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第十章 异步电动机 异步电机是一种交流电机，也称为感应电动机。它是将交流电能转化为机械能的设备。现代各种生产机械大都采用异步电动机来驱动。 异步电动机具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠及重量轻，成本较低的优点，它还具有较高的效率和接近恒速的负载特性。因此，在生产实际中得到了最广泛的应用。 异步电动机又分为三相异步电动机和单相异步电动机。三相异步电动机广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、水泵等。而单相异步电动机常用于功率不大的电动工具和某些家用电器中。本篇主要介绍三相异步电动机的基本结构与工作原理、特性及其控制，对单相异步电动机仅作简单的介绍。 第一节 三相异步电动机的基本结构 异步电动机是旋转电机，它是由固定的定子和旋转的转子两大部分组成。定子和转子之间存在较小的空气隙，称为气隙。为了减小空载电流，气隙应尽量小，异步电动机的气隙一般为0.2～2.0mm 。鼠笼式异步电动机的结构如图10-1所示。 一、定子 异步电动机定子的主要作用是建立旋转磁场。定子主要由定子铁芯、定子绕组、机座组成。 定子铁芯是异步电机主磁路的一部分，为了减少铁芯损耗，其铁芯通常由0.5mm厚的片间绝缘的硅钢片叠压而成，并固定在机座内。一般大容量电动机定子硅钢片间涂有绝缘漆，且采用扇形冲片。当定子铁芯较长时，为了增加散热面在轴向长度上，每隔3～6cm留有径向通风沟。为了嵌放定子绕组，在定子铁芯内圆冲出许多形状相同的槽。 定子绕组是电机的电路部分，其主要作用是通过电流产生主磁场，以实现机电能量的转换。定子绕组一般采用带绝缘的铜导线或铝导线绕制的线圈连接而成。小型异步电动机采用高强度漆包圆线，大型异步电动机采用矩形截面成型线圈。三相异步电动机的定子绕组为三相对称绕组。 机座的主要作用是固定和支撑定子铁芯，因此要求其有足够的机械强度和刚度，能够承受运输和运行中的各种作用力。中、小型电动机通常采用铸铁机座，为增加散热面，在机座外表面有散热片。大容量电动机采用钢板焊接机座，为满足通风散热要求，机座内表面和定子铁芯隔开适当的距离以形成空腔，作为冷却空气的通道。 此外，机座两端装有端盖，端盖由铸铁或钢板制成。有的端盖中央还装有轴承，轴承用来支撑转子。 二、转子 异步电动机转子主要是利用旋转磁场感应产生转子电流，从而产生电磁转距。转子主要由转轴、转子铁芯、转子绕组组成。 转轴用强度和刚度较高的中碳钢加工而成。它一是为了支撑和固定转子铁芯，另一方面起着传递功率的作用。整个转子靠轴承和端盖支撑着。 转子铁芯也是电机主磁路的一部分，通常也是由0.5mm厚的硅钢片叠压成圆柱体套装在转轴上，转子铁芯表面均匀分布的槽内嵌放有转子绕组。 转子绕组是短路绕组，其作用是产生感应电动势，流过感应电流。转子绕组分为鼠笼式和绕线式两种。 1.鼠笼式绕组 鼠笼式绕组的电动机叫鼠笼式异步电动机。鼠笼式绕组结构较简单，它是由嵌在转子铁芯槽内的铜条或铝条组成，两端分别与两个端环相连成一个整体，形成一个自身闭合的短接回路。如不考虑铁芯，仅由导条和端环构成的转子绕组外形象一个松鼠笼子，故称鼠笼式转子绕组。为了节约用铜，一般中、小型鼠笼式电动机的转子导条、端环和端环外的风扇由铝液铸成一体。大型鼠笼式电动机则用铜导条和铜端环焊接而成。鼠笼式转子绕组外形如图10-2所示。 2．绕线式绕组 绕线式绕组的电动机叫绕线式异步电动机。绕线式绕组是指转子铁芯槽内放置的三相对称绕组。它和定子绕组相似，其极数、相数也和定子的极数、相数相等。绕线式绕组一般接为星形，转子三相绕组末端接在一起，始端分别引至轴上的三个互相绝缘的铜质滑环上，再通过电刷接在转子回路的可调附加电阻后进行短接。其接线示意图如10-3所示。有的绕线式电动机还装有提刷短路装置，在电动机起动完毕且不需要调节转速时，把电刷提起并同时将三个滑环短路，以减小电刷的磨损和摩擦损耗。 绕线式电动机可以通过改变转子回路串入的附加电阻，改善电动机的起动性能，或调节电动机的转速。但与鼠笼式异步电动机相比，绕线式电动机的结构复杂，维修较麻烦，造价高等。因此，对起动性能要求较高和需要调速的场合才选用绕线式电动机。 第二节 异步电动机的工作原理 通过前面学习，我们知道，异步电动机主要由定子和转子两大部分组成。定子铁心中分布有三相对称绕组（匝数相等、结构相同、空间互差1200分布的绕组），转子铁心中分布的转子绕组为自身短接绕组。异步电动机之所以能够旋转，是由于转子载流导体在定子磁场中受到了电磁力的作用。因此，要掌握异步电动机转动原理，就必须搞清楚定子磁场的建立、转子绕组中的感应电流以及转子绕组的感应电流在定子磁场中受到的电磁力。 一、定子旋转磁场 （一）定子旋转磁场的建立 定子三相对称绕组接成星形或三角形，三相出线端接在三相交流电源上，三相定子绕组