知识点学习2 三相异步电机
电机是利用电磁感应原理，把电能转换成机械能，输出机械转矩的原动机。
电机的分类
1.电机分类
根据能量转换的不同，电动机分为发电机和电动机。发电机是将机械能转换成电能的电机，电动机是将电能转换成机械能的电机。
根据电动机转速和电磁转速是否相同，电动机分为同步电动机和异步电动机。
电机分类
根据电动机使用电流性质不同，分为交流电动机和直流电动机。
交流电动机根据使用的电源相数不同，可分为三相电动机和单相电动机。
交流电动机根据转子结构的不同，分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机。
电机分类如图1－1－2所示。
图1－1－2 电机分类
2.三相异步电动机的结构
三相异步电动机由定子(固定不动的部分)、转子(旋转部分)和气隙三个基本部分组成(见图1－1－3)。
三相异步电动机结构
图1－1－3 三相异步电动机结构
(1)定子部分。
定子部分是异步电动机静止不动的部分，主要包括定子铁芯、定子绕组和机座。
1)定子铁芯是电动机主磁路的部分，为了减少铁耗，常采用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片冲片叠压而成。定子铁芯内圆上有均匀分布的槽，用以嵌放三相定子绕组。
2)定子绕组是电动机的电路部分，常用高强度漆包铜线按一定规律绕制成线圈，均匀嵌入定子内圆槽内，用以建立旋转磁场，实现能量转换。接线盒内的六个接线柱的接法如图1－1－4所示，具体选用应根据电动机铭牌确定。
接线盒内接线
图1－1－4 接线盒内接线
(a)三角形联结；(b)星形联结
3)机座用于固定和支撑定子铁芯和端盖，因此机座应有较好的机械强度和刚度，常用铸铁或铸钢制成，大型电动机常用钢板焊接而成。小型封闭式异步电动机表面有散热筋片，以增加散热面积。
(2)转子部分。
转子部分是电动机的旋转部分，主要由转子铁芯、转子绕组、转轴等组成。
1)转子铁芯是电动机主磁路的一部分。采用0.5mm厚硅钢片冲片叠压而成，转子铁芯外圆上有均匀分布的槽，用以嵌放转子绕组。以偏小型异步电动机转子铁芯直接压装在转轴上。
2)转子绕组是转子的电路部分，用以产生转子电动势和转矩，转子绕组有笼型和绕线型两种。根据转子绕组的结构形式，异步电动机分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机。
①笼型转子。笼型转子绕组是在转子铁芯每个槽内插入等长的裸铜导条。两端分别用铜制短路环焊接成一个整体，形成一个闭合的多相对称回路。大型电动机采用铜条绕组，而中小型异步电动机笼型转子槽内采用铸铝，将导条、端环同时一次浇注成型。
②绕线转子。绕线型异步电动机的定子绕组和笼型定子绕组相同，而转子绕组与定子绕组相似，采用绝缘漆包铜线绕制而成，三相绕组嵌入转子铁芯槽内，将它接成星形联结，三个端头分别固定在转轴上的三个相互绝缘的集电环上，再经压在集电环上的三组电刷与位电路相连，一般绕线型异步电动机在转子回路中串电阻，以改变电动机的启动和调速性能。三个电阻的另一端也接成星形。绕线型异步电动机因其启动力矩较大，一般用于重载负荷。
(3)气隙。
异步电动机定、转子之间的气隙很小，中小型异步电动机一般为0.12～1.5mm。气隙大小对电动机性能影响很大，气隙越大，磁阻也越大，产生同样大的磁通，所需的励磁电流也越大，电动机的功率因素也越低。但气隙过小，将给装配造成困难，运行时定、转子发生摩擦，而使电动机运行不可靠。
3.三相异步电动机的工作原理
(1)工作原理。
三相交流电源接通三相定子绕组
定子绕组产生三相对称电流
三相对称电流在电动机内部建立旋转磁场(转速称为同步转速n1)
旋转磁场与转子绕组产生相对运动
转子绕组中产生感应电流
转子绕组(存在感应电流)在磁场中受到电磁力的作用(左手定则判断受力方向)
在电磁力作用下，转子顺着旋转磁场的方向旋转，转速称为异步电动机的转速n。图1－1－5所示为两极三相异步电动机转子旋转方向。
可见，异步电动机是通过载流的转子绕组在磁场中受力而使电动机旋转，转子绕组中的电流由电磁感应产生，故异步电动机又称为感应电动机。
三相笼型异步电动机的同步转速(r/min)为
式中，f为定子绕组电流频率(Hz)；p为定子绕组磁极对数。
从工作原理分析可知，异步电动机转子的旋转方向与旋转磁场的旋转方向一致，而旋转磁场的转向又取决于电动机三相电流的相序。因此，要改变电动机的转向，只需改变电流的相序，即任意对调电动机的两根电源线，便可使电动机反转。
图1－1－5 两极三相异步电动机转子旋转方向
电动机工作原理
两极三相异步电动机转子旋转方向
当n(电动机的转速)＜n1(同步转速)时，转子绕组才能切割旋转磁场产生感应电动势和感应电流，进一步形成电磁转矩使电动机旋转。
当n＝n1时，转子绕组和选择磁场之间无相对运动，转子绕组不产生感应电动势和感应电流。
当n＞n1时，电动机处于发电机状态。
由于电动机转速n与同步转速n1不同，故称为异步电动机。又由于异步电动机的转子绕组并不直接与电源相接，而是依靠电磁感应原理来产生感应电动势和感应电流，从而产生电磁转矩使电动机旋转，因此又称为感应电动机。
(2)异步电动机的转差率。
同步转速n1与电动机转速n之差(n1－n)与同步转速n1的比值称为转差率s。
转差率s是异步电动机的重要参数。异步电动机转速在0～n1范围内变化时，其转差率s在0～1范围内变化；当电动机启动瞬间(转子尚未转动)时，n＝0，此时s＝1；当电动机空载运行时，转速n很高，n≈n1，此时s≈0。
异步电动机负载越大，转速就越慢，其转差率也越大；反之电动机负载越小，转速就越高，其转差率也越小。故转差率直接反应转速的高低或电动机负载的大小，电动机在额定工作状态下运行时，转差率的值很小，在0.01～0.06之间，即异步电动机的额定转速很接近同步转速。
(3)三相异步电动机铭牌的主要技术参数。
电动机的铭牌主要标注了电动机的型号和主要的技术数据，电动机在铭牌上规定的技术参数和工作条件下运行为额定运行。铭牌数据是识别电动机性能的主要途径，也是正确选用和维修电动机的参考。
某三相异步电动机的铭牌见表1－1所示。
表1－1 某三相异步电动机的铭牌
①型号。
异步电动机的型号主要包括产品代号、设计序号、规格代号和特殊环境代号。产品代号表示电动机的类型，如Y表示异步电动机，YR表示绕线转子异步电动机等，电动机型号含义举例如下:
②三相异步电动机的额定值。
额定功率PN:电动机额定状态下运行时，电动机转轴输出的机械功率，单位为kW或W。对于三相异步电动机，，其中，UN为电动机的额定电压(V)；IN为
电动机的额定电流(A)；ηN为电动机的额定效率；cosφN为电动机的额定功率因数。对于380V的电动机，若只看数值，IN≈2PN，因此可以根据电动机的额定功率估算出额定电流，即一千瓦两个电流。
额定电压UN(V):电动机额定工作状态时，加在定子绕组上的线电压。
额定电流IN(A):电动机额定工作状态时，流入定子绕组的线电流。
额定转速nN(r/min):电动机额定工作状态时，电动机转速。
额定频率fN(Hz):电动机定子侧电压的频率。我国电网fN＝50Hz。
③接线。
接线是指在额定电压下运行时，电动机定子三相绕组的联结方式，有三角形联结和星形联结两种。定子绕组采用哪种接线方式取决于定子绕组的耐压等级，若定子绕组能承受220V的电压，电源电压为220V，则采用星形联结；若电源电压为380V，则采用三角形联结。
④工作制。
工作制可分为额定连续工作制S1、短时工作制S2、断续工作制S3三种。
三相异步电机的铭牌参数介绍
⑤防护等级。
“IP”和其后面的数字表示电动机外壳的防护等级。IP表示国际防护等级，其后面的第一个数字代表防尘等级，共分0～6七个等级；其后面的第二个数字代表防水等级，共分0～8九个等级，数字越大，表示防护的能力越强。