一、電動(dòng)機(jī)概述
電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，并輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩的動(dòng)力設(shè)備?，F(xiàn)代各種機(jī)械廣泛應(yīng)用電動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)。
一般電動(dòng)機(jī)可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩大類。交流電動(dòng)機(jī)按使用電源相數(shù)可分為單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)兩種，而三相電動(dòng)機(jī)又分同步式和異步式兩種，異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、運(yùn)行可靠，與相同容量的其他電動(dòng)機(jī)相比具有質(zhì)量輕、成本低、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。因此，被廣泛用來做中、小型軋鋼機(jī)、各種機(jī)床以及輕工機(jī)械和鼓風(fēng)機(jī)的拖動(dòng)部分。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)有90％左右的電力拖動(dòng)機(jī)械使用異步電動(dòng)機(jī)，其中，小型異步電動(dòng)機(jī)占70％以上。在電網(wǎng)的總負(fù)載中異步電動(dòng)機(jī)的用電量占60％以上。
二、三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

三相籠式異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的定子部分包括機(jī)座、定子鐵心和定子繞組。機(jī)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(duì)稱繞組組成。三相繞組的各相彼此獨(dú)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理
為子說明三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是怎樣旋轉(zhuǎn)起來的，先做二個(gè)演示實(shí)驗(yàn)。
如圖4—13所示中有一個(gè)裝有手柄的馬蹄形磁鐵，在磁極中間放置一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)電的鼠籠轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子與磁極之間沒有機(jī)械聯(lián)系。當(dāng)搖動(dòng)手柄使馬蹄形磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)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(shí)驗(yàn)可知，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的首要條件是要有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。
二、定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生
實(shí)際的籠式異步電動(dòng)機(jī)中，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(dòng)機(jī)的定子鐵心中放有三相對(duì)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(duì)稱電源時(shí)，三相對(duì)稱繞組中有電流通過，即：

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

公式(4—3)表明旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速隨磁極對(duì)數(shù)增加而降低。表4—2是電源頻率為50 Hz時(shí)，相對(duì)應(yīng)磁極對(duì)數(shù)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速。
表4—2  電源頻率為50 Hz時(shí)磁極對(duì)數(shù)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速的關(guān)系
磁極對(duì)數(shù)
1
2
3
4
5
6
旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速(r/min)
3 000
1 500
1 000
750
600
500
三、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的作用
定子中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將切割轉(zhuǎn)子銅條，此時(shí)可以把磁場(chǎng)看成不動(dòng)，而認(rèn)為：轉(zhuǎn)子相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)。假設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，那么轉(zhuǎn)子相對(duì)于磁場(chǎng)，可看成是作逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖4一17所示。在轉(zhuǎn)子銅條中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(chǎng)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(gè)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(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，這就是三相籠式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(chǎng)之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子上的鎘條不能切割磁感應(yīng)線，就不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(yùn)行。實(shí)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(chǎng)的轉(zhuǎn)速不同步，而是異步的，這就是異步電動(dòng)機(jī)名稱的由來。
正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速稱為至相異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。比如有一種一對(duì)磁極的三相異步電動(dòng)機(jī)，同步轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，正常運(yùn)行時(shí)的額定轉(zhuǎn)速為2 906 r/min。
轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向是一致的。如果把按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)叫做電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)，那么就把按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)叫做電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(duì)調(diào)位置，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)則反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)也就跟著改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。