1、.任務一任務一 三相異步電動的結構及轉動原理三相異步電動的結構及轉動原理.機座：鑄鋼或鑄鐵機座：鑄鋼或鑄鐵. 定子三相交流異步電動機的定子鐵芯由硅鋼片疊成，在鐵芯內圓有許多槽，用來嵌放定子繞組，見下圖。電動機的轉子鐵芯也由硅鋼片疊成，在鐵芯外圓有許多槽，用來嵌放轉子繞組，見下圖中圖。下圖右圖是轉子鐵心插入定子鐵心示意圖，定子鐵芯與轉子鐵心之間留有氣隙。.嵌放繞組的定子鐵心嵌放繞組的定子鐵心 .定子繞組展開圖定子繞組展開圖. 定子鐵芯固定在機座上，機座外面有散熱定子鐵芯固定在機座上，機座外面有散熱筋（散熱片）幫助定子散熱，機座由鑄鐵筋（散熱片）幫助定子散熱，機座由鑄鐵或鑄鋼鑄造。下圖是剖面的定子

2、與機座圖或鑄鋼鑄造。下圖是剖面的定子與機座圖。. 轉子轉子: 在旋轉磁場作用下，產生感應電動勢或電在旋轉磁場作用下，產生感應電動勢或電流。流。鼠籠轉子鼠籠轉子(1) 鼠籠式轉子鼠籠式轉子 鐵芯槽內放銅條，端鐵芯槽內放銅條，端 部用短路環形成一體。部用短路環形成一體。 或鑄鋁形成轉子繞組。或鑄鋁形成轉子繞組。(2) 繞線式轉子繞線式轉子.轉子 三相交流異步電動機的轉子鐵芯外周的許多槽是用來嵌放轉子繞組，籠型感應電動機的轉子繞組是籠型結構，俗稱鼠籠。鼠籠由銅條或（鋁條）與銅端環（鋁端環）組成。但應用最廣的小型異步電動機采用在轉子鐵芯上直接澆鑄熔化的鋁液形成鼠籠轉子，在轉子槽內直接形成鋁條即繞組，并

3、同時鑄出散熱的風葉，簡單又結實，下圖是鑄有籠型繞組的轉子。. 在轉子轉軸上裝有風扇，這就是異步電動機的轉動部分，見下圖。.異步電動機整機 在機座兩端要安裝端蓋，端蓋起著支撐轉子的作用，同時密封電機。端蓋中部是軸承安裝孔，安裝好軸承后蓋上軸承蓋，在電動機的后端還有風扇罩。. 把轉子插入定子中間，通過軸承安裝在端蓋上，端蓋安裝在機座上，裝上風扇罩，一個三相交流異步電動機就組成了。接入三相交流電源后定子產生的旋轉磁場就可帶動籠型轉子旋轉。下圖是籠型三相異步電動機的剖視圖。. 機座裝上端蓋后，轉子與定子與定子繞組都密封在機座內，能很好的防塵。定子與轉子產生的熱量由機座外殼散熱，籠型轉子上的風葉攪動機內

4、空氣使熱量盡快傳到外殼上，外殼上的散熱片加大了散熱面積。這還不夠，在電機端蓋外還裝有風扇罩，風扇罩端部開有通風孔，風扇旋轉時就像離心風機，空氣從風扇罩端部進入，從風扇罩與端蓋之間的空隙吹出，吹向機座上的散熱片，大大加速了電機的散熱。. 下圖是籠型轉子異步電動機外觀圖動畫動畫. 三相交流異步電動機以其結構簡單，密封性好，維護容易，價格低廉而廣受歡迎，應用非常廣泛。 相比直流電動機：交流異步電動機沒有電刷與換向器，沒有直接磨損部件，故障率與維護大大減少；電機采用密封，避免粉塵、雜質的污染，可靠性大大提高。單位重量功率比直流電機高出2倍以上，造價大大降低，交流異步電動機得到最廣泛的應用。近年來在交通

5、領域作為牽引電機也得到廣泛應用。.1.三相交流電產生的旋轉磁場三相交流電產生的旋轉磁場三相交流電由三相交流電由A、B、C三相組成，按每個交流周期三相組成，按每個交流周期360度算，每相間距度算，每相間距120度，下面是三相交流電波形圖，度，下面是三相交流電波形圖， 黃色為黃色為A相波形，綠色為相波形，綠色為B相波形，紅色為相波形，紅色為C相波形，我國使用的三相交流電頻率是相波形，我國使用的三相交流電頻率是50赫茲。赫茲。 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi . 三相交流電通過三相繞組來產生旋轉磁場，三相繞組由三個三相交流電通過三相繞組來產生旋轉磁場，三相繞組由三個嵌在

6、電動機定子鐵芯上的線圈組成，下面是一個三相交流電嵌在電動機定子鐵芯上的線圈組成，下面是一個三相交流電動機模型的定子，在定子內圓有動機模型的定子，在定子內圓有6個嵌線槽，分別嵌有個嵌線槽，分別嵌有A、B、C三相線圈，三個線圈按三相線圈，三個線圈按120度分布，黃色線框度分布，黃色線框AX是是A相線相線圈，綠色線框圈，綠色線框BY是是B相線圈，紅色線框相線圈，紅色線框CZ是是C相線圈。線框相線圈。線框的的A、B、C端為線圈入端，端為線圈入端，X、Y、Z端為線圈出端。端為線圈出端。. 在三個線圈通上三相交流電后，在定子鐵芯中間會形在三個線圈通上三相交流電后，在定子鐵芯中間會形成一個旋轉磁場。在成一個

7、旋轉磁場。在A A相線圈端口輸入的是相線圈端口輸入的是A A相電流相電流IAIA，在，在B B相線圈端口輸入的是相線圈端口輸入的是B B相電流相電流IBIB，在，在C C相線圈端相線圈端口輸入的是口輸入的是C C相電流相電流ICIC，在端口有箭頭標明電流的方，在端口有箭頭標明電流的方向。在定子鐵芯中間有向。在定子鐵芯中間有A A相電流形成的黃色磁場箭頭相電流形成的黃色磁場箭頭，其長度代表磁場強度，指向為磁場的方向；同樣綠，其長度代表磁場強度，指向為磁場的方向；同樣綠色與紅色箭頭分別代表色與紅色箭頭分別代表B B相與相與C C相的磁場強度與方向；相的磁場強度與方向；紫藍色的箭頭是紫藍色的箭頭是A

8、 A、B B、C C三相的合成磁場，其長度代三相的合成磁場，其長度代表磁場強度，指向為磁場的方向。在動畫中可看到三表磁場強度，指向為磁場的方向。在動畫中可看到三相電流的變化、三相磁場的變化及合成的旋轉磁場。相電流的變化、三相磁場的變化及合成的旋轉磁場。動畫1動畫2. 以上圖片與動畫中定子的三相繞組是獨立的，實際應用中三以上圖片與動畫中定子的三相繞組是獨立的，實際應用中三相繞組是按星形接法（下圖左）或三角接法（下圖右），同相繞組是按星形接法（下圖左）或三角接法（下圖右），同樣會產生旋轉磁場。樣會產生旋轉磁場。.0t 即：即：1pCiBiAioimI tBiAXBYCZAiCiAXYCBZNS.C

9、YABCXYZAXBZAiBiCiX A AXBYB Y CC ZZ .極對數極對數2p旋轉磁場的磁極對數旋轉磁場的磁極對數與三相繞組的排列有關與三相繞組的排列有關CYABCXYZAXBZAiBiCiAX XNSZ CZBYB Y A C SNBiCiAiimIt 0.分分）轉轉 /( 6010fn 工頻：工頻：Hz501 f分）分）轉轉/( 30000 np=1時時0mICiBiAi tiomIAXYCBZNSAXYCBZNSAXYCBZNS.X NSA X ABZCYZ C Y B SN0t 60tp=2時時BiCiAiit mI0分）分）轉轉/( 150026010 fn0n30AX X

10、Z CZBYB Y A C NSNS.)/( 6010分分轉轉pfn 2p180分）轉/( 50011p360分）轉/( 0003極對數極對數每個電流周期每個電流周期磁場轉過的空間角度磁場轉過的空間角度同步轉速同步轉速)f(Hz501 3p120分）轉/( 00014p分分）轉轉/( 75090旋轉磁場轉速旋轉磁場轉速n0與頻率與頻率f1和極對數和極對數p有關。有關。.2.三相異步電動機的轉動原理三相異步電動機的轉動原理二.異步電動機的轉動原理三相交流異步電動機也是用三相交流電產生的三相交流異步電動機也是用三相交流電產生的旋轉磁場旋轉磁場來帶動電動機轉子來帶動電動機轉子旋轉的，轉子不是永磁的也

11、不是線繞電磁的，在轉子鐵芯上鑲嵌著一個旋轉的，轉子不是永磁的也不是線繞電磁的，在轉子鐵芯上鑲嵌著一個“鼠籠鼠籠”。下圖是一個銅制的鼠籠，由多根銅條與兩個銅端環組成，銅條。下圖是一個銅制的鼠籠，由多根銅條與兩個銅端環組成，銅條與銅端環有良好的電連接。與銅端環有良好的電連接。. 把鼠籠放在有旋轉磁場的定子鐵芯中間，在定子芯繞把鼠籠放在有旋轉磁場的定子鐵芯中間，在定子芯繞組通上三相交流電產生旋轉磁場，會看到鼠籠會跟著組通上三相交流電產生旋轉磁場，會看到鼠籠會跟著旋轉磁場旋轉。因為磁場旋轉時，鼠籠的銅條切割磁旋轉磁場旋轉。因為磁場旋轉時，鼠籠的銅條切割磁力線產生電流，而有電流的銅條又受到磁力的作用，力

12、線產生電流，而有電流的銅條又受到磁力的作用，于是鼠籠便旋轉起來。于是鼠籠便旋轉起來。 下面四幅圖是鼠籠隨磁場旋轉的動畫截圖，為使畫面下面四幅圖是鼠籠隨磁場旋轉的動畫截圖，為使畫面清楚，僅顯示旋轉磁場與鼠籠電流的方向。感生電流清楚，僅顯示旋轉磁場與鼠籠電流的方向。感生電流的方向可用的方向可用右手定則右手定則判斷，銅條受力方向按判斷，銅條受力方向按左手定則左手定則判斷。圖中標有磁力線與旋轉方向，銅條端面的顏色判斷。圖中標有磁力線與旋轉方向，銅條端面的顏色代表電流的方向。綠色表示電流指向屏幕外，紅色表代表電流的方向。綠色表示電流指向屏幕外，紅色表示電流指向屏幕內，黃色表示無電流，電流變化用顏示電流指

13、向屏幕內，黃色表示無電流，電流變化用顏色變化表示。色變化表示。. 下圖是電流變化周期為下圖是電流變化周期為0度時磁場與電流方向度時磁場與電流方向：. 下圖是電流變化周期為下圖是電流變化周期為90度時磁場與電流方向：度時磁場與電流方向：. 下圖是電流變化周期為下圖是電流變化周期為180度時磁場與電流方向：度時磁場與電流方向：. 下圖是電流變化周期為下圖是電流變化周期為270度時磁場與電流方向：度時磁場與電流方向：. 顯然，鼠籠是不可能與磁場同步旋轉的，只顯然，鼠籠是不可能與磁場同步旋轉的，只有鼠籠比磁場轉的慢才有鼠籠與磁場的相對有鼠籠比磁場轉的慢才有鼠籠與磁場的相對轉動，才能切割磁力線感生電流，

14、感生電流轉動，才能切割磁力線感生電流，感生電流在洛倫茲力作用下推動鼠籠轉子異步旋轉。在洛倫茲力作用下推動鼠籠轉子異步旋轉。鼠籠與磁場轉速之差稱為轉差，轉差大則感鼠籠與磁場轉速之差稱為轉差，轉差大則感生電流大，電流大則力大，力大則增加鼠籠生電流大，電流大則力大，力大則增加鼠籠轉速。轉差與力會形成平衡，鼠籠轉速將穩轉速。轉差與力會形成平衡，鼠籠轉速將穩定在某一轉差值。定在某一轉差值。. 請觀看鼠籠隨磁場旋轉的請觀看鼠籠隨磁場旋轉的3D動畫。動畫。為增大導磁率，鼠籠是嵌裝在轉子鐵芯內的，下圖是為增大導磁率，鼠籠是嵌裝在轉子鐵芯內的，下圖是一個嵌有銅制鼠籠的轉子：一個嵌有銅制鼠籠的轉子：. 把鼠籠轉子

15、插入定子鐵芯中，組成一個三相交流把鼠籠轉子插入定子鐵芯中，組成一個三相交流異步電動機原理模型。通上三相交流電，電機就異步電動機原理模型。通上三相交流電，電機就旋轉了。由于轉子旋轉速度比旋轉磁場慢，故稱旋轉了。由于轉子旋轉速度比旋轉磁場慢，故稱之為異步電動機。轉子與旋轉磁場旋轉速度之差之為異步電動機。轉子與旋轉磁場旋轉速度之差再與磁場旋轉速度之比稱為轉差率，一般異步電再與磁場旋轉速度之比稱為轉差率，一般異步電動機運行時的轉差率為動機運行時的轉差率為2%至至6%，輸入三相交流，輸入三相交流電為電為50周時，鼠籠轉子每分鐘轉速約周時，鼠籠轉子每分鐘轉速約2820至至2940轉。轉。請觀看三相交流異步電動機原理模型旋轉動畫。請觀看三相交流異步電動機原理模型旋轉動畫。.0nn 如果如果:0nn .%s)91( 轉子轉速亦可由轉差率求得轉子轉速亦可由轉差率求得0)(1nns %10000 nnns 例例1 1：一臺三