第五章非同步電動機
前言：①定義：非同步電機（也叫感應電機）是一種交流旋轉電機，它的轉速除與電網頻率有關外，還隨負載而變。
②應用：主要作電動機使用，如：工具機；水幫浦；家用電器；
③它的功率因數永遠是滯後的。
5.1非同步電動機的結構和工作原理
一、非同步電動機的主要用途和分類
1、非同步電機主要用作電動機，去拖動各種生產機械。
非同步電動機的優點:結構簡單、容易製造、**低廉、執行可靠、堅固耐用、執行效率較高和具有適用的工作特徵。
非同步電動機的缺點:功率因數較差。非同步電動機執行時，必須從電網裡吸收落後性的無功功率，它的功率因數總是小於１。
2、非同步電動機的種類很多，從不同角度看，有不同的分類法1）按定子相數分有
① 單相非同步電動機；
② 兩相非同步電動機
③ 三相非同步電動機。
（2）按轉子結構分有
① 繞線式非同步電動機；
② 鼠籠式非同步電動機。
又包括單鼠籠非同步電動機、雙鼠籠非同步電動機和深槽式非同步電動機。
此外，根據電機定子繞組上所加電壓的大小，又有高壓非同步電動機、低壓非同步電動機之分。從其它角度看，還有高起動轉矩非同步電機、高轉差率非同步電機、高轉速非同步電機等等。
二、非同步電動機的結構
1. 定子： 定子鐵心：0.5mm厚矽鋼片疊壓而成,磁路的一部分
定子繞組：電磁線製而成,電路一部分
機座 ：鑄鐵或鋼板焊接而成
（1）定子鐵心是電動機磁路的一部分，裝在機座裡。為了降低定子鐵心裡的鐵損耗，定子鐵心用用0.5mm厚的矽鋼片疊壓而成的，在矽鋼片的兩面還應途上絕緣漆。
下圖所示為定子槽,其中(a)是開口槽，用於大、中型容量的高壓非同步電動機中；(b)是半開口槽，用於中型500v以下的非同步電動機中；(c)是半閉口槽，用於低壓小型非同步電動機中。
（2）定子繞組： 高壓大、中型容量的非同步電動機定子繞組常採用y接，只有三根引出線，如圖(a)所示。對中、小容量低壓非同步電動機，通常把定子三相繞組的六根出線頭都引出來，根據需要可接成y形或△形，如圖(b)所示。
定子繞組用絕緣的銅（或鋁）導線繞成，嵌在定子槽內。
（3）機座：主要是為了固定與支撐定子鐵心。如果是端蓋軸承電機，還要支撐電機的轉子部分。
因此，機座應有足夠的機械強度和剛度。對中、小型非同步電動機，通常用鑄鐵機座。對大型電機，一般採用鋼板焊接的機座，整個機座和座式軸承都固定在同乙個底板上。
2. 轉子： 轉軸:支撐轉子
轉子鐵心：0.5mm矽鋼片疊壓而成,磁路一部分
轉子繞組： 籠型繞組鑄鋁
銅條 繞線式繞組: 電線繞制而成,y接,滑環引出,外接電阻
（1）轉子鐵心：是電動機磁路的一部分，它用0.5mm厚的矽鋼片疊壓而成。鐵心固定在轉軸或轉子支架上，整個轉子的外表呈圓柱形。
（2）轉子繞組：分為籠型和繞線型兩類。
1）籠型轉子：籠型繞組是乙個自己短路的繞組。在轉子的每個槽裡放上一根導體，在鐵心的兩端用端環連線起來，形成乙個短路的繞組。
如果把轉子鐵心拿掉，則可看出，剩下來的繞組形狀像個松鼠籠子，如圖（a） 所示，因此又叫鼠籠轉子。導條的材料有用銅的，也有用鋁的。
2）繞線型轉子：繞線型轉子的槽內嵌放有用絕緣導線組成的三相繞組，一般都聯接成y形。轉子繞組的三條引線分別接到三個滑環上，用一套電刷裝置引出來，如圖所示。
這就可以把外接電阻串聯到轉子繞組迴路裡去，以改善電動機的啟動效能或調節電動機的轉速。
與籠型轉子相比較，繞線型轉子結構稍複雜，**稍貴，因此只在要求起動電流小，起動轉距大，或需平滑調速的場合使用。
3. 氣隙：磁路的一部分, 非同步電動機的氣隙比同容量直流電動機的氣隙小得多，在中、小型非同步電動機中，氣隙一般為0.2~1.5mm左右。
δ↓→im↓→↑但易發生掃膛現象
δ↑→im↑→↓
三、非同步電動機的銘牌資料
三相非同步電動機的銘牌上標明電機的型號、額定資料等。
1、三相非同步電動機的型號
電機產品的型號一般採用大寫印刷體的漢語拼音字母和阿拉伯數字組成。其中漢語拼音字母是根據電機的全名稱選擇有代表意義的漢字，再用該漢字的第乙個拼音字母組成。
例如：y 112s-6
極數6極
短機座規格代號：中心高112mm
我國生產的非同步電動機種類很多，下面列出一些常見的產品系列。
y系列為小型鼠籠全封閉自冷式三相非同步電動機。用於金屬切削工具機、通用機械、礦山機械、農業機械等。也可用於拖動靜止負載或慣性負載較大的機械，如壓縮機、傳送帶、磨床、鎚擊機、粉碎機、小型起重機、運輸機械等。
jq2 和jqo2系列是高起動轉矩非同步電動機，用在起動靜止負載或慣性負載較大的機械上。jq2 是防護式和jqo2是封閉式的。
js系列是中型防護式三相鼠籠非同步電動機。
jr系列是防護式三相繞線式非同步電動機。用在電源容量小、不能用同容量鼠籠式電動機起動的生產機械上。
jsl2 和jrl2系列是中型立式水幫浦用的三相非同步電動機，其中jsl2 是鼠籠式，jrl2是繞線式。jz2 和jzl2系列是起重和冶金用的三相非同步電動機，jz2是鼠籠式，jzl2是繞線式。
jd2 和jdo2系列是防護式和封閉式多速非同步電動機。
bjo2 系列是防爆式鼠籠非同步電動機。
jpz系列是旁磁式制動非同步電動機。
jzz系列是錐形轉子制動非同步電動機。
jzt系列是電磁調速非同步電動機。
其他型別的非同步電動機可參閱產品目錄。
2、非同步電動機的額定值：
非同步電動機的額定值包含下列內容：
（1）額定功率 pn 電動機在額定執行時軸上輸出的機械功率，單位是kw。
（2）額定電壓 un 額定執行狀態下加在定子繞組上的線電壓，單位為v。
（3）額定電流in 指電動機在定子繞組上加額定電壓、軸上輸出額定功率時，定子繞組中的線電流，單位為a。
（4）額定頻率f 指我國規定工業用電的頻率是50hz。
（5）額定轉速n 指電動機定子加額定頻率的額定電壓，且軸端輸出額定功率時電機的轉速，單位為r/min 。
（6）額定功率因數指電動機定子加額定負載時，定子邊的功率因數。
四、非同步電動機的工作原理
三相非同步電動機定子接三相電源後，電機內便形成圓形旋轉磁動勢，圓形旋轉磁密，設其方向為逆時針轉，如圖所示。若轉子不轉，轉子鼠籠導條與旋轉磁密有相對運動，導條中有感應電動勢e，方向由右手定則確定。由於轉子導條彼此在端部短路，於是導條中有電流，不考慮電動勢與電流的相位差時，電流方向同電動勢方向。
這樣，導條就在磁場中受力f，用左手定則確定受力方向，如圖所示。
轉子受力，產生轉矩t，為電磁轉矩，方向與旋轉磁動勢同方向，轉子便在該方向上旋轉起來。轉子旋轉後，轉速為n，只要n＜n1（n1為旋轉磁動勢同步轉速），轉子導條與磁場仍有相對運動，產生與轉子不轉時相同方向的電動勢、電流及受力，電磁轉矩t仍舊為逆時針方向，轉子繼續旋轉，穩定執行在t=tl情況下。
5.2、非同步電動機的執行分析
一、 三相非同步電動機執行時的電磁關係
正常情況下，電機轉子總是旋轉的，但是為了分析問題的方便，在這裡我們首先從轉子靜止出發進行分析。
1. 轉差率定義： 式中n1—旋轉磁場的轉速(同步轉速) n—轉子的轉速
當0 當 n>n1時,即 0>s時,電機為發電執行狀態(機械能→電能)
當 n<0時,即 s >1 時,電機為電磁制動執行狀態(機械能和電能→熱能)
2. 分析:(i1a的方向必與i2a的方向相反)
(1) 電機執行狀態:
n(2) 發電執行狀態
若原動機使n>n1 →s為負→e2和i2a反向(與電機比) →te反向(te與n反方向)(制動性質),又因i2a反向→i1a反向→i1a與e1同方向(注e1未變) →i1ae1為正→輸出電能
(3) 電磁制動執行狀態
若t1驅動轉子以反方向旋轉,則切割方向同電動執行狀態→e1,e2,i1a,i2a,te同電機執行狀態,因te與n1同方向,但與n反方向(制動性質),所以t1必須輸入機械功率.又因e1與i1a反向→i1a e1為負→從電網吸收電功率.
3、 空載執行時的磁動勢和磁場
1）主磁通φ0： ①作用：傳遞能量的媒介作用；
②路徑：定子—氣隙—轉子—氣隙—定子。
2）漏磁通φσ： ①不起傳遞能量的媒介作用，只起電抗壓降的作用；
包括：槽部漏磁通、端部漏磁通和高次諧波。
二、負載執行時的磁動勢和磁場
1.轉子電動勢的頻率：；
2.轉子繞組的感應電動勢：；
3.轉子繞組的電阻和漏抗：忽略集膚效應，認為不變；
4.轉子繞組的電流：
正常執行時，轉子端電壓u2=0， ；
有效值：；
*結論：轉子電流i2隨s的增加而增加。
5.轉子繞組的功率因數：
*結論：轉子功率因數隨s的增加而減小。
6.轉子磁動勢的轉速：相對轉子速度：
相對定子速度：
**與相對靜止。
三、磁動勢平衡方程
1.磁動勢形式：
2.電流形式：
四、三相感應電動機的電壓方程和等效電路
1、電動勢平衡方程
方程：的物理意義與變壓器的相同，但由於氣隙的存在，比變壓器的小。
例：已知：一台三相非同步電動機，在額定轉速下執行，，電源頻率，試求：1）轉子電流頻率；
2）定子電流產生的旋轉磁動勢以什麼速度切割定子？又以什麼速度切割轉子？
3）由轉子電流產生的轉子磁動勢以什麼速度切割定子？又以什麼速度切割轉子？
非同步電動機的基本結構和執行分析
非同步電動機也稱感應電動機，是工農業生產中應用最為廣泛的一種電機。例如，中小型軋鋼裝置 礦山機械 工具機 起重機 鼓風機 水幫浦 以及脫粒 磨粉等農副產品用的加工機械，大多採用非同步電動機拖動。與其他電動機相比，非同步電動機具有結構簡單 堅固耐用 使用方便 執行可靠 效率高 易於製造和維修 低廉等許...
非同步電動機總結提綱
1 電動機的起動效能要求 起動電流越小越好 起動轉矩足夠大 適當電動機起動時，只有ts大於 1.1 1.2 倍的負載轉矩才可順利起動，一般非同步電動機起動轉矩倍數 0.8 1.2 起動時間越短越好 起動裝置越簡單越好。2 大型非同步電動機直接起動時可能引起什麼現象？該如何解決？3 不同非同步電動機 ...
非同步電動機知識問答
電動機選配與控制 知識問答題 1 一台單相非同步電動機通電後不能起動，但用手輕輕一撥，電動機轉運並執行正常，試分析這種現象的原因？答 這種現象是由於啟動繞組斷線造成單相非同步電動機不能產生旋轉磁場造成的。2 單相非同步電動機如何實現正反轉？答 要實現單相非同步電動機的反轉，必須把主 負繞組中任意乙個...