第1章 异步电动机的能量传递

1.1 后来居上的异步电动机

在电动机家族里，异步电动机是小弟弟，它的出生比直流电动机晚了几十年。但在电力拖动领域，由于它应用很广，后来居上，将直流电动机远远地抛在了后面。

1.1.1 无与伦比的转子结构

1.三相交流异步电动机的构造

三相交流异步电动机是所有电动机中构造最简单的一种，其基本结构如下：

1）定子 定子铁心由硅钢片叠成，铁心槽中安置三相绕组。所谓三相绕组，就是三组在空间位置上互差2π∕3（120°）电角度的绕组，如图1-1a所示。这样的定子结构和同步电动机完全相同，并无优势。

2）转子 转子铁心也由硅钢片叠成，铁心槽中安置短路绕组，用得最多的是笼型转子。转子绕组由铜条或铝条构成，两端由铜环或铝环将所有导体短路，如图1-1c所示，转子绕组不必和外电路相连。这样的结构，非但简单，并且十分坚固。这是异步电动机在电力拖动领域应用得最多的根本原因。

2.电能转换成磁场能

把时间上互差2π∕3（120°）电角度的三相交变电流通入到空间上也互差2π∕3（120°）电角度的三相绕组中去，所产生的合成磁场的中心线总是和电流达到振幅值的绕组轴线相重合。

当U相电流达到振幅值时，磁场的中心线和U相绕组的轴线重合，如图1-2a所示。

当V相电流达到振幅值时，磁场的中心线和V相绕组的轴线重合，如图1-2b所示。

当W相电流达到振幅值时，磁场的中心线和W相绕组的轴线重合，如图1-2c所示。

三相电流不断地交变着，磁场的中心线就不断地旋转着，形成旋转磁场。旋转的转速称为同步转速。

旋转磁场是由电源提供的三相电流产生的，这说明三相电流在定子铁心里转换成了磁场能。磁场的磁通要穿过空气隙和转子绕组相耦合，又将磁场能传递到了转子。

3.磁场能转换成机械能

旋转磁场被静止的转子绕组切割，转子绕组中将产生感应电动势和感应电流，其方向由右手定则来判定，如图1-3a所示。

转子绕组中的电流又和定子的旋转磁场相互作用，产生电磁力和电磁转矩，方向由左手定则决定，如图1-3b所示。由图1-3可知，电磁转矩的方向和磁场的旋转方向相同。在电磁转矩的作用下，转子将旋转起来。转子就这样地将磁场能转换成了能够旋转的机械能。

因为转子产生感应电动势和感应电流的前提条件是转子绕组必须切割旋转磁场，所以，转子的转速总要低于旋转磁场的转速，故称为异步电动机。

1.1.2 诞生就知变频好

几个基本公式：

1.同步转速

即旋转磁场的转速，计算公式如下：

式中 n0——同步转速（r/min）；

f——电流的频率（Hz）；

p——磁极对数。

式（1-1）表明，当电动机的磁极对数一定时，同步转速与电流的频率成正比；而在额定频率下，同步转速与磁极对数的关系见表1-1。

2.转差

即转子转速与同步转速之差。

Δn=n0-nM （1-2）

式中 Δn——转差（r/min）；

nM——转子转速（r/min）。

3.转差率

转差与同步转速之比，称为转差率

式中 s——转差率。

4.转子转速nM

由式（1-1）和式（1-3）推导如下：

式（1-4）告诉我们，改变电流的频率f，就改变了旋转磁场的转速（同步转速），也就改变了电动机输出轴的转速：

f↓→n0↓→nM↓

所以，调节频率可以调速的特点是和异步电动机与生俱来的，如图1-4所示。