一、電動機概述
電動機是把電能轉(zhuǎn)換成機械能，并輸出機械轉(zhuǎn)矩的動力設(shè)備?，F(xiàn)代各種機械廣泛應(yīng)用電動機來驅(qū)動。
一般電動機可分為直流電動機和交流電動機兩大類。交流電動機按使用電源相數(shù)可分為單相電動機和三相電動機兩種，而三相電動機又分同步式和異步式兩種，異步電動機按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同又分成籠式和繞線式兩種。
三相異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、運行可靠，與相同容量的其他電動機相比具有質(zhì)量輕、成本低、價格便宜等優(yōu)點。因此，被廣泛用來做中、小型軋鋼機、各種機床以及輕工機械和鼓風(fēng)機的拖動部分。根據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)有90％左右的電力拖動機械使用異步電動機，其中，小型異步電動機占70％以上。在電網(wǎng)的總負載中異步電動機的用電量占60％以上。
二、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)

三相籠式異步電動機主要是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，如圖4—10所示。


三相異步電動機的定子部分包括機座、定子鐵心和定子繞組。機座用鑄鐵或鑄鋼制成。它支承著定子鐵心。定子鐵心由互相絕緣的硅鋼片疊制而成，內(nèi)圓有槽孔，定子繞組嵌在槽內(nèi)，如圖4—11所示。


定子繞組是定子的電路部分，由三相對稱繞組組成。三相繞組的各相彼此獨立，按互差120的電角度嵌放在定子槽內(nèi)，并與定子鐵心絕緣。定子繞組的首端分別用U1，V1，W1表示，而繞組的末端分別用U2，V2，W2表示。
轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸等部分組成。轉(zhuǎn)子鐵心是由外圓有槽孔的硅鋼片疊制而成，槽內(nèi)放置銅條(或鑄鋁)。鐵心兩端分別用導(dǎo)電的端環(huán)將槽內(nèi)的銅條連接起來，形成短接回路；如果去掉轉(zhuǎn)子鐵心，轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)與籠子相似，如圖4—12所示。

繞線式異步電動機只是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，它的轉(zhuǎn)子是由繞組組成的，與定子繞組一樣也是三相的。
三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理
為子說明三相異步電動機的轉(zhuǎn)子是怎樣旋轉(zhuǎn)起來的，先做二個演示實驗。
如圖4—13所示中有一個裝有手柄的馬蹄形磁鐵，在磁極中間放置一個可以自由轉(zhuǎn)動的導(dǎo)電的鼠籠轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子與磁極之間沒有機械聯(lián)系。當搖動手柄使馬蹄形磁鐵旋轉(zhuǎn)時，就會看到鼠籠轉(zhuǎn)子跟著磁鐵旋轉(zhuǎn)。手柄搖得越快，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)得越快，若是改變磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向，鼠籠轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。
由上述實驗可知，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的首要條件是要有一個旋轉(zhuǎn)磁場。
二、定子旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生
實際的籠式異步電動機中，旋轉(zhuǎn)磁場是由定子繞組中的三相交流電產(chǎn)生的。
如果三相異步電動機的定子鐵心中放有三相對稱繞組U1一U2，V1一V2，W1一W2，并呈星形(Y)聯(lián)結(jié)，接人三相對稱電源時，三相對稱繞組中有電流通過，即：

三相對稱電流的波形圖如圖4—14所示。規(guī)定交流電正半周時，電流從繞組首端流人，尾端流出；負半周時，電流從繞組末端流入，首端流出。流人以符號表示，流出以符號 表示；當交流電流過三相繞組時，每相繞組都將產(chǎn)生一個按正弦規(guī)律變化的磁場，三相繞組的合成磁場隨著時間的推移而不斷改變方向形成旋轉(zhuǎn)磁場，如圖4—15所示。

公式(4—3)表明旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速隨磁極對數(shù)增加而降低。表4—2是電源頻率為50 Hz時，相對應(yīng)磁極對數(shù)的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速。
表4—2  電源頻率為50 Hz時磁極對數(shù)與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速的關(guān)系
磁極對數(shù)
1
2
3
4
5
6
旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速(r/min)
3 000
1 500
1 000
750
600
500
三、旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子的作用
定子中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場將切割轉(zhuǎn)子銅條，此時可以把磁場看成不動，而認為：轉(zhuǎn)子相對于磁場運動。假設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場是順時針方向旋轉(zhuǎn)，那么轉(zhuǎn)子相對于磁場，可看成是作逆時針方向轉(zhuǎn)動，如圖4一17所示。在轉(zhuǎn)子銅條中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，可用右手定則確定其方向。在轉(zhuǎn)子上半部的銅條中，感應(yīng)電流的方向指向讀者，在轉(zhuǎn)子下半部銅條中感應(yīng)電流的方向背離讀者。
轉(zhuǎn)子中載有感應(yīng)電流的銅條與旋轉(zhuǎn)磁場作用，產(chǎn)生電磁力。根據(jù)左手定則判定：轉(zhuǎn)子上頂部銅條所受的力是指向右方，下底部銅條所受的力是指向左方。這兩個力大小相等，方向相反，構(gòu)成電磁轉(zhuǎn)矩，于是轉(zhuǎn)子就跟隨旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動起來，這就是三相籠式異步電動機的轉(zhuǎn)動原理。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必定小于同步轉(zhuǎn)速。如果，，則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間沒有相對運動，轉(zhuǎn)子上的鎘條不能切割磁感應(yīng)線，就不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，也就不能形成電磁轉(zhuǎn)矩，所以轉(zhuǎn)子不能以同步轉(zhuǎn)速運行。實際上，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是小于同步轉(zhuǎn)速，即。也就是說，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速不同步，而是異步的，這就是異步電動機名稱的由來。
正常運行時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速稱為至相異步電動機的額定轉(zhuǎn)速。比如有一種一對磁極的三相異步電動機，同步轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，正常運行時的額定轉(zhuǎn)速為2 906 r/min。
轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向與旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向是一致的。如果把按順時針方向旋轉(zhuǎn)叫做電動機的正轉(zhuǎn)，那么就把按逆時針方向旋轉(zhuǎn)叫做電動機的反轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向與通人定子繞組的三相交流電流的相序有關(guān)。如果把三相電源接到定子繞組首端的三根導(dǎo)線中的任意兩相對調(diào)位置，旋轉(zhuǎn)磁場則反轉(zhuǎn)，電動機也就跟著改變轉(zhuǎn)動方向。