

2）定子铁芯

定子铁芯是磁路的一部分，用0.5mm厚的硅钢片叠压成整体的中空圆柱形后装入机座内，外壁与机座配合，内壁开槽，槽内嵌置定子绕组。为了减小涡流损耗，叠片间需经绝缘处理，一般小容量电机的硅钢片表面由氧化膜绝缘，大容量电机硅钢片间涂有绝缘漆。

3）定子绕组

是电机的电路部分，小型电机的定子绕组用高强度漆包圆铜线或铝线绕制而成；大型电机导线截面较大，采用矩形截面的铜或铝线制成线圈嵌置在定子槽内。绕组与槽壁间用绝缘材料隔开。

2、气隙

异步电机的气隙比同容量直流电机的气隙要小得多，一般为0.2～2.0mm。这是因为异步电机的励磁电流是由电网供给的，气隙大时，励磁电流就大，会降低了电机的功率因数。为了提高功率因数，应尽量把气隙做得小些。但是气隙过小时，将造成装配困难，运行不可靠，高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加。

3、转子

是由转轴、转子铁芯和转子绕组构成的。

1）转轴

转轴一般由中碳钢做材料，起到支撑、固定转子铁芯和传递功率的作用。

2）转子铁芯

转子铁芯也是电机磁路的一部分，用0.5mm厚的硅钢片叠压成整体的圆柱形套装在转轴上，转子铁芯外圆的槽内嵌置转子绕组。

3）转子绕组

异步电动机有鼠笼式和绕线式两类，其区别在于转子绕组的结构不同，绕线式电机结构较复杂，一般用于对启动和调速性能要求较高的场合。

（1）鼠笼式转子绕组

鼠笼式转子绕组没有铁芯时，整个绕组的外形就像一个鼠笼。在转子铁芯上也有槽，各槽里都有一根铜或铝制导条作转子导体。在导条的两端用短路环短接，形成闭合回路。大中型电机导条是铜的，制造时把裸铜条插入转子铁芯槽中，再用铜环套在两端铜条的头上，并焊接在一起；多数小型电机的导条是铝制的，制造时把叠好的转子铁芯放在铸铝的模具内，把鼠笼和端部的内风扇一次铸成。

（2）绕线式转子绕组

绕线式转子绕组和定子三相对称绕组类似，嵌置在转子槽内。三相绕组尾端在内部接成星形，首端由转子轴中心引出接到滑环，滑环经电刷再串入外接电阻，可以改善电机的启动和调速性能。有的绕线式电机还装设有提刷装置，在串入的外接电阻启动完毕后，把电刷提起，三相滑环直接短路，减小运行中的损耗。

二、异步电动机的基本原理

1、工作原理

上图是异步电动机的工作原理图，它由定子和转子两部分组成，二者之间有一个很小的空气隙。

1）定子对称三相绕组通入对称三相交流电流，建立定子三相合成旋转电动势并产生旋转磁场。图中虚线表示某一瞬间定子旋转磁场的磁通，它以同步转速n1顺时针方向旋转，转子导体切割磁场产生感应电动势，感应电动势方向可用右手定则确定，电动势在闭路的转子绕组中产生电流。

2）载流的转子绕组在旋转磁场中受到电磁力的作用，用左手定则可确定此时转子绕组受到一个顺时针方向电磁力和电磁转矩的作用，使转子以转速n随着定子旋转磁场的方向旋转。

3）异步电动机转子转速n不能等于定子旋转磁场转速n1，因为如果n=n1，转子与定子旋转磁场之间就没有相对运动，转子绕组中就没有感应电动势和感应电流，就不能产生推动转子转动的电磁转矩，所以异步电动机运行中转子转速n和定子旋转磁场转速n1之间存在差异，n总是小于n1，“异步”之名，由此而来。

2、转差率

异步电动机转子转速n与定子旋转磁场转速n1之间存在着转速差，此转速差是定子旋转磁场切割转子导体的速度，它的大小决定着转子电动势及其频率的大小，直接影响到异步电动机的工作状态。转速差可用转差率s这一重要物理量表示：s=（n1-n）/n1

当旋转磁场以同步转速 n1开始旋转时，转子因机械惯性尚未转动， 转子的瞬间转速 n=0，这时转差率 s=1。转子转动起来之后， n>0，（n1-n）差值减小，电动机的转差率 s<1。如果转轴上的阻转矩加大，则转子转速 n降低，即异步程度加大，才能产生足够大的感应电动势和感应电流， 产生足够大的电磁转矩， 这时转差率s增大。异步电动机运行时0<s<1。在额定负载运行条件下s=0.01~0.06。

3、异步电机的三种运行状态

1）电动机运行状态

0<s<1，n与n1方向相同且n<n1 ，定子旋转磁场与转子电流相互作用，将产生驱动性质的电磁力f和电磁转矩，定子从电力系统吸收电功率转换成机械功率，输送给转轴上的负载。

2）发电机运行状态

-∞<s<0，n与n1方向相同且n>n1，转差率s变为负值，定子旋转磁场切割转子导体的方向与电动机相反，定子旋转磁场与转子电流相互作用，将产生制动性质的电磁力f和电磁转矩，若要维持转子转速n>n1，必须向异步电机输入机械功率，克服电磁转矩做功，机械功率转换为电功率输送给电力系统。

3）电磁制动状态

1<s<+∞，异步电机定子绕组通入三相交流电流产生旋转磁场，以转速n1顺时针方向旋转，同时转子被一个外加转矩驱动，以转速n逆时针方向旋转，定子旋转磁场切割转子导体的方向与电动机状态相同，产生的电磁力f和电磁转矩也是与电动机状态相同的顺时针方向，但此时外加转矩使转子以逆时针方向旋转，电磁转矩对外加转矩是制动性质的。电机处于电磁制动状态，一方面定子从电网吸取电功率，另一方面外力克服电磁转矩做功，向异步电机输入机械功率。此时从两方面输入的功率都将转变为电机内部的热能。

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