三相異步電動機
實現(xiàn)電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的電工設(shè)備總稱為電機。電機是利用電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)電能與機械能的相互轉(zhuǎn)換。把機械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備稱為發(fā)電機，而把電能轉(zhuǎn)換成機械能的設(shè)備叫做電動機。
在生產(chǎn)上主要用的是交流電動機，特別三相異步電動機，因為它具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、運行可靠、價格低廉、維護方便等優(yōu)點。它被廣泛地用來驅(qū)動各種金屬切削機床、起重機、鍛壓機、傳送帶、鑄造機械、功率不大的通風機及水泵等。
對于各種電動機我們應(yīng)該了解下列幾個方面的問題：（1）基本構(gòu)造；（2）工作原理；（3）表示轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間關(guān)系的機械特性；（4）起動、調(diào)速及制動的基本原理和基本方法；（5）應(yīng)用場合和如何正確使用。
三相異步電動機的結(jié)構(gòu)與工作原理
1．三相異步電動機的構(gòu)造
       三相異步電動機的兩個基本組成部分為定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）。此外還有端蓋、風扇等附屬部分，如圖5-1所示。
 

1）．定子
       三相異步電動機的定子由三部分組成：
 

2）．轉(zhuǎn)子

       三相異步電動機的轉(zhuǎn)子由三部分組成：
 

鼠籠式電動機由于構(gòu)造簡單，價格低廉，工作可靠，使用方便，成為了生產(chǎn)上應(yīng)用得最廣泛的一種電動機。
為了保證轉(zhuǎn)子能夠自由旋轉(zhuǎn)，在定子與轉(zhuǎn)子之間必須留有一定的空氣隙，中小型電動機的空氣隙約在0.2~1.0mm之間。
2．三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理
1）．基本原理

       為了說明三相異步電動機的工作原理，我們做如下演示實驗，如圖5-2所示。
 

        (1)．演示實驗：在裝有手柄的蹄形磁鐵的兩極間放置一個閉合導(dǎo)體，當轉(zhuǎn)動手柄帶動蹄形磁鐵旋轉(zhuǎn)時，將發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體也跟著旋；若改變磁鐵的轉(zhuǎn)向，則導(dǎo)體的轉(zhuǎn)向也跟著改變。
       (2)．現(xiàn)象解釋：當磁鐵旋轉(zhuǎn)時，磁鐵與閉合的導(dǎo)體發(fā)生相對運動，鼠籠式導(dǎo)體切割磁力線而在其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。感應(yīng)電流又使導(dǎo)體受到一個電磁力的作用，于是導(dǎo)體就沿磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動起來，這就是異步電動機的基本原理。
       轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向和磁極旋轉(zhuǎn)的方向相同。
       (3)．結(jié)論：欲使異步電動機旋轉(zhuǎn)，必須有旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組。
       2）．旋轉(zhuǎn)磁場
（1）．產(chǎn)生

       圖5-3表示最簡單的三相定子繞組AX、BY、CZ，它們在空間按互差1200的規(guī)律對稱排列。并接成星形與三相電源U、V、W相聯(lián)。則三相定子繞組便通過三相對稱電流：隨著電流在定子繞組中通過，在三相定子繞組中就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(圖5-4)。
 

當wt=00時,iA=0,AX繞組中無電流；iB為負，BY繞組中的電流從Y流入B1流出；iC為正，CZ繞組中的電流從C流入Z流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖5-4（a）所示。
當wt=1200時，iB=0,BY繞組中無電流；iA為正，AX繞組中的電流從A流入X流出；iC為負，CZ繞組中的電流從Z流入C流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖5-4（b）所示。
當wt=2400時，iC=0,CZ繞組中無電流；iA為負，AX繞組中的電流從X流入A流出；iB為正，BY繞組中的電流從B流入Y流出；由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖5-4（c）所示。     

可見，當定子繞組中的電流變化一個周期時，合成磁場也按電流的相序方向在空間旋轉(zhuǎn)一周。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化，產(chǎn)生的合成磁場也不斷地旋，因此稱為旋轉(zhuǎn)磁場。
 

（2）．旋轉(zhuǎn)磁場的方向
旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相繞組中電流相序決定的，若想改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向，只要改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線中的任意兩根對調(diào)即可。這時，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。
3）．三相異步電動機的極數(shù)與轉(zhuǎn)速
（1）．極數(shù)（磁極對數(shù)p）
三相異步電動機的極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)。旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)和三相繞組的安排有關(guān)。
當每相繞組只有一個線圈，繞組的始端之間相差1200空間角時，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有一對極，即p=1；
當每相繞組為兩個線圈串聯(lián)，繞組的始端之間相差600空間角時，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有兩對極，即p=2；
同理，如果要產(chǎn)生三對極，即p=3的旋轉(zhuǎn)磁場，則每相繞組必須有均勻安排在空間的串聯(lián)的三個線圈，繞組的始端之間相差400（=1200/p）空間角。
極數(shù)p與繞組的始端之間的空間角q的關(guān)系為：
（2）．轉(zhuǎn)速n

三相異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0與電動機磁極對數(shù)p有關(guān)，它們的關(guān)系是：
                       （5-1)
由（5-1）可知，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0決定于電流頻率f1和磁場的極數(shù)p。對某一異步電動機而言，f1和p通常是一定的，所以磁場轉(zhuǎn)速n0是個常數(shù)。

在我國，工頻f1=50Hz，因此對應(yīng)于不同極對數(shù)p的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0，見表5-1
 

（3）．轉(zhuǎn)差率s
電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向相同，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n不可能達到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0相等，否則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間就沒有相對運動，因而磁力線就不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，轉(zhuǎn)子電動勢、轉(zhuǎn)子電流以及轉(zhuǎn)矩也就都不存在。也就是說旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間存在轉(zhuǎn)速差，因此我們把這種電動機稱為異步電動機，又因為這種電動機的轉(zhuǎn)動原理是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的，故又稱為感應(yīng)電動機。
旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0常稱為同步轉(zhuǎn)速。
轉(zhuǎn)差率s——用來表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁場轉(zhuǎn)速n0相差的程度的物理量。即：
                                                                              
                            (5-2)
轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個重要的物理量。
當旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n0開始旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子則因機械慣性尚未轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子的瞬間轉(zhuǎn)速n=0，這時轉(zhuǎn)差率S=1。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來之后，n>0，（n0-n）差值減小，電動機的轉(zhuǎn)差率S<1。如果轉(zhuǎn)軸上的阻轉(zhuǎn)矩加大，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n降低，即異步程度加大，才能產(chǎn)生足夠大的感受電動勢和電流，產(chǎn)生足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩，這時的轉(zhuǎn)差率S增大。反之，S減小。異步電動機運行時，轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速一般很接近，轉(zhuǎn)差率很小。在額定工作狀態(tài)下約為0.015~0.06之間。
根據(jù)式(4-2),可以得到電動機的轉(zhuǎn)速常用公式
                                                                                          
                       (5-3)

例  有一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速 n=975r/min，電源頻率f=50Hz，求電動機的極數(shù)和額定負載時的轉(zhuǎn)差率S。
       解：由于電動機的額定轉(zhuǎn)速接近而略小于同步轉(zhuǎn)速，而同步轉(zhuǎn)速對應(yīng)于不同的極對數(shù)有一系列固定的數(shù)值。顯然，與975r/min最相近的同步轉(zhuǎn)速n0=1000r/min，與此相應(yīng)的磁極對數(shù)p=3。因此，額定負載時的轉(zhuǎn)差率為：
 
（4）．三相異步電動機的定子電路與轉(zhuǎn)子電路
三相異步電動機中的電磁關(guān)系同變壓器類似，定子繞組相當于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是短接的）相當于副繞組。給定子繞組接上三相電源電壓，則定子中就有三相電流通過，此三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其磁力線通過定子和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合，這個磁場在轉(zhuǎn)子和定子的每相繞組中都要感應(yīng)出電動勢。

總結(jié)：
1、三相異步電動機的兩個基本組成部分為定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）。
2、欲使異步電動機旋轉(zhuǎn)，必須有旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組，并且旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)速不同，這也是“異步”二字的含義；
3、三相電源流過在空間互差一定角度按一定規(guī)律排列的三相繞組時，便會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；
4、旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相繞組中電源相序決定的；
5、三相異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0與電動機磁極對數(shù)p有關(guān)，它們的關(guān)系是：
 

6、轉(zhuǎn)差率s——用來表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁場轉(zhuǎn)速n0相差的程度的物理量。即：
 

轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個重要的物理量，異步電動機運行時，轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速一般很接近，轉(zhuǎn)差率很小。在額定工作狀態(tài)下約為0.015~0.06之間。
7、三相異步電動機中的電磁關(guān)系同變壓器類似，定子繞組相當于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是短接的）相當于副繞組。