第六章交流电动机
电机是实现电能和机械能互相转换的旋转装置。
本章主要介绍交流电动机的基本构造、工作原理、转速与转矩之间的机械特性及起动、反转、调速及制动的基本原理和使用方法等。
6．1 三相异步电动机的构造
三相异步电动机的定子构成：由机座和装在机座内的圆筒形铁心以及其中的定子绕组组成。见下图
三相异步电动机的转子铁心是圆柱状的，也是用硅钢片叠成，表面有冲槽，用来放置转子绕组。转子铁心装在转轴上，轴上加机械负载。
根据构造的不同可分为鼠笼式和绕线式两种。
鼠笼式异步电动机若去掉转子铁心，嵌放在铁心槽中的转子绕组，就象一个“鼠笼”，它一般是用铜或铝铸成。见下图
绕线式异步电动机的转子绕组同定子绕组一样也是三相的，它联接成星型。每相绕组的的始端联接在三个铜制的滑环上，滑环固定在转轴上。环与环，环与转轴之间都是互相绝缘的。在环上用弹簧压着碳质电刷。
起动电阻和调速电阻是借助于电刷同滑环和转子绕组联接，见下图
6．2 异步电动机转动原理：
1.旋转磁场的产生
三相异步电动机的定子绕组嵌放在定子铁心槽内，按一定规律连接成三相对称结构。三相绕组AX，BY，
CZ在空间互成1200，它可以联接成星形，也可以联接成三角形。当三相绕组接至三相对称电源时，则三相绕组中便通入三相对称电流i A、i B、i C：
i A=I m sinωt
i B= I m sin(ωt－120o)
i C= I m sin(ωt＋120o)
电流的参考方向和随时间变化的波形图见下图。
的产生过程(见下图)：
由分析可知，当定子绕组中通入三相电流后，当三相电流不断地随时间变化时，它们共同产生的合成磁场也随着电流的变化而在空间不断地旋转着，这就是旋转磁场。这个旋转磁场同磁极在空间旋转所产生的作用是一样的。
2.旋转磁场的转向
从旋转磁场可以看出，在ωt=00的时，A相的电流i A=0，此时旋转磁场的轴线与A相绕组的轴线垂直；当ωt=900时，A相的电流i A=+I m达到最大，这时旋转磁场轴线的方向恰好与A相绕组的轴线一致。三相电流出现正幅值的顺序为A—B—C，因此旋转磁场的旋转方向是与通入绕组的电流相序是一致的，即旋转磁场的转向与三相电流的相序一致。如果将与三相电源相联接的电动机三根导线中的任意两根的对调一下，则定子电流的相序随之改变，旋转磁场的旋转方向也发生改变。电动机就会反转，见下图
3.旋转磁场的极数
三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数。旋转磁场的极数和三相定子绕组的安排有关。在上图的情况下，每相绕组只有一个线圈, 三相绕组的始端之间相差1200，则产生的旋转磁场具有一对极，即p=1。如将定子绕组按下图所示安排。
电动机的转动原理
下图为三相异步电动机工作原理示意图。
当三相定子绕组接至三相电源后，三相绕组内将流过对称的三相电流，并在电动机内产生一个旋转磁场。当p=l 时，图中用一对以恒定同步转速n 0（旋转磁场的转速）按顺时针方向旋转的电磁铁来模拟该旋转磁场，在它的作用下，转子导体逆时针方向切割磁力线而产生感应电动势。感应电动势的方向由右手定则确定。由于转子绕组是短接的，所以在感应电动势的作用下，产生感应电流，即转子电流I 2。即异步电动机的转子电流是由电磁感应而产生的，因此这种电动机又称为感应电动机。
由图可见，电磁转矩与旋转磁场的转向是一致的，故转子旋转的方向与旋转磁场的方向相同。（但电动机转子的转速n 必须低于旋转磁场转速n 0。如果转子转速达到n 0，那末转子与旋转磁场之间就没有相对运动，转子导体将不切割磁通，于是转子导体中不会产生感应电动势和转子电流，也不可能产生电磁转矩，所以电动机转子不可能维持在转速n 0状态下运行。可见该） 电动机只有在转子转速n 低于同步转速n 0时，才能产生电磁转矩并驱动负载稳定运行。因此这种电动机称为异步电动机。
转差率
异步电动机的转子转速n 与旋转磁场的同步转速n 0之差是保证异步电动机工作的必要条件。这两个转速之差与同步转速之比称为转差率，用s 表示，即
s=（n0－n ）/n
由于异步电动机的转速n < n 0，且n > 0，故转差率在0到1的范围内，即0< s < 1。对于常用的异步电动机，在额定负载时的额定转速s N 很接近同步转速，所以它的额定转差率s N 很小，约为0.01- 0.07, s 有时也用百分数来表示。
6.3三相交流异步电动机的电路分析
三相交流异步电动机的每相等效电路类似于变压器，定子绕组相当于变压器的原绕组，闭合的转子绕组相当于的副绕组，其电磁关系也同变压器类似，如下图所示。
继续转动
当定子绕组接三相电源电压时u 1，则有三相电流i 1通过。产生旋转磁场，并通过定子和转子铁心而闭合。
旋转磁场在定子绕组和转子绕组分别感应产生电动势e 1和e 2。此外，漏磁通产生的漏磁电动势分别为e σ1和e σ2。
定子电路
定子每相电路的电压方程和变压器原绕组的电路一样，其电压方程式为：
正常工作时，定子绕组阻抗上的压降很小，可以忽略不计，故E 1约等于电源电压U 1。在电源电压U 1dt
d N dt di L R i
e e R i u Φ++=-+-+=111
1111111)
()(σσ
和频率f 1不变时, Φm 基本保持不变。
则：U 1≈E 1=4.44f 1N 1Φm
式中f 1为定子绕组中电流的频率即电源的频率，N 1为每相定子绕组的等效匝数， Φm 为旋转磁场每个磁极下的磁通幅值。
转子电路
转子每相电路的电压方程为
转子电路的各个物理量：
1.转子频率
f 2=s ·f 1
转子频率f 2与转差率s 有关，也就是与转速n 有关。在n=0,s=l ，即转子静止不动时,f 2= f 1，此时旋转磁场对转子的相对切割速度最大。在额定负载时，s=1～9%，则f 2=0.5～4.5Hz 。
2.转子电动势
E 2=4.44f 2N 2Φm =4.44sf 1N 2Φm = s ·E 20
在n=0, s=l 时，转子电动势为：E 20=4.44 f 1·N 2Φm 。这时f 2= f 1，转子电动势最大。转子电动势E 2与转差率s 有关。
3.转子感抗X 2=2πf 2L σ2=2πsf 1L σ2
在n=0, s=l 时，转子感抗为：X 20=2πf 1L σ2 。这时f 2= f 1，转子感抗最大。 可见转子感抗X 2与转子
频率f 2、转差率s 有关。
4.转子电流
转子电流I 2也与转差率s 有关。当s 增大，即转速n 降低时，转子与旋转磁场之间的相对转速（n 0-n ）增加，转子导体切割磁力线的速度提高，于是E 2和I 2都增加。I 2随s 变化的关系曲线见下图。
dt
di L R i e R i e 2
2222222)(σσ+=-+=
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