工作原理

1. 磁鐵旋轉對導體的作用

下面通過一個實驗來說明異步電動機的工作原理。實驗如圖1-1（a）所示，在一個馬蹄形的磁鐵中間放置一個帶轉軸的閉合線圈，當搖動手柄來旋轉磁鐵時發(fā)現(xiàn)，線圈會跟隨著磁鐵一起轉動。為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？

圖1-1單匝閉合線圈旋轉原理

圖1-1（b）是與圖1-1（a）對應的原理簡化圖。當磁鐵旋轉時，閉合線圈的上下兩段導線會切割磁鐵產(chǎn)生的磁場，兩段導線都會產(chǎn)生感應電流。由于磁鐵沿逆時針方向旋轉，假設磁鐵不動，那么線圈就被認為沿順時針方向運動。

線圈產(chǎn)生的電流方向判斷：從圖1-1（b）中可以看出，磁場方向由上往下穿過導線，上段導線的運動方向可以看成向右，下段導線則可以看成向左，根據(jù)右手定則可以判斷出線圈的上段導線的電流方向由外往內(nèi)，下段導線的電流方向則是由內(nèi)往外。

線圈運動方向的判斷：當磁鐵逆時針旋轉時，線圈的上、下段導線都會產(chǎn)生電流，載流導體在磁場中會受到力，受力方向可根據(jù)左手定則來判斷，判斷結果可知線圈的上段導線受力方向是往左，下段導線受力方向往右，這樣線圈就會沿逆時針方向旋轉。

如果將圖1-1中的單匝閉合導體轉子換成圖1-2（a）所示的籠型轉子，然后旋轉磁鐵，結果發(fā)現(xiàn)籠型轉子也會隨磁鐵一起轉動。圖中籠型轉子的兩端是金屬環(huán)，金屬環(huán)中間安插多根金屬條，每兩根相對應的金屬條通過兩端的金屬環(huán)構成一組閉合的線圈，所以籠型轉子可以看成是多組閉合線圈的組合。當旋轉磁鐵時，籠型轉子上的金屬條會切割磁感線而產(chǎn)生感應電流，有電流通過的金屬條受磁場的作用力而運動。根據(jù)圖1-2（b）的示意圖可分析出，各金屬條的受力方向都是逆時針方向，所以籠型轉子沿逆時針方向旋轉起來。

圖1-2籠型轉子旋轉原理

綜上所述， 當旋轉磁鐵時，磁鐵產(chǎn)生的磁場也隨之旋轉，處于磁場中的閉合導體會因此切割磁感線而產(chǎn)生感應電流，而有感應電流通過的導體在磁場中又會受到磁場力，在磁場力的作用下導體就旋轉起來 。

2. 異步電動機的工作原理

采用旋轉磁鐵產(chǎn)生旋轉磁場讓轉子運動，并沒有實現(xiàn)電能轉換成機械能。實踐和理論都證明，如果在轉子的圓周空間放置互差120°的3組繞組，如圖1-3所示，然后將這3組繞組按星形或三角形接法接好（圖1-4是按星形接法接好的3組繞組），將3組繞組與三相交流電壓接好，有三相交流電流流進3組繞組，這3組繞組會產(chǎn)生類似圖1-2所示的磁鐵產(chǎn)生的旋轉磁場，處于此旋轉磁場中的轉子上的各閉合導體有感應電流產(chǎn)生，磁場對有電流流過的導體產(chǎn)生作用力，推動各導體按一定的方向運動，轉子也就運轉起來。

圖1-3三相電動機互差120°的3組繞組

圖1-43組繞組與三相電源進行星形連接

圖1-3實際上是三相異步電動機的結構示意圖。繞組繞在鐵芯支架上，由于繞組和鐵芯都固定不動，因此稱為定子，定子中間是籠型的轉子。轉子的運轉可以看成是由繞組產(chǎn)生的旋轉磁場推動的，旋轉磁場有一定的轉速。旋轉磁場的轉速 n （又稱同步轉速）、三相交流電的頻率 f 和磁極對數(shù) p （一對磁極有兩個相異的磁極）有以下關系：

n =60 f/p

例如，一臺三相異步電動機定子繞組的交流電壓頻率 f =50Hz，定子繞組的磁極對數(shù) p =3，那么旋轉磁場的轉數(shù) n =60×50/3=1000（r/min）。

電動機在運轉時，其轉子的轉向與旋轉磁場方向是相同的，轉子是由旋轉磁場作用轉動的，轉子的轉速要小于旋轉磁場的轉速，并且要滯后于旋轉磁場的轉速，也就是說轉子與旋轉磁場的轉速是不同步的。 這種轉子轉速與旋轉磁場轉速不同步的電動機稱為異步電動機 。

外形與結構

圖1-5列出了兩種三相異步電動機的實物外形。三相異步電動機的結構如圖1-6所示，從圖中可以看出，它主要由外殼、定子、轉子等部分組成。

圖1-5兩種三相異步電動機的實物外形

圖1-6三相異步電動機的結構

三相異步電動機各部分說明如下。

（1）外殼

三相異步電動機的外殼主要由機座、軸承蓋、端蓋、接線盒、風扇、罩殼等組成。

（2）定子

定子由定子鐵芯和定子繞組組成。

① 定子鐵芯 。定子鐵芯通常由很多圓環(huán)狀的硅鋼片疊合在一起組成，這些硅鋼片中間開有很多小槽用于嵌入定子繞組（也稱定子線圈），硅鋼片上涂有絕緣層，使疊片之間絕緣。

② 定子繞組 。它通常由涂有絕緣漆的銅線繞制而成，再將繞制好的銅線按一定的規(guī)律嵌入定子鐵芯的小槽內(nèi)，具體見圖1-6局部放大部分。繞組嵌入小槽后，按一定的方法將槽內(nèi)的繞組連接起來，使整個鐵芯內(nèi)的繞組構成U、V、W三相繞組，再將三相繞組的首、末端引出來，接到接線盒的U1、U2、V1、V2、W1、W2接線柱上。接線盒如圖1-7所示，接線盒各接線柱與電動機內(nèi)部繞組的連接關系如圖1-8所示。

圖1-7電動機接線盒內(nèi)有六個接線端

圖1-8接線盒各接線端與內(nèi)部繞組的連接

（3）轉子

轉子是電動機的運轉部分，它由轉子鐵芯、轉子線組和轉軸組成。

① 轉子鐵芯 。如圖1-9所示，轉子鐵芯是由很多外圓開有小槽的硅鋼片疊在一起構成的，小槽用來放置轉子繞組。

圖1-9由硅鋼片疊成的轉子鐵芯

② 轉子繞組 。轉子繞組嵌在轉子鐵芯的小槽中，轉子繞組可分為籠式轉子繞組和線繞式轉子繞組。

籠式轉子繞組是在轉子鐵芯的小槽中放入金屬導條，再在鐵芯兩端用導環(huán)將各導條連接起來，這樣任意一根導條與它對應的導條通過兩端的導環(huán)就構成一個閉合的繞組，由于這種繞組形似籠子，因此稱為籠式轉子繞組?；\式轉子繞組有銅條轉子繞組和鑄鋁轉子繞組兩種，如圖1-10所示。銅條轉子繞組是在轉子鐵芯的小槽中放入銅導條，然后在兩端用金屬端環(huán)將它們焊接起來；而鑄鋁轉子繞組則是用澆鑄的方法在鐵芯上澆鑄出鋁導條、端環(huán)和風葉。

圖1-10兩種籠式轉子繞組

線繞式轉子繞組的結構如圖1-11所示。它是在轉子鐵芯中按一定的規(guī)律嵌入用絕緣導線繞制好的繞組，然后將繞組按三角形或星形接法接好，大多數(shù)按星形方式接線（如圖1-12所示）。繞組接好后引出3根相線，通過轉軸內(nèi)孔接到轉軸的3個銅制集電環(huán)（又稱滑環(huán)）上，集電環(huán)隨轉軸一起運轉，集電環(huán)與固定不動的電刷摩擦接觸，而電刷通過導線與變阻器連接，這樣轉子繞組產(chǎn)生的電流通過集電環(huán)、電刷、變阻器構成回路。調節(jié)變阻器可以改變轉子繞組回路的電阻，以此來改變繞組的電流，從而調節(jié)轉子的轉速。

圖1-11線繞式轉子繞組

圖1-12按星形連接的線繞式轉子繞組

③ 轉軸 。轉軸嵌套在轉子鐵芯的中心。當定子繞組通三相交流電后會產(chǎn)生旋轉磁場，轉子繞組受旋轉磁場作用而旋轉，它通過轉子鐵芯帶動轉軸轉動，將動力從轉軸傳遞出來。

責任編輯：lq6